ОВР, протекающие в кислой среде

Каждая освобождающаяся частица кислорода связывается с двумя ионами водорода с образованием одной молекулы воды: [О–2] + 2 Н+ = Н2О. Каждая недостающая частица кислорода берется из молекулы воды, при этом освобождается два иона водорода: Н2О - [О–2] = 2 H+

Последовательность действий при составлении уравнений реакции следующая:

1. Записывают схему реакции в молекулярной форме, например:

KMnO4 + H2C2O4 + H2SO4 → MnSO4 + CO2 + K2SO4 + H2O

2. Записывают схему реакции в ионной форме:

K+ + MnO4‾ + 2H+ + C2O42- + 2H+ + SO42- → Mn2+ + SO42- + CO2 +2K+ + SO42- + H2O

Сокращаем те ионы, которые не претерпели изменения в результате реакции.

3. Составляют краткое ионное уравнение ОВР и подчеркивают ионы, которые изменились по зарядности или составу:

MnO4‾ + 2H+ + C2О4 2- → Mn2+ + CО2+ H2O

4. Записывают схему процессов окисления и восстановления в виде так называемых полуреакций а) MnO4– → Mn2+ восстановление;

б) C2O42– → CO2 окисление.

5. Составляют качественный и количественный баланс для атомов элементов, а также баланс по зарядам ионов, молекул для полуреакций «а» и «б».

Качественный баланс предусматривает, чтобы в правой и левой частях уравнений «а» и «б» присутствовали одни и те же элементы. Количественный баланс требует равенства числа атомов каждого элемента в правой и левой частях.

Качественный и количественный баланс обеспечивается разными способами в различных средах.

В процессе восстановления в левой части полуреакции «а» - четыре атома кислорода, для их связывания нужно написать в левую часть 8 H+ и получить 4 молекулы воды в правой части уравнения «а» (т. е. на каждый избыточный атом кислорода вводится в левую часть удвоенное число катионов водорода, а в правую вводится соответствующее число молекул воды (в два раза меньше, чем число ионов водорода):

а) MnO4‾ + 8 H+ → Mn2+ + 4H2O;

б) C2O42‾ → 2CO2;

для полуреакции «б» качественный и количественный баланс обеспечивают коэффициентом в правой части уравнения. Если окислительно-восстановительные реакции протекают в присутствии молекулы кислоты и при составлении материального баланса наблюдается недостаток атомов кислорода в одной из частей баланса, то в эту часть записывают столько молекул воды, сколько не хватает атомов кислорода, а в противоположную часть записывают удвоенное число катионов водорода на каждый избыточный атом кислорода.



6. Далее осуществляют баланс по зарядам ионов и молекулам складывая все заряды левой части и правой части уравнения. В нашем примере заряд левой части равен +7, а правой части двум. Далее, чтобы уравнять заряды прибавляют в левую часть 5ē электронов, и стрелку заменяем на знак равенства.

В полуреакции «б» заряд левой части обусловливается зарядом иона и равен –2, а правой части – 0, т.к. нейтральные молекулы электронейтральны, и чтобы заряд левой части был равен нулю, отнимают 2 электрона

MnO4- + 8H+ + 5ē = Mn2+ + 4H2O 5 10 2
суммарный заряд до превращения суммарный заряд после превращения число переданных электронов
[-1+8(+1)]=+7 [+2+4•0]=+2 n1 =+7-2=+5
C2O42- - 2ē = 2CO2 2 5
заряд до превращения равен -2 заряд после число переданных превращения электронов 2•0=0 n2 =–2 – 0 =–2

Так как число принятых окислителем электронов и отданных восстановителем должно быть одинаковым, то для чисел 2 и 5 находим наименьшее общее кратное, оно равно 10, затем находим коэффициенты для полуреакций «а» и «б». Для молекул и ионов уравнения «а» множитель равен 2, в уравнении «б» множитель равен 5.

7. Каждую частицу полуреакции окисления-восстановления умножаем на найденные коэффициенты электронного баланса и складываем левые и правые части баланса; если нужно, то приводим подобные члены и составляем краткое ионное уравнение ОВР.

2MnO4¯ + 16H+ + 5C2O42– = 2Mn2+ + 8H2O + 10CO2 (краткое ионное уравнение)

Множители перед ионами и молекулами в суммарном уравнении есть коэффициенты перед соответствующими молекулами в молекулярном уравнении и составляют молекулярное уравнение.



2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 4H2O

8. Определяют коэффициенты перед атомами элементов не участвующими в ОВР (например К+) и проверяют суммарное число атомов водорода и кислорода в левой и правой частях молекулярного уравнения.

