Метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций)
Спецификой многих ОВР является то, что при составлении их уравнений подбор коэффициентов вызывает затруднение.
Для облегчения подбора коэффициентов чаще всего используют метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций). Рассмотрим применение каждого из этих методов на примерах.
Метод электронного баланса
В его основе метода электронного баланса лежит следующее правило: общее число электронов, отдаваемое атомами-восстановителями, должно совпадать с общим числом электронов, которые принимают атомы-окислители .
В качестве примера составления ОВР рассмотрим процесс взаимодействия сульфита натрия с перманганатом калия в кислой среде.
1) Составить схему реакции:
Записать исходные вещества и продукты реакции, учитывая, что в кислой среде MnO4 — восстанавливается до Mn 2+ (см. схему):
Найдем степень окисления элементов:
Из приведенной схемы понятно, что в процессе реакции происходит увеличение степени окисления серы с +4 до +6. S +4 отдает 2 электрона и является восстановителем. Степень окисления марганца уменьшилась от +7 до +2, т.е. Mn +7 принимает 5 электронов и является окислителем.
3) Составить электронные уравнения и найти коэффициенты при окислителе и восстановителе.
S +4 – 2e — = S +6 | 5 восстановитель, процесс окисления
Mn +7 +5e — = Mn +2 | 2 окислитель, процесс восстановления
Чтобы число электронов, отданных восстановителем, было равно числу электронов, принятых восстановителем, необходимо:
- Число электронов, отданных восстановителем, поставить коэффициентом перед окислителем.
- Число электронов, принятых окислителем, поставить коэффициентом перед восстановителем.
Таким образом, 5 электронов, принимаемых окислителем Mn +7 , ставим коэффициентом перед восстановителем, а 2 электрона, отдаваемых восстановителем S +4 коэффициентом перед окислителем:
4) Уравнять количества атомов элементов, не изменяющих степень окисления
Соблюдаем последовательность: число атомов металлов, кислотных остатков, количество молекул среды (кислоты или щелочи). В последнюю очередь подсчитывают количество молекул образовавшейся воды.
Итак, в нашем случае число атомов металлов в правой и левой частях совпадают.
По числу кислотных остатков в правой части уравнения найдем коэффициент для кислоты.
В результате реакции образуется 8 кислотных остатков SO4 2- , из которых 5 – за счет превращения 5SO3 2- → 5SO4 2- , а 3 – за счет молекул серной кислоты 8SO4 2- — 5SO4 2- = 3SO4 2- .
Таким образом, серной кислоты надо взять 3 молекулы:
Аналогично, находим коэффициент для воды по числу ионов водорода, во взятом количестве кислоты
6H + + 3O -2 = 3H2O
Окончательный вид уравнения следующий:
Признаком того, что коэффициенты расставлены правильно является равное количество атомов каждого из элементов в обеих частях уравнения.
Ионно-электронный метод (метод полуреакций)
Реакции окисления-восстановления, также как и реакции обмена, в растворах электролитов происходят с участием ионов. Именно поэтому ионно-молекулярные уравнения ОВР более наглядно отражают сущность реакций окисления-восстановления.
При написании ионно-молекулярных уравнений, сильные электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты, осадки и газы записывают в виде молекул (в недиссоциированном виде).
При написании полуреакций в ионной схеме указывают частицы, подвергающиеся изменению их степеней окисления, а также характеризующие среду, частицы:
H + — кислая среда, OH — — щелочная среда и H2O – нейтральная среда.
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:
2) Записать уравнение в ионном виде
В уравнении сократим те ионы, которые не принимают участие в процессе окисления-восстановления:
SO3 2- + MnO4 — + 2H + = Mn 2+ + SO4 2- + 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 Mn 2+ . При этом освобождается кислород, входящий в состав MnO4 — , который, соединяясь с H + образует воду:
MnO4 — + 8H + + 5e — = Mn 2+ + 4H2O
Восстановитель SO3 2- — окисляется до SO4 2- , отдав 2 электрона. Как видно образовавшийся ион SO4 2- содержит больше кислорода, чем исходный SO3 2- . Недостаток кислорода восполняется за счет молекул воды и в результате этого происходит выделение 2H + :
SO3 2- + H2O — 2e — = SO4 2- + 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 — = Mn 2+ + 4H2O |2 окислитель, процесс восстановления
SO3 2- + H2O — 2e — = SO4 2- + 2H + |5 восстановитель, процесс окисления
5) Просуммировать обе полуреакции
Предварительно умножая на найденные коэффициенты, получаем:
2MnO4 — + 16H + + 5SO3 2- + 5H2O = 2Mn 2+ + 8H2O + 5SO4 2- + 10H +
Сократив подобные члены, находим ионное уравнение:
2MnO4 — + 5SO3 2- + 6H + = 2Mn 2+ + 5SO4 2- + 3H2O
6) Записать молекулярное уравнение
Молекулярное уравнение имеет следующий вид:
Пример 2.
