Тема «Окислительно-восстановительные реакции»

 

Окислительно-восстановительными или редокс-реакциями называют реакции, в которых меняется степень окисления элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Процессы окисления-восстановления протекают одновременно, если одно из соединений, участвующих в реакции, окисляется, то другое восстанавливается.

Окислитель – это вещество, которое принимает электроны, в результате его                  степень окисления понижается:

Окислитель, Sn⁺⁴⁺+2e→Sn²⁺ , процесс восстановления.

Окислители.

K₂Cr₂O₇, KMnO₄, Na₂SO₄, FeCl₃, SnCl₄, Cl₂⁰, Br₂⁰, I₂⁰, KIO₄, KIO₃ - и другие.

Реакция, в результате которой вещество принимает электроны, называется, наоборот, реакцией восстановления.

Восстановитель отдает электроны, степень окисления его повышается:

Восстановитель Cu⁺-le→Cu²⁺, процесс окисления.

Восстановители – все Me⁰, CrCl₃,CrO, MnCl₂, FeCl₂, NaCl, KBr, Na₂S, Na₂SO₃ и другие.

Реакция, в результате которой вещество отдает электроны, называется окислением.

 

Составление уравнений ОВР методом ионно-электронного баланса

(методом полуреакций)

 

Этот метод хотя и более длителен, чем метод электронного баланса, который изучается в школе, но он более точен, учитывает  реально существующие частицы в растворе, которые могут подвергаться диссоциации. Если вещество мало растворяется или не диссоциирует совсем, является слабым электролитом, оксидом, газом, то их в уравнении реакции берут полностью, ставя общий заряд молекулы = 0.

Например: H₂S⁰, H₂O⁰, Fe(OH)₃⁰↓, Mn(OH)₂⁰↓, MnO₂⁰, CO₂⁰, NO⁰, Cl₂⁰, I₂⁰ и т.д.

Алгоритм:

1. Написать выражение уравнения ОВР в диссоциированном виде;

2. Выписать пары ионов, меняющих свою степень окисления;

3. Уравнять в обеих частях количество основного элемента;

4. Уравнять в обеих частях содержание кислорода и водорода по специальной таблице ниже;

5. Уравнять заряды обеих частей;

6. Сложить эти оба уравнения, умножив на коэффициенты;

7. Сократить подобные члены в левой и правой частях уравнения;

8. Подставить найденные коэффициенты в уравнение.

 

Подбор коэффициентов в О.В.Р.

H+- среда		OH- - среда		H2O- среда
Не хватает кислорода	Противополож-ная сторона	Не хватает кислорода	Противоположная сторона	Реакция окисления - +ne	Реакция восстановле-ния -ne
+ n H2O0	+2nH+	+2nOH-	+nH2O0	как H+-среда	как OH- - среда

n –число атомов кислорода, которого не хватает в одной из сторон.

 

В кислой среде:

В ту часть уравнения, где не хватает (О), записать необходимое число молекул H₂O (столько молекул H₂O, сколько не хватает атомов O), а в противоположную часть уравнения дописать соответствующее число ионов водорода (вдвое больше, чем молекул воды, т.к. в одной молекулы воды содержится 2 атома водорода).

В щелочной среде:

В ту часть уравнения, где не хватает кислорода, записать удвоенное число ионов гидроксония OH^- (вдвое больше, чем недостающее число атомов кислорода), а в противоположную сторону уравнения дописать необходимое число молекул воды, (столько молекул воды,  сколько не хватает атомов кислорода).

В нейтральной среде:

Уравнение реакции окисления уравнивается по кислой среде.

Уравнение реакции восстановления уравнивается по щелочной среде.

 

 Примеры составления уравнений ОВР методом ионно-электронного баланса

(методом полуреакций)

Кислая среда:

KMnO₄+Na₂SO₃+H₂SO₄→MnSO₄+Na₂SO₄+K₂SO₄+H₂O

K⁺+MnO₄^-+2Na⁺+SO₃^2-+2H⁺+SO₄^2- →Mn²⁺+SO₄^2-+2Na⁺+SO₄^2-+2K⁺+SO₄^2-+H₂O⁰

 

MnO₄^-→Mn²⁺

SO₃^2-→SO₄^2-

 

2   5

MnO₄^-+8H⁺→+5ē→ Mn²⁺+4H₂O⁰восстановление, окислитель

    (+7)         (+2)

SO₃^2-+H₂O⁰→-2ē→ SO₄^2-+2H⁺окисление, восстановитель

    (-2)        (0)

-------------------------------------------------------------------------------------

