Решение типовых задач

Задача 1. Напишите уравнение реакции окисления дисульфида железа (II) концентрированной азотной кислотой. Составьте: схемы электронного и электронно-ионного баланса. Решение. НNО₃ - сильный окислитель, поэтому сера будет окисляться до максимальной степени окисления S⁺⁶, а железо до Fe⁺³, при этом НNО₃ может восстанавливаться до NO или NO₂. Рассмотрим случай восстановления до NО₂. FеS₂ + НNO₃(конц) → Fе(NO₃)₃ + Н₂SО₄ + NО₂. Где будет находиться Н₂О (в левой или правой части), пока неиз­вестно. Уравняем данную реакцию методом электронного баланса. Процесс восстановления описывается схемой: N⁺⁵ + e → N⁺⁴ В полуреакцию окисления вступают сразу два элемента - Fe и S. Железо в дисульфиде имеет степень окисления +2, а сера -1. Не­обходимо учесть, что на один атом Fе приходится два атома S: Fe⁺² – e → Fe⁺³ 2S^- - 14e → 2S⁺⁶. Вместе железо и сера отдают 15 электронов. Полный баланс имеет вид: FeS₂ – 15e → Fe³⁺ + 2S⁶⁺ 15 молекул НNО₃ идут на окисление FеS₂, и еще 3 молекулы НNО₃ необходимы для образования Fе(NО₃)₃: FеS₂ + 18НNО₃ → Fе(NО₃)₃ + 2Н₂SО₄ + 15NО₂ . Чтобы уравнять водород и кислород, в правую часть надо доба­вить 7 молекул Н₂О: FeS₂ + 18НNО₃(конц) = Fе(NО₃)₃ + 2Н₂SО₄ + 15NО₂ + 7Н₂О. Используем теперь метод электронно-ионного баланса. Рас­смотрим полуреакцию окисления. Молекула FеS₂ превращается в ион Fе³⁺ (Fе(NО₃)₃ полностью диссоциирует на ионы) и два иона SO₄^2- (диссоциация H₂SO₄): FeS₂ → Fe³⁺ + 2SO²₄^-. Для того, чтобы уравнять кислород, в левую часть, добавим 8 молекул H₂O, а в правую – 16 ионов Н⁺ (среда кислая!): FeS₂ + 8H₂O → Fe³⁺ + 2SO₄^2- + 16H⁺. Заряд левой части равен 0, заряд правой +15, поэтому FеS₂ дол­жен отдать 15 электронов: FеS₂ + 8Н₂О - 15е → Fе³⁺ + 2SО₄^2- + 16Н⁺. Рассмотрим теперь полуреакцию восстановления нитрат-иона: NO₃^- → NO₂. Необходимо отнять у NО₃^- один атом О. Для этого к левой части добавим 2 иона Н⁺ (кислая среда), а к правой — одну молекулу Н₂О: NО₃^- + 2Н+ → NО₂ + Н₂О. Для уравнивания заряда к левой части (заряд +1) добавим один электрон: NО₃^- + 2Н⁺ + е → NO₂ + Н₂О. Полный электронно-ионный баланс имеет вид: FеS₂ + 15NО₃^- + 30Н⁺ + 8H₂O = Fе³⁺ + 2SО₄^2- + 16H⁺ + 15NО₂ + 15Н₂О. Сократив обе части на 16Н⁺ и 8Н₂О, получим сокращенное ион­ное уравнение окислительно-восстановительной реакции: FеS₂ + 15NО₃^- + 14Н⁺ = Fе³⁺ + 2SО₄^2- + 15NО₂ + 7Н₂О. Добавив в обе части уравнения соответствующее количество ионов по три иона NО₃^- и Н⁺, находим молекулярное уравнение реакции: FеS₂ + 18НNО₃(конц) = Fе(NО₃)₃ + 2Н₂SО₄ + 15NО₂ + 7Н₂О. Пример 2. Подберите коэффициенты в уравнении окислительно-восстановительной реакции методом электронного баланса.

Fe₂O₃ + CO → Fe + CO₂

Решение: Fe₂O₃ + 3 CO = 2 Fe +3 CO₂

Fe₂^III + 6 e^- = 2Fe⁰ 1

C^II - 2 e^- = C^IV 3

При одновременном окислении (или восстановлении) атомов двух элементов одного вещества расчет ведут на одну формульную единицу этого вещества.

Пример 3. Подберите коэффициенты в уравнении окислительно-восстановительной реакции методом электронного баланса.

Fe(S)₂ + O₂ = Fe₂O₃ + SO₂

Решение: 4 Fe(S)₂ + 11 O₂ = 2 Fe₂O₃ + 8 SO₂

Fe^II - e^- = Fe^III

2S^-I - 10 e^- = 2S^IV -11e^- 4

O₂⁰ + 4 e^- = 2O^-II + 4 e^- 11

Пример 4. Подберите коэффициенты в уравнении реакции внутримолекулярного окисления-восстановления

(NH₄)₂CrO₄ → Cr₂O₃ + N₂ +H₂O + NH₃

Решение

2 (NH₄)₂CrO₄ = Cr₂O₃ + N₂ +5 H₂O + 2 NH₃

Cr^VI + 3 e^- = Cr^III 2

2N^-III - 6 e^- = N₂⁰ 1

Для реакций дисмутации (диспропорционирования, самоокисления - самовосстановления), в которых атомы одного и того же элемента в реагенте окисляются и восстанавливаются, дополнительные множители проставляют вначале в правую часть уравнения, а затем находят коэффициент для реагента.

Пример 5. Подберите коэффициенты в уравнении реакции дисмутации

H₂O₂ → H₂O + O₂

Решение

2 H₂O₂ = 2 H₂O + O₂

O^-I + e^- = O^-II 2

2O^-I - 2 e^- = O₂⁰ 1

Для реакции конмутации (синпропорционирования), в которых атомы одного и того же элемента разных реагентов в результате их окисления и восстановления получают одинаковую степень окисления, дополнительные множители проставляют вначале в левую часть уравнения.

Пример 6. Подберите коэффициенты в уравнении реакции конмутации:

H₂S + SO₂ → S + H₂O