Далее рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в нейтральной среде.
В ионном виде уравнение принимает вид:
Также, как и предыдущем примере, окислителем является MnO4 — , а восстановителем SO3 2- .
В нейтральной и слабощелочной среде MnO4 — принимает 3 электрона и восстанавливается до MnО2. SO3 2- — окисляется до SO4 2- , отдав 2 электрона.
Полуреакции имеют следующий вид:
MnO4 — + 2H2O + 3e — = MnО2 + 4OH — |2 окислитель, процесс восстановления
SO3 2- + 2OH — — 2e — = SO4 2- + H2O |3 восстановитель, процесс окисления
Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:
Пример 3.
Составление уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в щелочной среде.
В ионном виде уравнение принимает вид:
В щелочной среде окислитель MnO4 — принимает 1 электрон и восстанавливается до MnО4 2- . Восстановитель SO3 2- — окисляется до SO4 2- , отдав 2 электрона.
Полуреакции имеют следующий вид:
MnO4 — + e — = MnО2 |2 окислитель, процесс восстановления
SO3 2- + 2OH — — 2e — = SO4 2- + H2O |1 восстановитель, процесс окисления
Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:
Необходимо отметить, что не всегда при наличии окислителя и восстановителя, возможно самопроизвольное протекание ОВР. Поэтому для количественной характеристики силы окислителя и восстановителя и для определения направления реакции пользуются значениями окислительно-восстановительных потенциалов.
Еще больше примеров составления окислительно-восстановительных реакций приведены в разделе Задачи к разделу Окислительно-восстановительные реакции. Также в разделе тест Окислительно-восстановительные реакции
Задачи 30 и 31 из реального ЕГЭ по химии
Задания 30 и 31 из реального ЕГЭ по химии-2021 — ответы и решения, все задачи на окислительно-восстановительную реакцию и реакции ионного обмена из реального экзамена ЕГЭ по химии, задания 32 из реального ЕГЭ 2021 (основная волна и резервные дни — 30 мая 2021 года) с текстовыми решениями и ответами.
Выдержка из формулировки каждого варианта 30 задания: «В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.» Выдержка из формулировки каждого варианта 31 задания: «Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.» Ниже приведены перечни веществ, а также дополнительные условия, которые были указаны в соответствующем варианте 30 и 31 задания. 1) Если вещество растворимо в воде, то допустимо использование водного раствора этого вещества. 2) Если концентрация кислоты указана, то следует использовать кислоту указанной концентрации. 3) Если концентрация кислоты не указана, то можно использовать и разваленную и концентрированную кислоту. |
1. Сульфид меди(II), гидросульфат калия, гидроксид бария, фосфин, гидроксид алюминия, азотная кислота.
Задание 30. Из предложенного перечня веществ выберите те, которые вступают в окислительно-восстановительную реакцию с образованием бесцветного раствора. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня веществ выберите те, между которыми реакция ионного обмена протекает без видимых признаков. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
1 | P -3 — 8e → P +5
8 | N +5 + 1e → N +4
Азот в степени окисления +5 (или азотная кислота) является окислителем.
Фосфор в степени окисления -3 (или фосфин) является восстановителем.
Ba 2+ + 2OH — + 2H + + 2NO3 — = Ba 2+ + 2NO3 — + 2H2O
2. Гидрокарбонат калия, нитрат алюминия, оксид фосфора(V), азотная кислота, сульфид меди(II), гидроксид бария.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с образованием окрашенного раствора. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите кислую соль и вещество, между которыми протекает реакция ионного обмена с образованием осадка и выделением газа. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
1 | S -2 — 8e → S +6
Азот в степени окисления +5 (или азотная кислота) является окислителем .
Сера в степени окисления -2 (или сульфид меди (II)) является восстановителем.
3. Оксид серы(IV), перманганат калия, гидроксид магния, бромоводородная кислота, аммиак, гидроксид железа(III).
