Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительные реакции

ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫЕ ПРОЦЕССЫ

Окислительно-восстановительными называют реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов.

Степень окисления - это тот условный заряд атома элемента, который вычисляют, исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов (как правило, обозначается арабской цифрой, заряд ставят перед цифрой).

Для нахождения степени окисления используют следующие правила:

· степень окисления атомов в простых веществах равна нулю;

· фтор во всех соединениях без исключения имеет степень окисления - 1;

· степень окисления кислорода равна - 2 (исключение: фториды кислорода, например, ОF₂; пероксиды, субоксиды, озониды);

· степень окисления водорода равна +1 (исключение - гидриды металлов, например, NaH, СаН₂ и др.);

· степень окисления щелочных металлов в соединениях равна +1, щелочноземельных +2, алюминия +3;

· алгебраическая сумма степеней окисления частиц в молекуле равна нулю.

Для определения степени окисления атомов элементов в молекуле составляют простейшие алгебраические уравнения. Например, для MnO₂, K₂MnO₄, KMnO₄ степень окисления марганца (Х) рассчитывают следующим образом:

MnO₂ Х + 2·(- 2) = 0 Х = +4

K₂ MnO₄ 2·(+1) + Х + 4·(- 2) = 0 Х = +6

KMnO₄ 1 + Х + 4·(- 2) = 0 Х = +7

При определении степени окисления атомов элементов в составе иона необходимо помнить, что заряд иона равен алгебраической сумме степеней окисления атомов элементов, входящих в состав иона.

N O₃ ^– Х + 3·(- 2)= - 1 Х = +5

S O₄^2– Х + 4·(- 2) = - 2 Х = +6

Cr ₂O₇ ^2– 2·(Х)+7·(- 2)= - 2 Х = +6

Заряд иона, как правило, ставят после цифры.

Для нахождения коэффициентов при составлении окислительно-восстановительных реакций необходимо:

· соблюдение материального баланса (число атомов данного элемента в левой и правой части должно быть одинаково);

· соблюдение электронного баланса: число электронов, отданных восстановителем (Red), должно быть равно числу электронов, принятых окислителем (Ox), например: Al + Cl ₂® AlCl₃

Red Ox

2 Al - 3 ē = Al³⁺ процесс окисления, или полуреакция окисления

3 Cl ₂ + 2 ē = 2Cl^– процесс восстановления, или полуреакция восстановления

2Al + 3Cl₂ = 2Al ³⁺ + 6Cl^–

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃

При составлении окислительно-восстановительных реакций в водных растворах часто возникает необходимость использовать среду (Н⁺, ОН ^—, Н₂О). При этом, если частица в левой части полуреакции содержит кислорода больше, чем в правой (NO₃^— ® NO₂ ^— ), то нужно связать "О^2—"; если частица в левой части полуреакции содержит кислорода меньше, чем в правой части (SO₃^2– ® SO₄ ^2— ), то нужно ввести "О^2—" (представлено в табл. 4.1).

Таблица 4.1

Процессы	Среда в окислительно-восстановительных реакциях в расчете на "О^2^—" в соединении
	кислая (Н^+)	щелочная (ОН^-)	нейтральная (Н2О)
Связать "О^2^—" NO3^—® NO2^—	О^2^—+ 2Н^+= Н2О	О^2^—+ Н2О = 2ОН^—	О^2^— + Н2О = 2ОН^—
Ввести "О^2–" SO3^2^—® SO4^2^—	Н2О = О^2^—+ 2Н^+	2ОН^—= О^2–+ Н2О	Н2О = О^2^—+ 2Н^+

Для реакции К₂Cr₂O₇ + КI + Н₂SO₄ ® Cr₂(SO₄)₃ + I₂ + Н₂О + К₂ SO₄

ниже представлена последовательность однотипных операций, с помощью которых составляют уравнения полуреакций с использованием среды.

· Записывают исходные вещества и продукты полуреакций окисления и восстановления (сильные электролиты записывают в виде ионов, а неэлектро-литы, слабые электролиты, газы, осадки - в виде молекул):

Cr₂O₇ ^2—®Cr³⁺; I^— ® I₂.

· Уравнивают количество атомов элемента, изменяющего степень окисления:

Cr₂O ₇ ^2—®2Cr ³⁺; 2I^— = I₂.

· По изменению степени окисления подсчитывают количество отданных или принятых электронов: Cr₂O₇ ^2— + 6 ē ® 2Cr ³⁺; 2I^— - 2ē = I₂.

