Составление окислительно-восстановительных реакций ионно-электронным способом

Этот метод основан на составлении ионных уравнений для процессов окисления и процесса восстановления с последующим суммированием их в общее уравнение. При использовании этого метода не определяют степени окисления, а рaссматривают ионы или молекулы окислителя. Восстановителя и продуктов реакции в том виде, как они существуют в растворе. При этом следует руководствоваться общими правилами составления ионных уравнений реакций, т.е. записывать сильные электролиты в ионном виде, а слабые электролиты, газы – в молекулярном. В растворе нет иона N⁺⁵, а есть NO₃‾; нет иона Mn⁺⁷, а есть MnO₄‾.

Как составляются уравнения реакции с помощью этого метода:

1. составить молекулярное уравнение;

2. составить краткое ионное уравнение реакции;

3. найти атом, молекулу, ион – окислитель; атом, молекулу, ион – восстановитель;

4. записать частные уравнения окисления и восстановления.

Если реакция протекает в кислой среде, то в растворе есть ионы Н⁺ и Н₂О – молекулы. Если реакция протекает в щелочной среде, то в растворе присутствуют ОН‾ - группа и Н₂О;

5. суммируем оба уравнения, для электронного баланса помножая на коэффициенты;

6. найденные коэффициенты переносим в молекулярное уравнение.

Рассмотрим окислительно-восстановительный процесс на примере взаимодействия перманганата калия (KMnO₄) с нитритом калия в кислой среде.

В перманганате калия марганец (Mn) находится в высшей степени окисления и может быть только окислителем, т.е. принимать .

Азот в NO₂‾ имеет степень окисления (+5) и может отдавать , т.е. быть восстановителем.

Таким образом:

1. KNO₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ → KNO₃ + MnSO₄ + H₂O + (K₂SO₄)

2.

3. ион-окислитель MnO₄‾

ион-восстановитель NO₂‾

4. Процесс восстановления: MnO₄‾ → Mn²⁺

Окислитель (ион MnO₄‾) теряет кислород. В кислой среде кислород окислителя соединяется с ионами H⁺, образуя воду. Чтобы взять 4 атома кислорода в ионе MnO₄‾, следует добавить 8 ионов H⁺, при этом образуется 4 молекулы воды.

Считаем суммарный заряд правой и левой части уравнения:

MnO₄‾ + 8 H⁺ → Mn²⁺ + 4 H₂O⁰

Следовательно окислитель должен принять 5 .

MnO₄‾ + 8 H⁺ + 5 → Mn²⁺ + 4 H₂O⁰

Процесс окисления: NO₂‾ → NO₃‾

Избыток кислорода в NO₃‾ может быть получен, если мы прибавим в левой части уравнения H₂O.

Считаем суммарный заряд правой и левой части уравнения:

NO₂‾ + H₂O⁰ → NO₃‾ + 2 H⁺

Следовательно ион NO₂‾ отдает 2 .

NO₂‾ + H₂O⁰ – 2 → NO₃‾ + 2 H⁺

5. Суммируем два уравнения, для уравнивания числа принятых и отданных электронов, умножаем первое уравнение на 2, второе уравнение на 5.

MnO₄‾ + 8 H⁺ + 5 → Mn²⁺ + 4 H₂O⁰

NO₂‾ + H₂O⁰ – 2 → NO₃‾ + 2 H⁺

2 MnO₄‾ + 16 H⁺ + 5 NO₂‾ + 5 H₂O → 2 Mn²⁺ + 8 H₂O + 5 NO₃‾ + 10 H⁺

Получаем:

2 MnO₄‾ + 6 H⁺ + 5 NO₂‾ → 2 Mn²⁺ + 3 H₂O + 5 NO₃‾

6. Переносим в молекулярное уравнение:

5 KNO₂ + 2 KMnO₄ + 3 H₂SO₄ → 5 KNO₃ + 2 MnSO₄ + 3 H₂O + (K₂SO₄)

(досчитаем количество ионов не изменяющих степень окисления).

Следует запомнить:

Ø Если реакция протекает в кислой среде, то можно оперировать ионами Н⁺ и молекулами Н₂О. Ионы Н⁺ записываются в той части уравнения, где есть избыток кислорода; молекулы Н₂О записываем, где кислорода нет или недостаток. Количество атомов водорода берется в 2 раза больше, чем количество избыточных атомов кислорода.

Ø Если реакция протекает в нейтральной среде, следует оперировать только молекулами Н₂О. Причем недостаток кислорода восстановитель восполняет из молекул Н₂О за счет ОН‾ ионов. На каждый недостающий атом кислорода расходуется 1 молекула Н₂О, в растворе накапливается ион Н⁺. Избыток кислорода в окислителе связывается молекулами Н₂О за счет Н⁺ - ионов, причем на каждый избыточный атом кислорода расходуется 1 молекула Н₂О в растворе накапливаются ОН^- ионы. рН среды по окончанию реакции определяется соотношением полученных Н⁺ и ОН‾ ионов.

Рассмотрим пример:

1. KMnO₄ + KNO₂ + H₂O → MnO₂ + KNO₃ + KOH

2. MnO₄‾ + NO₂‾ + H₂O → MnO₂ + NO₃‾ + OH ‾

3. Процесс восстановления: MnO₄‾ → MnO₂

MnO₄‾ + 2 H₂O⁰ → MnO₂⁰ + 4 OH‾

MnO₄‾ + 2 H₂O⁰ + 3 → MnO₂⁰ + 4 OH‾

Процесс окисления: NO₂‾ → NO₃‾

NO₂‾ + H₂O⁰ → NO₃‾ + 2 H⁺

NO₂‾ + H₂O⁰ – 2 → NO₃‾ + 2 H⁺

4. Суммируем два уравнения:

MnO₄‾ + 2 H₂O⁰ + 3 → MnO₂⁰ + 4 OH‾ 2 процесс восстановления

NO₂‾ + H₂O⁰ – 2 → NO₃‾ + 2 H⁺ 3 процесс окисления

2 MnO₄‾ + 4 H₂O + 3 NO₂‾ + 3 H₂O → 2 MnO₂ + 3 NO₃‾ + 8 OH‾ + 6 H⁺

6 H₂O + 2 OH ‾

5. Переносим в молекулярное уравнение:

2 KMnO₄ + 3 KNO₂ + H₂O → 2 MnO₂ + 3 KNO₃ + 2 KOH

Дата добавления: 2013-12-13