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с образованием в растворе двух солей и кислоты. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите вещества, между которыми протекает реакция ионного обмена и происходит растворение белого осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
2 | Mn +7 + 5e → Mn +2
5 | S +4 — 2e → S +6
Марганец в степени окисления +7 (или перманганат калия) является окислителем
Сера в степени окисления +4 (или оксид серы (IV)) является восстановителем
Mg(OH)2 + 2H + + 2Br — = Mg 2+ + 2Br — + 2H2O
4. Перманганат натрия, нитрит натрия, гидроксид натрия, гидрокарбонат бария, серная кислота, гидрокарбонат магния.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с образованием зеленого раствора и без образования осадка. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите вещества, между которыми реакция ионного обмена протекает с выделением газа и без образования осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
2 | Mn +7 + 1e → Mn +6
1 | N +3 — 2e → N +5
Марганец в степени окисления +7 (или перманганат натрия) является окислителем.
Азот в степени окисления +3 (или нитрит натрия) является восстановителем.
5. Аммиак, перманганат калия, гидросульфат лития, нитрат стронция, иод, сульфит натрия.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с образованием нерастворимого вещества и без выделения газа. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите кислую соль и вещество, между которыми протекает реакция ионного обмена с образованием осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
2 | Mn +7 + 3e → Mn +4
3 | S +4 — 2e → S +6
Марганец в степени окисления + 7 (или перманганат калия) является окислителем
Сера в степени окисления + 4 (или сульфит натрия) является восстановителем
Li + + HSO4 — + Sr 2+ + 2NO3 — = SrSO4 + Li + + H + + 2NO3 —
6. Гидрофосфат калия, сульфит кальция, перманганат калия, хлороводород, гидроксид железа(III), нитрат марганца(II).
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с образованием осадка. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите кислую соль и вещество, между которыми протекает реакция ионного обмена без видимых признаков. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
2 | Mn +7 + 3e → Mn +4
3 | S +4 — 2e → S +6
Марганец в степени окисления + 7 (или перманганат калия) является окислителем
Сера в степени окисления + 4 (или сульфит кальция) является восстановителем
2K + + HPO4 2- + 2H + + 2Cl — = 2K + + 2Cl — + H3PO4
7. Сероводород, карбонат аммония, сульфат железа(II), дихромат калия, серная кислота, хлорид натрия.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми в растворе протекает окислительно-восстановительная реакция с образованием трех солей. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите два сильных электролита, между которыми протекает реакция ионного обмена с образованием осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
1 | Cr +6 + 3e → Cr +3
3 | Fe +2 — e → Fe +3
Хром в степени окисления + 6 (или дихромат калия) является окислителем
Железо в степени окисления + 2 (или сульфат железа (II)) является восстановителем
8. Бромид кальция, гидрофосфат аммония, перманганат калия, серная кислота, нитрат калия, медь.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с образованием бурого газа и не сопровождается выпадением осадка. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите две соли, между которыми протекает реакция ионного обмена с образованием осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
1 | Cu 0 — 2e → Cu +2
Азот в степени окисления + 5 (или нитрат калия) является окислителем
Медь в степени окисления 0 является восстановителем
Ca 2 + + 2Br — + 2NH4 + + HPO4 2- = CaHPO4 + 2NH4 + + 2Br —
9. Бромоводород, гидросульфат калия, перманганат калия, графит, нитрат серебра, ацетат бария.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с образованием простого вещества. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите две соли, между которыми протекает реакция ионного обмена с образованием белого осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
2 | Mn +7 + 5e → Mn +2
5 | 2Br — — 2e → Br2 0
Марганец в степени окисления + 7 (или перманганат калия) является окислителем
Бром в степени окисления -1 (или бромоводород) является восстановителем
Ba 2 + + 2CH3COO — + K + + HSO4 — = BaSO4 + CH3COO — + K + + CH3COOH
10. Оксид хрома(III), дихромат аммония, гидрокарбонат натрия, графит, хлорид железа(III), серная кислота.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с образованием двух кислотных оксидов. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите две соли, между которыми протекает реакция ионного обмена с образованием осадка и выделением газа. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
1 | C 0 — 4e → C +4
2 | S +6 + 2e → S +4
Сера в степени окисления + 6 (или серная кислота) является окислителем
Углерод в степени окисления 0 является восстановителем
Fe 3 + + 3Cl — + 3Na + + 3HCO3 — = Fe(OH)3 + 3CO2 + 3Na + + 3Cl —
11. Оксид серы(IV), гидроксокарбонат меди(II), перманганат калия, дигидрофосфат натрия, аммиак, гидроксид калия.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с образованием осадка и выделением газа. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите кислую соль и вещество, которое вступает с этой кислой солью в реакцию ионного обмена. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
