Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

Уравнения окислительно-восстановительных реакций имеют очень сложный характер, и их составление представляет иногда трудную задачу. Существует несколько методов составления этих уравнений.

Рассмотрим метод электронного баланса, при котором учитывается:

а) сумма электронов, отдаваемых всеми восстановителями, которая равна сумме электронов, принимаемых всеми окислителями;

б) число одноименных атомов в левой и правой частях уравнения одинаково;

в) если в реакции участвуют атомы кислорода, то могут образоваться или расходоваться молекулы воды (в кислой среде) или ионы гидроксида (в щелочной среде).

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций легче провести в несколько стадий:

1) установление формул исходных веществ и продуктов реакции;

2) определение степени окисления элементов в исходных веществах и продуктах реакции;

3) определение числа электронов, отдаваемых восстановителем и принимаемых окислителем, и коэффициентов при восстанови­телях и окислителях;

4) определение коэффициентов при всех исходных веществах и продуктах реакции исходя из баланса атомов в левой и правой частях уравнения.

Например, составим уравнение реакции окисления сульфата железа (II) перманганатом калия в кислой среде.

Так как реакция протекает в кислой среде, то в левой части уравнения кроме окислителя и восстановителя должна быть кисло­та. Продуктами реакции должны быть сульфаты марганца (II), калия, железа (III) и вода.

1. Запишем схему реакции

КМnО₄ + FеSО₄ + Н₂SО₄ → МnSО₄ + Fе₂ (SО₄) ₃ + К₂SО₄ + Н₂О

2. Определим степень окисления элементов

+1 +7 -2 +2 +6 -2 +1 +6 - 2 +2 +6 -2 +3 +6 -2 +1 +6 -2 +1 -2

КМnО₄ + FеSО₄ + Н₂SО₄ → МnSО₄ + Fе₂ (SО₄) ₃ + К₂SО₄ + Н₂О

Как видно, степень окисления меняется только у марганца и железа, у первого она понижается (восстановление), у второго — повышается (окисление).

3. Определим число электронов, отдаваемых восстановителем FеSО₄ и принимаемых окислителем КМnО₄:

Мn⁺⁷ + 5е → Мn⁺²

2Fе⁺² – 2е → 2Fе⁺³

Как видно, Мn⁺⁷ принимает 5, а два иона 2Fе⁺² отдают два электрона. Кратное число отдаваемых и принимаемых электронов равно 10. Отсюда легко найти коэффициенты перед окислителем и восстановителем в уравнении реакции

4. Подведем баланс всех атомов в левой и правой частях урав­нений и определим коэффициенты при всех веществах. В левой части уравнения имеются два атома калия, поэтому для баланса по калию следует записать в правую часть уравнения молекулу сульфата калия.

После этого число групп SО₄^-2 в правой части уравнения стало на 8 больше, чем в левой части уравнения, поэтому для баланса по группам SО₄ необходимо в левую часть уравнения записать 8 молекул Н₂SО_4.

В левой части уравнения имеется 16 атомов водорода, в то время как в первой части атомов водорода пока нет. Поэтому для баланса по водороду необходимо записать в правую часть уравне­ния 8 молекул воды:

2КМnО₄ + 10FеSО₄ + 8Н₂SО₄ → 2 МnSО₄ + 5Fе₂ (SО₄) ₃ + К₂SО₄ + 8Н₂О

Число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения одинаково, поэтому данное уравнение является окончательным.

Рассмотренный многоступенчатый метод составления уравнений окислительно-восстановительных реакций приведен для понимания логики решения этой задачи.

Окислительно-восстановительные реакции играют важную роль в природе и технике. В качестве примеров окислительно-восстановительных процессов, протекающих в природных биологических системах, можно привести реакцию фотосинтеза у растений и процессы дыхания у животных и человека. Процессы горения топлива, протекающие в топках котлов тепловых электростанций и в двигателях внутреннего сгорания, являются примером окислительно-восстановительных реакций.

С помощью окислительно-восстановительных реакций полу­чают металлы, органические и неорганические соединения, про­водят очистку различных веществ, природных и сточных вод, газовых выбросов электростанций и заводов и т. п.

Дата добавления: 2013-12-12