2MnO₄^-+16H⁺+5SO₃^2-+5H₂O→2Mn²⁺+8H₂O⁰+5SO₄^2-+10H⁺

2Mn0₄^-+6H⁺+5SO₃^2-→2Mn²⁺+3H₂O⁰+5SO₄^2-

 

Коэффициенты из этой полуреакции переносятся в основное уравнение:

2KMnO₄+5Na₂SO₃+3H₂SO₄=2MnSO₄+5Na₂SO₄+K₂SO₄+3H₂O

В кислой среде уравнивается следующим образом: в ту часть, где не хватает кислорода, вводят это же количество молекул воды, а в противоположную сторону водят удвоенное число (от того, сколько ввели воды) ионов H⁺:

MnO₄^-→Mn²⁺+4H₂O⁰

MnO₄^-+8H⁺→Mn²⁺+4H₂O⁰

Затем считаем суммарное число зарядов: слева (+7), а справа (+2), над строкой ставим нужное число электронов для уравнивания: чтобы из (+7) получить (+2) надо принять 5 электронов (+5ē):

MnO₄^-+8H⁺→+5ē→ Mn²⁺+4H₂O⁰

 

Щелочная среда:

KMnO₄+Na₂SO₃+KOH→K₂MnO₄+Na₂SO₄+H₂O

K⁺+MnO₄^-+2Na⁺+SO₃^2-+K⁺+OH^- →2K⁺+ MnO₄^2-+2Na⁺+SO₄^2-+H₂O

 

MnO₄^-→ MnO₄^2-

SO₃^2-→SO₄^2-

 

В щелочной среде уравнивается так: в ту часть уравнения, где не хватает кислорода, вводят удвоенное число групп OH^- , а в противоположную сторону – нужное количество молекул H₂O

MnO₄^-→+1ē →MnO₄^2-

(-1)               (-2)

SO₃^2-+2OH^-→SO₄^2-

SO₃^2-+2OH^-→SO₄^2-+H₂O⁰

 (-4)               (-2)     

SO₃^2-+2OH^-→-2ē→ SO₄^2-+H₂O^-

Или в конечном виде:

2   1

MnO₄^-→+1ē→MnO₄^2-восстановление, окислитель

 (-1)             (-2)

SO₃^2-+2OH^-→-2ē→SO₄^2-+H₂O^-окисление, восстановитель

 (-4)                 (-2)

 

2Mn0₄^-+SO₃^2-+2OH^-→2MnO₄^2-+SO₄^2-+H₂O⁰

 

Итоговое уравнение будет:

2KMnO₄+Na₂SO₃+2KOH=2K₂MnO₄+Na₂SO₄+H₂O

 

Нейтральнаясреда:

KMnO₄+Na₂SO₃+ H₂O =MnO₂+Na₂SO₄+KOH

K⁺+MnO₄^-+2Na⁺+SO₃^2-+H₂O⁰→MnO₂⁰+2Na⁺+SO₄^2-+K⁺+OH^-

MnO₄^-→ MnO₂⁰

 

В нейтральной среде реакция окисления уравнивается так же, как идет уравнивание кислой среды, а реакция восстановления – как щелочная среда. Так как  является окислителем, то это будет реакция восстановления, будем уравнивать как щелочную среду:

MnO₄^-→MnO₂⁰+4OH^-

MnO₄^-+2H₂O⁰→MnO₂⁰+4OH^-

(-1)              (-4)

MnO₄^- + 2H₂O⁰→+3ē→ MnO₂⁰ + 4OH^-

Na₂SO₃- это восстановитель, реакция окисления, будем уравнивать как кислую среду:

SO₃^2- + H₂O⁰ → SO₄^2-

SO₃^2- + H₂O⁰ → SO₄^2- + 2H⁺

        (-2)       (0)

SO₃^2- + H₂O→-2ē→ SO₄^2- + 2H⁺

или:

SO₃^2- +  H₂O →-2ē→ SO₄^2- + 2H⁺ окисление, восстановитель              3

MnO ₄ ^- + 2 H ₂ O ⁰→+3ē→MnO ₂ ⁰ + 4 OH ^- восстановление, окислитель     2

3SO₃^2- + 3H₂O⁰ + 2MnO₄^- + 4H₂O⁰ → 3SO₄^2- + 6H⁺ + 2MnO₂⁰ + 8OH^-

 

3SO₃^2- + 2MnO₄^-+ 7 H₂O⁰→ 3SO₄^2- + 2MnO₂⁰ +6H₂O^{0 +} +2ОН^-

Итоговое уравнение будет:

2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ + H₂O = 2MnO₂ + 3Na₂SO₄ + 2KOH