Пример:

K2Cr2O7 + HCl → CrCl3 + Cl2 + KCl + H2O

1) 2K+ + (Cr2O7)2 + H+ + Cl- → Cr3+ + 3Cl- + Cl2 + K+ + Cl + H2O

2) Cr2O72- + H+ + Cl- → Cr3+ + Cl2 + H2O

3) Cr2O72- + 14H+ + 6ē → 2Cr3+ + 7H2O 6 3 1 восстановление

2Cl- -2ē = Cl2 2 1 3 окисление

Так как в ионе Cr2O72- 2 атома хрома, то и в правой части перед ионом ставится коэффициент 2:

4) Cr2O72- + 6Cl- = 2Cr3+ + 7H2O + 3Cl2

При написании молекулярного уравнения нужно учесть что молекулы HCl выполняют роль восстановителя и среды. Ионы K+ в молекуле K2Cr2O7 нужно связать с хлорид ионом с образованием соли KCl, а атом , который входит в состав иона (Cr2O7)2-, выполняющего роль окислителя и восстанавливающийся до ионов Cr3+, связать тоже c ионом Cl¯ в соль CrCl3. Таким образом 8 молекул кислоты HCl в правой части идет на солеобразование и 6 молекул на окисление, поэтому коэффициент перед кислотой ставится по числу катионов водорода.

K2Cr2O7 + 14HCl = 2CrCl3 + 2KCl + 3Cl2 + 7H2O

2.2.2. ОВР, протекающие в щелочной среде

Каждая освобождающаяся частица кислорода реагирует с одной молекулой воды, образуя два гидроксид-иона: [О-2] + Н2О = 2 ОH-. Каждая недостающая частица кислорода берётся из двух гидроксид-ионов с образованием одной молекулы воды: 2 ОН¯ - [О-2] = Н2О.

Целый ряд ОВР протекает в условиях, когда в левой части уравнения имеются молекулы основания, например:

NaCrO2+Br2+NaOH→Na2CrO4+NaBr+H2O

При этих условиях порядок нахождения коэффициентов такой же, что и описанный в разделе 2.2.1, разница лишь в том, что если исходные соединения суммарно содержат меньшее количество атомов кислорода, чем образующиеся в полуреакции соединения, то недостающее количество их в «щелочной среде» пополняется за счет ионов ОН–, а в противоположной части схемы будет образовываться вода.

Подберем коэффициенты в приведенном уравнении. Методика подбора до пункта 2.2.1 (5) та же, что и в случае, когда реакция протекает в кислой среде.

Отсюда схема баланса будет такова:

а) CrO2– → CrO42– окисление

б) Br2 → 2Br - восстановление

Поскольку количественного и качественного баланса в полуреакциях нет, то в правой части полуреакции «б» для соблюдения баланса перед ионами Br– ставится коэффициент 2. В уравнении «а» нет качественного баланса, не хватает двух атомов кислорода в левой части схемы, поэтому, если наблюдается недостаток атомов кислорода в левой части и ОВР протекает в присутствии основания, то в эту часть схемы вводится удвоенное число групп ОН– на каждый недостающий атом кислорода, а в правую часть записывают соответствующее число молекул Н2О. Поскольку в левой части полуреакции «а» рассматриваемого примера 2 атома кислорода, а в правой – 4 атома кислорода, то влево вводится 4 группы ОН–, а в правую часть 2 молекулы воды:

CrO2¯ + 4OH¯→CrO42- + 2H2O

Далее в верхней и нижней строчке полуреакций уравниваются заряды:

CrO2¯ + 4OH¯ – 3ē = CrO42– + 2H2O 3 6 2
суммарный заряд до превращения суммарный заряд после превращения число переданных электронов n1 =-3
[-1+4•(-1)=-5] [-2+2•0= -2]
Br2 + 2ē = 2Br¯ 2 3
суммарный заряд до превращения равен 0 суммарный заряд после превращения [2•(-1)= -2] число переданных электронов n2 = +2

Наименьшее общее кратное для числа 2 и 3 равно 6.

Затем последовательно находятся множители для верхней и нижней строчки баланса. В нашем примере для верхней строчки вводится множитель 2, а для нижней строчки – множитель 3.

С учетом этих множителей, все частицы первой полуреакции умножаются на 2, а частицы второй полуреакции – на 3, после чего складываются отдельно левые и правые части полуреакций:

CrO2¯ +4OH¯– 3ē = CrO42-+2H2O 2
Br2+2ē=2Br¯ 3

2CrO2¯+8OH¯+3Br2 = 2CrO42-+4H2O+6Br¯ (суммарное краткое ионное уравнение)

Коэффициенты перед ионами и молекулами в суммарном ионном уравнении соответствуют коэффициентам перед этими ионами и молекулами в молекулярном уравнении:

2NаСrО4 + 8NаОН+ЗВr2 = 2Nа2Сr04 + 6NаВr+4Н20

В рассмотренном примере недостаток атомов кислорода наблюдался в левой части схемы, но могут быть такие ОВР, когда в схеме недостаток атомов кислорода будет в правой части. В этом случае недостающее число атомов кислорода будет компенсироваться удвоенным числом группы ОН¯ в правой части схемы, а в левую часть вводится соответствующее число молекулводы.


5219151439037846.html
5219194334610030.html
    PR.RU™