Методы уравнивания в ОВР
Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций часто используется метод электронного баланса. В основе его лежит следующее правило: общее число электронов, отданных восстановителем, в точности равно числу электронов, принятых окислителем. На этом принципе основан способ расстановки коэффициентов в ОВР методом электронного баланса.
Разберем примеры на выставление коэффициентов в уравнениях методом электронного баланса.
Пример 1.
Р + КClO3 → KCl + P2O5
1) Расставляем степень окисления у каждого элемента:
Р0 + К+1Cl+5O3-2 → K+1Cl-1 + P2+5 O5-2
2) Фосфор и хлор изменили степень окисления. Составляем электронные уравнения, записываем найденные числа электронов за черту, находим общее кратное:
Р0 − 5e → P+5 5 30 6 окисление, Р0 восстановитель
Cl+5 + 6e → Cl-1 6 5 восстановление, Cl+5 окислитель
*Чтобы определить число отданных и присоединённых электронов, составляем уравнение по изменению степени окисления элемента (первоначальное число электронов + х = конечное число электронов). Только в электронном уравнении число электронов записываем с противоположным знаком (-х).
Так, у фосфора:
0+х=+5
х=+5
В уравнении число электронов записываем с противоположным знаком (-5е).
У хлора:
+5+х=-1
х=-1-5=-6
В уравнении число электронов записываем с противоположным знаком (+6е).
3) Выставляем полученные основные коэффициенты:
6 к Р0, 5 к Cl+5.
4) Подбираем коэффициенты к остальным элементам:
6Р0 + 5К+1Cl+5O3-2 → 5K+1Cl-1 + 3P2+5 O5-2
Пример 2.
H3AsO3 + KMnO4 + H2SO4 → H3AsO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
1) Расставляем степени окисления элементов:
H3+1As+3O3-2 + K+1Mn+7O4-2 + H2+1S+6O4-2→ H3+1As+5O4-2 + Mn+2S+6O4-2+ K2+1S+6O4-2 + H2O-2
2) Из схемы реакции видно, что степень окисления атома мышьяка до реакции +3, после +5, степень окисления марганца изменилась от +7 до +2.
Отражаем это изменение степени окисления в электронных уравнениях:
As+3 – 2e = As+5 2 10 5 окисление, As+3 восстановитель
Mn+7 +5e = Mn+2 5 2 восстановление, Mn+7, окислитель
*Число отданных электронов у мышьяка:
+3+х=+5
х=+5-3
х=+2
В уравнении число электронов записываем с противоположным знаком (-2е).
Число принятых электронов у магния:
+7+х=+2
х=+2-7
х=-5
В уравнении число электронов записываем с противоположным знаком (+5е).
3) Выставляем полученные основные коэффициенты: 5 к As+3, 2 к Mn+7.
4) Подбираем коэффициенты к остальным элементам:
5H3AsO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 → 5H3AsO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
Существует также метод уравнивания ОВР методом полуреакций. Рассмотрим примеры ниже.
Пример 1.
Рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в кислой среде.
1) Составить схему реакции:
Записать исходные вещества и продукты реакции:
Na2SO3 + KMnO4 + H2SO4 = Na2SO4 + MnSO4 + K2SO4 + H2O
2) Записать уравнение в ионном виде
В уравнении сократим те ионы, которые не принимают участие в процессе окисления-восстановления:
SO32- + MnO4— + 2H+ = Mn2+ + SO42- + H2O
3) Определить окислитель и восстановитель и составить полуреакции процессов восстановления и окисления.