· При необходимости уравнивают кислород и водород, используя правила среды: Cr₂O₇ ^2— + 6 ē + 14Н ⁺ = 2Cr ³⁺ + 7Н₂О

· Проверяют суммарный заряд ионов и электронов левой и правой части уравнения.

· Составляют суммарное ионное уравнение реакции:

Cr₂O₇ ^2— + 6I ^— + 14Н ⁺ = 2Cr ³⁺ + 3I₂ + 7Н₂О

· Составляют суммарное молекулярное уравнение реакции:

К₂Cr₂O₇ + 6КI + 7Н₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3I₂ + 7Н₂О + 4К₂ SO₄

Пример 1. Среда кислая.

Na₃PO₃ + KMnO₄ + H₂ SO ₄ ® Na₃PO ₄ + MnSO₄ +

Red Ox

5 PO₃^3— - 2 ē + Н₂О = PO₄^3— + 2Н⁺

2 MnO₄^— + 5 ē + 8Н ⁺ = Mn²⁺ + 4 H₂O

5PO₃^3— + 2MnO₄^—+ 5Н₂О + 16Н⁺ = 5PO₄ ^3— + 2Mn ²⁺ + 10Н⁺ + 8Н₂О

5PO₃^3—+ 2MnO₄^—+ 6Н⁺ = 5PO₄^3— + 2Mn ²⁺ + 3Н₂О

5Na₃PO₃ + 2KMnO₄ + 3H₂SO ₄ = 5Na₃PO ₄ + 2MnSO ₄ + 3Н₂О + K₂SO₄

Пример 2. Среда щелочная.

KCrO₂ + KClO₄ + KOH® K₂CrO ₄ + KCl +...

Red Ox

8 CrO ₂^— - 3 ē + 4ОН^–= CrO₄ ^2— + 2Н₂О

3 ClO₄ ^— + 8 ē + 4Н₂О = Cl ^— + 8ОН^—

8CrO₂^— + 3ClO₄^— + 32ОН ^— + 12Н₂О = 8CrO₄^2— + 3Cl ^— + 16Н₂О + 24ОН^—

8CrO₂^— + 3ClO₄ ^— + 8ОН ^— = 8CrO₄^{2 —}+ 3Cl^— + 4Н₂О

8KCrO₂ + 3КClO ₄ + 8КОН = 8К₂СrО ₄ + 3КСl + 4Н₂О

Пример 3. Среда нейтральная.

КMnO₄ + MnSO₄ + Н₂О ® MnO₂ +

Ox Red

3 Mn ²⁺ - 2 ē + 2Н₂ О = MnO₂ + 4Н⁺

2 MnO₄^— + 3 ē + 2Н₂ О = MnO₂ + 4ОН ^—

3Mn ²⁺ + 2MnO₄^— + 10Н₂О = 5MnO₂ + 12Н⁺ + 8ОН ^—

3Mn²⁺ + 2MnO₄^— + 2Н₂О = 5MnO₂ + 4Н⁺

3MnSO₄ + 2KMnO₄ + 2Н₂О = 5MnO₂ + K₂SO₄ + 2Н₂SO₄

Задания к подразделу 4.1

Задания 241-260. Рассчитайте и укажите степень окисления (CO) атомов элементов в предложенных частицах. Объясните, какую роль могут выполнять указанные частицы в окислительно-восстановительных реакциях: только окислитель (Ox), только восстановитель (Red), окислитель и восстановитель.

241.NH4OH, VO^2+, Ni, VO3^—	251.SeO3^2—, AlO2^—, Br ^—, ClO3^—
242.MnO4^2—, NO3^—, NH4^+, ClO3^—	252.CO2, Cr2O7^2—, BrO^—, SeO4^2—
243.TiO^2+, ClO^—, MnO2, MnO4^—	253.SO4^2—, CO, H2S, MnO4^2—
244.Cl2, Cl^—, CrO2^—, B4O7 ^2—	254.Ca, NO3^—, BrO^—, NO2^—
245.BrO ^—, Br ^—, Cd^2+, CrO4^2—	255.ClO4^—, Cl^—, CrO2^—, F2
246.NO3 ^—, NO, Cr2O7^2—, SO3^2—	256.SO4^2—, Cl2, Mn^2+, ClO^—
247.CO2, ClO^—, MnO4^2—, Cl^—	257.NO2^—, MnO2, NO2, Cu
248.Fe2O3, MnO4^—, Br ^—, CrO4^2—	258.CrO2^—, ReO4^—, PbO2, CrO4^2—
249.Fe, AlO2^—, N2O, NO3^—	259.SO3^2—, NO2, ClO4^—, Br ^—
250.CrO3^3—, MnO2, PbO2, Cr2O7^2—	260.H2S, Cl2, SO4^2—, Cr2O7^2—

Задания 261-280. Составьте электронно-ионные схемы и молекулярные уравнения реакций. Укажите окислитель и восстановитель. Две реакции (а,б) для каждого задания.