1 | 2N -3 — 6e → N2 0
2 | Mn +7 + 3e → Mn +4
Марганец в степени окисления + 7 (или перманганат калия) является окислителем
Азот в степени окисления -3 (или аммиак) является восстановителем
3Na + + 3H2PO4 2- + 6K + + 6OH — = 6K + + 2PO4 3- + 3Na + + PO4 3- + 6H2O
12. Оксид хрома(VI), хлорид железа(II), азотная кислота, аммиак, иод, фторид аммония.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислительно-восстановительная реакция протекает с образованием кислоты. При этом одна молекула восстановителя . отдает десять электронов. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите два сильных электролита, между которыми протекает реакция ионного обмена без видимых признаков. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
1 | I2 0 — 10e → 2I —
10 | N +5 + 1e → N +4
Азот в степени окисления +5 (или азотная кислота) является окислителем
Йод в степени окисления 0 является восстановителем
13. Оксид серы(IV), фосфин, аммиак, дигидрофосфат натрия, пероксид натрия, гидроксид натрия.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислительно-восстановительная реакция протекает с образованием щелочи и выделением газа. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите кислую соль и вещество, между которыми протекает реакция ионного обмена с образованием средней соли. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
1 | 2N -3 — 6e → N2 0
6 | O -1 + 1e → O -2
Азот в степени окисления -3 (или аммиак) является восстановителем
Кислород в степени окисления -1 (или пероксид натрия) является окислителем
14. Серная кислота, гидросульфат аммония, фосфин, сульфид меди(II), гидроксид бария, гидроксид хрома(III).
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислительно-восстановительная реакция протекает с образованием бесцветного раствора кислоты. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите вещества, между которыми протекает реакция ионного обмена с образованием окрашенного раствора и без выделения газа. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
1 | P -3 — 8e → P +5
4 | S +6 + 2e → S +4
Фосфор в степени окисления -3 (или фосфин) является восстановителем
Сера в степени окисления +6 (или серная кислота) является окислителем
15. Бром, нитрат бария, гидроксид хрома(III), гидрокарбонат калия, оксид серы(IV), нитрат алюминия.
Задание 30. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислительно-восстановительная реакция протекает в растворе с образованием двух кислот. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель
Задание 31. Их предложенного перечня выберите вещества, между которыми протекает реакция ионного обмена с образованием осадка и выделением газа. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.
1 | S +4 — 2e → S +6
1 | Br2 0 + 2e → 2Br —
Фосфор в степени окисления -3 (или фосфин) является восстановителем
Сера в степени окисления +6 (или серная кислота) является окислителем
Гидроксид натрия и перманганат калия ионное уравнение
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: перманганат калия, гидрокарбонат калия, сульфит натрия, сульфат бария, гидроксид калия. Допустимо использование водных растворов веществ.
Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми возможна реакция ионного обмена. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения этой реакции.
Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: перманганат калия, гидрокарбонат калия, сульфит натрия, сульфат бария, гидроксид калия. Допустимо использование водных растворов веществ.
Из предложенного перечня веществ выберите вещества, между которыми возможна окислительно-восстановительная реакция, и запишите уравнение этой реакции. Составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.
Запишем уравнение реакции:
Составим электронный баланс:
2 | →
1 | →
Сера в степени окисления +4 (или сульфит натрия за счёт серы в степени окисления +4) является восстановителем. Марганец в степени окисления +7 (или перманганат калия за счёт марганца в степени окисления +7) — окислителем.
А можно было использовать водную среду, то есть вместе гидроксида калия добавить воду?
Да, можно. Но получится диоксид марганца.
Для начала запишем молекулярные формулы данных веществ: , , , ,
Сульфат бария является нерастворимой солью, поэтому не будет вступать в реакцию с приведенными веществами.
Перманганат калия не вступает в РИО с гидрокарбонатом калия и гидроксидом калия, так как имеют одинаковый катион. С сульфитом натрия реакция невозможна, так как образуются растворимые соли.
Гидрокарбонат калия и гидроксид калия тоже имеют общий ион, но реакция между ними возможна с образованием средней соли карбоната калия и будет относиться к РИО. С сульфитом натрия реакция невозможна, так как образуются растворимые соли.
Сульфит натрия не реагирует с гидроксидом калия по причине образования в ходе реакции растворимых веществ.
Таким образом, вариант ответа только один:
→
→
→
Критерии оценивания выполнения задания | Баллы |
---|---|
Ответ правильный и полный, содержит следующие элементы: − выбраны вещества, и записано молекулярное уравнение реакции ионного обмена; источники: http://chemege.ru/real-ege-po-ximii-2021-30-31/ http://chem-ege.sdamgia.ru/problem?id=10102 |