7.4. Составление уравнений окислительно- восстановительных реакций

Составление уравнения окислительно-восстановительной реакции – задача более сложная, чем в случае реакций обмена, так как в реакции могут участвовать более двух реагентов (окислитель, восстановитель и среда) и образоваться несколько продуктов. Продукты реакции можно определить теоретически, используя значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов, или экспериментально, анализируя состав реакционной системы.

При составлении уравнения окислительно-восстановительной реакции необходимо:

1. Выбрать окислитель и восстановитель.

2. Определить, учитывая характер среды, какие вещества, кроме окислителя и восстановителя, будут участвовать в реакции, и какие продукты могут быть получены.

3. Подобрать коэффициенты в уравнении реакции.

Существует несколько способов составления окислительно- восстановительных реакций. Наибольшее применение нашли метод электронно-ионного баланса и метод электронного баланса.

Метод электронно-ионного баланса основан на использовании значений стандартных окислительно-восстановительных потенциалов при выборе окислителя и восстановителя, составлении электронно-ионных уравнений и последующем суммировании двух уравнений, записанных для процессов окисления и восстановления, в ионно-молекулярное уравнение. Метод электронного баланса используется в основном для подбора стехиометрических коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций, протекающих в водных растворах. Этот метод имеет то преимущество, что при его применении необязательно знать степени окисления атомов, участвующих в реакции ионов.

Метод электронного баланса применим для составления уравнений окислительно-восстановительных процессов, протекающих как в растворах и расплавах, так и в твердых и газообразных системах. Данный метод основан на уравнивании числа отданных и принятых электронов исходя из изменения степеней окисления атомов в исходных и конечных веществах и последующем составлении схемы электронного баланса. Вопрос о продуктах реакции может быть решен или экспериментально, или теоретически, используя значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов (Е^о).

В данном учебном пособии для студентов-заочников при составлении ОВР используется метод электронного баланса, причем продукты окислительно-восстановительных реакций определены.

Задача состоит в подборе и расстановке коэффициентов.

Коэффициенты подбирают методом электронного баланса с помощью электронных уравнений, учитывая правила сохранения числа атомов каждого элемента в реакции и сохранения заряда.

Число одноименных атомов в левой и правой частях уравнения должно быть одинаковое.

Число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.

Рассмотрим пример составления окислительно-восстановитель-ной реакции между перманганатом калия (KMnO₄) и сульфидом калия (K₂S) в кислой среде (H₂SO₄):

KMnO₄ + K₂S + H₂SO₄ K₂SO₄ + MnSO₄ + S + H₂O.

1. Определяем степени окисления элементов в исходных веществах и продуктах реакции:

+ + H₂SO_{4(среда)} + + + H₂O.

В данной реакции изменяются степени окисления атомов серы от –2 до 0 и марганца от +7 до +2.

2. Выбираем восстановитель и окислитель:

Так как в данной реакции степень окисления серы повышается, а марганца понижается, то K₂S – восстановитель, а KMnO₄ – окислитель.

3. Определяем число электронов, отдаваемых восстановителем и принимаемых окислителем, и записываем схему перехода электронов, состоящую из уравнений процессов окисления и восстановления:

5 S^-2 S^о + 2 (процесс окисления);

2 Mn⁺⁷ + 5 Mn⁺² (процесс восстановления);

5S^-2 + 2Mn⁺⁷ 5S^о + 2Mn⁺².

Для нахождения стехиометрических коэффициентов суммарной реакции первую реакцию умножаем на 5 , вторую – на 2 , так как число отданных восстановителем электронов должно равняться числу электронов, принятых окислителем. Коэффициенты перед веществами, атомы которых не изменяют свою степень окисления, находим методом подбора.

4. Записываем уравнение реакции с учетом найденных коэффициентов:

2KMnO₄ + 5K₂S + 8H₂SO₄ 2MnSO₄ + 5S+ 6K₂SO₄ + 8H₂O.

Правильность подобранных коэффициентов определяем балансом кислорода в обеих частях уравнения (8+32=8+24+8).