В приведенной реакции окислитель — MnO4— принимает 5 электронов восстанавливаясь в кислой среде до Mn2+. При этом освобождается кислород, входящий в состав MnO4—, который, соединяясь с H+ образует воду:
MnO4— + 8H+ + 5e— = Mn2+ + 4H2O
Восстановитель SO32- — окисляется до SO42-, отдав 2 электрона. Как видно образовавшийся ион SO42- содержит больше кислорода, чем исходный SO32-. Недостаток кислорода восполняется за счет молекул воды и в результате этого происходит выделение 2H+:
SO32- + H2O — 2e— = SO42- + 2H+
4) Найти коэффициенты для окислителя и восстановителя
Необходимо учесть, что окислитель присоединяет столько электронов, сколько отдает восстановитель в процессе окисления-восстановления:
MnO4— + 8H+ + 5e— = Mn2+ + 4H2O |2 окислитель, процесс восстановления
SO32- + H2O — 2e— = SO42- + 2H+ |5 восстановитель, процесс окисления
5) Просуммировать обе полуреакции
Предварительно умножая на найденные коэффициенты, получаем:
2MnO4— + 16H+ + 5SO32- + 5H2O = 2Mn2+ + 8H2O + 5SO42- + 10H+
Сократив подобные члены, находим ионное уравнение:
2MnO4— + 5SO32- + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O
6) Записать молекулярное уравнение
Молекулярное уравнение имеет следующий вид:
5Na2SO3 + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
Пример 2.
Далее рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в нейтральной среде.
Na2SO3 + KMnO4 + H2O = Na2SO4 + MnO2 + KOH
В ионном виде уравнение принимает вид:
SO32- + MnO4— + H2O = MnO2 + SO42- + OH—
Также, как и предыдущем примере, окислителем является MnO4—, а восстановителем SO32-.
В нейтральной и слабощелочной среде MnO4— принимает 3 электрона и восстанавливается до MnО2. SO32-— окисляется до SO42-, отдав 2 электрона.
Полуреакции имеют следующий вид:
MnO4— + 2H2O + 3e— = MnО2 + 4OH— |2 окислитель, процесс восстановления
SO32- + 2OH—— 2e— = SO42- + H2O |3 восстановитель, процесс окисления
Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:
3SO32- + 2MnO4— + H2O =2MnO2 + 3SO42- + 2OH—
3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2O = 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH
Пример 3.
Составление уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в щелочной среде.
Na2SO3 + KMnO4 + KOH = Na2SO4 + K2MnO4 + H2O
В ионном виде уравнение принимает вид:
SO32- + MnO4— + OH— = MnO2 + SO42- + H2O
В щелочной среде окислитель MnO4— принимает 1 электрон и восстанавливается до MnО42-. Восстановитель SO32-— окисляется до SO42-, отдав 2 электрона.
Полуреакции имеют следующий вид:
MnO4— + e— = MnО2 |2 окислитель, процесс восстановления
SO32- + 2OH—— 2e— = SO42- + H2O |1 восстановитель, процесс окисления
Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:
SO32- + 2MnO4— + 2OH— = 2MnО42- + SO42- + H2O
Na2SO3 + 2KMnO4 + H2O = 2K2MnO4 + 3Na2SO4 + 2KOH
Задания для самопроверки:
Задание 1
Сумма коэффициентов в уравнении реакции:
C + HNO3 → CO2 + NO + H2O
А) 10
B) 14
C) 16
D) 13
E) 12
Задание 2
Коэффициент перед восстановителем в реакции:
H2SO4 + Cu → SO2 + H2O + CuSO4
А) 1
B) 2
C) 4
D) 5
E) 6
Задание 3
Сумма коэффициентов в правой части уравнения реакции:
NH3 + KMnO4 + KOH → KNO3 + K2MnO4 + H2O
А) 10
B) 18
C) 12
D) 17
E) 15
Задание 4
Коэффициент перед окислителем у уравнении реакции:
P + HNO3 + H2O → H3PO4 + NO
А) 6
B) 3
C) 2
D) 5
E) 7
Задание 5
Сумма коэффициентов в левой части уравнения реакции:
NaI + NaIO3 + H2SO4 → I2 + Na2SO4 + H2O
А) 11
B) 9
C) 12
D) 10
E) 8
Ответы:
1 – C, 2 – A, 3 – E, 4 – D, 5 – B.