Na h2o уравнение электронного баланса

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

Решение задач по химии на окислительно-восстановительные реакции

Составление уравненй окислительно-восстановительных процессов

Задача 164.
Закончите уравнение реакци, раставив коэффициенты электронно-ионного баланса в реакции:
MnS + HNО₃(разб) = Mn(NO₃)₂ +S + NO + H₂O
Решение:
Уравнения электронного баланса:

Восстановитель 3|S 2– — 2 = S 0 процесс окисления
Окислитель 2|N 5+ O₃ – + 3 + 4H + = N 3+ O + 4H₂O процесс восстановления

3S₂— + 2N 5+ O₃ – + 8H + = 3S 0 + 2N 3+ O + 4H₂O

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов шесть. Разделив это число на 3, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 6 на 3 получаем коэффициент 2 для восстановителя и продукта его окисления.

В данной реакции: MnS – восстановитель, HNO₃ – окислитель; MnS окисляется до S, HNO₃ – восстанавливается до NO.

Задача 165.
Закончите уравнения реакций, расставив коэффициенты методом электронно-ионного баланса:
1) NaCrO₂ + Br₂ + NaOH = Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O (Щелочная среда)
2) KMnO₄ + SO₂ + H₂O = MnO₂ + K₂SO₄ + H₂SO₄ (Нейтральная среда)
Решение:
1. NaCrO₂ + Br₂ + NaOH = Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O

Восстановитель 2|CrO 2– — 3 + 4ОН – = CrO₄ 2– + 2Н₂О процесс окисления
Окислитель 3|Br₂ 0 + 2 = 2Br – процесс восстановления

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов шесть. Разделив это число на 3, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 6 на 3 получаем коэффициент 2 для восстановителя и продукта его окисления.

Восстановитель 3|SO₂ — 2 + 2Н₂О = SO₄ 2– + 4Н + процесс окисления
Окислитель 2|MnO₄ – + 3 + 4Н + = MnO₂ + 2Н₂О процесс восстановления

После приведения в равенстве получим:

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов шесть. Разделив это число на 3, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 6 на 2 получаем коэффициент 3 для восстановителя и продукта его окисления.

Реакции диспропорционирования

Задача 166.
Какие окислительно-восстановительных реакций относятся к реакциям диспропорционирования? Расставьте коэффициенты в реакциях:
а) Cl₂ + NaOH = NaCl + NaClO₃ + H₂O;
б) NaClO₃ = NaCl + NaClO₄.
Решение:
В реакциях диспропорционирования окислителем и восстановителем являются атомы одного и того же элемента в одинаковой степени окисления (обязательно промежуточной). В результате образуются новые соединения, в которых атомы этого элемента обладают различной степенью окисления.

а) Cl₂ + NaOH = NaCl + NaClO₃ + H₂O

окислитель 5|10|Cl₂ 0 + 2 = 2Cl – процесс восстановления
восстановитель 1|2|Cl₂ 0 — 10 = 2Cl +5 процесс окисления

5Cl₂ 0 + Cl₂ 0 = 10Cl – + 2Cl +5

После приведения уравнение будет иметь вид:

3Cl₂ 0 = 5Cl – + Cl +5

б) NaClO₃ = NaCl + NaClO₄

окислитель 1|2|Cl +5 + 6 = Cl – процесс восстановления
восстановитель3 |6|Cl +5 — 2 = Cl +7 процесс окисления

4Cl +5 = Cl – + 3Cl +7

Вычисление окислительно-восстановительных потенциалов химических процессов

Задача 167.
Вычислите окислительно-восстановительный потенциал для системы:
MnO₄ – + 8H + + 5 = Mn 2+ + 4H₂O.
Если С(MnO₄ – ) = 10 -4 М, С(Mn 2+ )=10 -2 М, С(H + ) = 0,1 М.
Решение:
Окислительно-восстановительный потенциал рассчитывают по уравнению Нернста:

E = E° + (0,059/n)lg(Cок/Cвос), где

E° – стандартный электродный потенциал металла; n – число электронов, принимающих участие в процессе; с – концентрация ионов металла в растворе его соли (при точных вычислениях – активность ионов).

В приведенной системе в окисленной форме находятся MnO₄ – и H + , а в восстановленной форме — Mn 2+ . Подставив исходные значения в уравнение Нернста, рассчитаем окислительно-восстановительный потенциал данной системы, получим:

E = 1,51 + (0,059/5)lg(10-4 . 0,1/10-2) = 1,55 В.

Ответ: 1,55 В.

Вычисление константы равновесия окислительно-восстановительной реакции

Задача 168.
Рассчитайте для стандартных условий константу равновесия окислительно-восстановительной реакции:
KBr + PbO₂ + 4HNO₃ = Pb(NO₃)₂ + Br₂ + 2KNO₃ + 2H₂O
Решение:
Константа равновесия (K) окислительно-восстановительной реакции связана с окислительно-восстановительными потенциалами следующим соотношением:

Определим, какие ионы в данной реакции являются окислителем и восстановителем:

окислитель 1|2|Pb₂O + 4H + + 2e = Pb 2+ + 2H₂O процесс восстановления E₁° = 1,445 B;
восстановитель 1|2|2Br- — 2e = Br2 процесс окисления E₂° = 1,087 B.

Подставим данные в соотношение для К:

lgK = (1,445 — 1,087)2/0,059 = 12,14;
lgK = 12,14;
K = 1,38*1012.

Ответ: K = 1,38 . 1012.

Please wait.

We are checking your browser. gomolog.ru

Why do I have to complete a CAPTCHA?

Completing the CAPTCHA proves you are a human and gives you temporary access to the web property.

What can I do to prevent this in the future?

If you are on a personal connection, like at home, you can run an anti-virus scan on your device to make sure it is not infected with malware.

If you are at an office or shared network, you can ask the network administrator to run a scan across the network looking for misconfigured or infected devices.

Another way to prevent getting this page in the future is to use Privacy Pass. You may need to download version 2.0 now from the Chrome Web Store.

Cloudflare Ray ID: 6dfcb08d5bee160a • Your IP : 85.95.188.35 • Performance & security by Cloudflare