261. а) Na₂SeO₃ + KBrO + H₂O Br₂, SeO₄ ^2—

б) HCl + HNO₃  Cl₂, NO

262. а) Cr₂(SO₄)₃ +Cl₂ + KOH  CrO₄ ^2— , Cl ^—

б) K₂Cr₂O₇ + Na₂SO₃ + H₂SO₄  SO₄ ^2—, Cr ³⁺

263. а) KI + HNO₃  NO, I₂

б) NaCrO₂ +NaClO + KOH  CrO₄ ^2— , Cl ^—

264. а) HNO₃ + Ni  N₂O, Ni²⁺

б) SnSO₄ +Ag₂O₃+ KOH  SnO₃ ^2— , AgO.

265. а) K₂Cr₂O₇ + Na₃AsO₃ + H₂SO₄  AsO₄ ^3—, Cr³⁺

б) KCrO₂ +Cl₂+ KOH  CrO₄ ^2— , Cl ^—

266. а) K₂Cr₂O₇ +HCl  Cr ³⁺, Cl₂

б) SO₂ +NaIO₃ + H₂O  SO₄ ^2—, I^—

267. а) KMnO₄ + H₂S + H₂SO₄  Mn²⁺, SO₄ ^2—

б) I₂ + Cl₂ + H₂O  IO₃^—, Cl ^—

268. а) Sn(NO₃)₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄  Sn⁴⁺ , Cr ³⁺

б) KClO₃ +KCrO₂+ NaOH  CrO₄ ^2— , Cl ^—

269. а) SnCl₂ + KBrO₃ + HCl  Sn⁴⁺ , Br ^—

б) FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄  Fe³⁺, Cl ^—

270. а) Ni(OH)₂ +NaClO + H₂O  Ni(OH)₃ , Cl ^—

б) KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂O  SO₄ ^2— , MnO₂

271. а) MnSO₄ + PbO₂ + H₂SO₄  Pb²⁺, MnO₄ ^—

б) FeCl₂ + KMnO₄ + H₂SO₄  Fe³⁺, Mn²⁺

272. а) MnSO₄ +Cl₂+ KOH  MnO₄ ^{2 —} , Cl ^—

б) H₃PO₃ + KMnO₄ +H₂SO₄  Mn²⁺, H₃PO₄

273. а) KMnO₄ + NaNO₂ + H₂O  NO₃^—, MnO₂

б) Mn(NO₃)₂ + NaClO + H₂O  Cl ^— , MnO₂

274. а) KMnO₄ + NaNO₂ + H₂SO₄  NO₃^— , Mn²⁺

б) H₂S + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄  S, Cr ³⁺

275. а) Cr₂O₃ + KClO₃ + KOH  CrO₄ ^2—, Cl ^—

б) FeCl₂ +HNO₃ + HCl  Fe³⁺, N₂O

276. а) KClO₃ + MnO₂ + KOH  MnO₄ ^2— , Cl ^—

б) Na₃AsO₃ +I₂+ H₂O  AsO₄ ^3— , I ^—

277. а) H₂S + HNO₃  SO₄ ^2— , NO₂.

б) I₂ + Na₂SO₃ + H₂O  I^— , SO₄^2—

278. а) C + HNO₃  CO₂ , NO₂.

б) H₂S + Cl₂ + H₂O  SO₄ ^2—, Cl ^—

279. а) SnCl₂ + Na₃AsO₃ +HCl  As , Sn⁴⁺

б) (BiO)₂SO₄ + Br₂ + NaOH  BiO₃^—, Br ^—

280. а) Mn(NO₃)₂ + NaBiO₃ + HNO₃  Bi³⁺ , MnO₄^—

б) KNO₃ +Zn+ NaOH  ZnO₂ ^2— , NH₃

Дата добавления: 2014-12-08