Последовательность действий при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в разных средах

 

Реакция происходит в кислой среде.

Пример.Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции ионно-электронным методом, если схема реакции имеет вид K₂Cr₂O₇ + HCl + KNO₂ → CrCl₃ + KNO₃ + KCl + H₂O.

1). Запишем схему реакции в ионной форме, отметим частицы, образованные одинаковыми элементами, которые изменились в ходе реакции:

2K⁺ +Cr₂O₇^2- + H⁺ +Clˉ + K⁺ + NO₂^- → Cr³⁺ + 3Clˉ + K⁺ + NO₃ˉ + K⁺ +Clˉ + H₂O

Вспомогательное действие. Нахождение частиц, изменившихся в ходе реакции, можно провести, анализируя степени окисления элементов:

_{+6 +3 +3 +5}

K₂Cr₂O₇ + HCl + KNO₂ → CrCl₃ + KNO₃ + KCl + H₂O

По указанным элементам можно найти ионы, изменившие свой состав в реакции.

2). Составим с найденными частицами полуреакции окисления и восстановления, уравняем число центральных атомов (это Cr и N)

Cr₂O₇^2- → 2Cr³⁺

NO₂ˉ → NO₃;

3). В реакции, кроме солей K₂Cr₂O₇ и KNO₂, участвует кислота HCl. Для уравнивания числа атомов кислорода используем правило для кислой среды и, подбирая коэффициенты перед Н⁺ и H₂O, уравниваем число атомов водорода и кислорода:

Cr₂O₇^2- + 14Н⁺ → 2Cr³⁺ + 7H₂O

NO₂ˉ + H₂O → NO₃ˉ + 2Н⁺;

Определим заряды в каждой части полуреакций

+12 +6

Cr₂O₇^2- + 14Н⁺ → 2Cr³⁺ + 7H₂O

 

-1 +1

NO₂ˉ + H₂O → NO₃ˉ + 2Н⁺,

 

и для их уравнивания запишем число принятых и отданных электронов:

Cr₂O₇^2- + 14Н⁺ + 6ē → 2Cr³⁺ + 7H₂O

NO₂ˉ + H₂O – 2ē → NO₃ˉ + 2Н⁺.

Примечание. Число и направление передаваемых электронов в полуреакциях, составленных на основании электронного и ионно-электронного методов, должны совпадать.

4). Обозначим в полуреакциях процессы (ок-е и восс-е) и вещества (ок-ль и восс-ль):

ок-ль Cr₂O₇^2-+14Н⁺+6ē→2Cr³⁺+7H₂O восс-е

восс-ль NO₂ˉ+H₂O–2ē→NO₃ˉ+2Н⁺ ок-е

5). Для выполнения правила электронного баланса найдем множители:

 

Cr₂O₇^2-+14Н⁺+6ē→2Cr³⁺+7H₂O × 1

NO₂ˉ+H₂O–2ē→NO₃ˉ+2Н⁺ × 3,

вспомогательное действие (его можно опустить): запишем полуреакции с учетом найденных множителей:

Cr₂O₇^2- + 14Н⁺ + 6ē → 2Cr³⁺ + 7H₂O

3NO₂ˉ + 3H₂O – 6ē → 3NO₃ˉ + 6Н⁺

6). С учетом найденных множителей алгебраически сложим обе полуреакции и преобразуем

Cr₂O₇^2- + 14Н⁺ + 6ē + 3NO₂ˉ + 3H₂O – 6ē → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3NO₃ˉ + 6Н⁺

Уравнение Cr₂O₇^2- + 8Н⁺ + 3NO₂ˉ → 2Cr³⁺ + 3NO₃ˉ + 4H₂O

называется сокращенным ионным уравнением данной окислительно-восстановительной реакции . Это уравнение содержит информацию о реакции среды: ее определяют частицы Н⁺ – указатель кислой среды, а

коэффициенты в нем являются, соответственно, коэффициентами молекулярного уравнения.

7). Перенесем полученные коэффициенты в заданную схему реакции

и уравняем частицы, не изменившиеся в ходе реакции, в следующей последовательности:

а) атомы металлов, б) кислотные остатки, в) атомы водорода, г) в последнюю очередь – атомы кислорода:

K₂Cr₂O₇ + 8HCl + 3KNO₂ → 2CrCl₃ + 3KNO₃ + 2KCl + 4H₂O.

 

Реакция происходит в нейтральной среде.

Пример. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции ионно-электронным методом, если схема реакции имеет вид

As + NaClO + H₂O →Н₃AsO₄ + NaCl.

Реакция происходит в нейтральной среде с образованием кислоты. Для составления такого типа реакций используется такая же последовательность действий, как для кислой среды:

 

 

1). As + Na⁺ + ClO^- + H₂O → H₃AsO₄ + Na⁺ + Cl^-.

(H₂O и Н₃AsO₄ – слабые электролиты, сохраняются в молекулярной форме)

 

2). As → H₃AsO₄ 3) As + 4H₂O - 5е → H₃AsO₄ + 5H⁺

ClO^- → Cl^-; ClO^- + 2H⁺ + 2е → Cl + H₂O

 

4). вос-ль As + 4H₂O - 5е → H₃AsO₄ + 5H⁺ ок-е

ок-ль ClO^- + 2H⁺ + 2е → Cl + H₂O вос-е

 

5). вос-ль As + 4H₂O - 5е → H₃AsO₄ + 5H⁺ ок-е ´2

ок-ль ClO^- + 2H⁺ + 2е → Cl + H₂O вос-е ´5

вспомогательное действие:

2As + 8H₂O - 10е → 2H₃AsO₄ + 10H⁺

5ClO^- + 10H⁺ + 10е → 5Cl + 5H₂O

 

6). 2As + 8H₂O - 10е + 5ClO^- + 10H⁺ +10е → 2H₃AsO₄ + 10H⁺ + 5Cl +5H₂O

 

7). 2As + 3H₂O + 5ClO^- → 2H₃AsO₄ + 5Cl

 

8). 2As + 5NaClO + 3H₂O → 2Н₃AsO₄ + 5NaCl.

 

Реакция происходит в щелочной среде.

Пример. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции ионно-электронным методом, если схема процесса имеет вид:

NaNO₃ +MnO₂ + KOH ® K₂MnO₄ + NaNO₂

1). Ионная форма схемы реакции:

Na⁺ + NO₃^- + MnO₂ + K⁺ + OH^- ® 2K⁺ + MnO₄^2- + Na⁺ + NO₂ ^–

 

2). NO₃^- ® NO₂ ^- 3). NO₃^- + H₂O + 2e ® NO₂ ^- + 2OH^-

MnO₂ ® MnO₄^2- MnO₂ + 4OH^- -2e ® MnO₄^2- + 2H₂O

 

4). ок-ль NO₃^- + H₂O + 2e ® NO₂ ^- + 2OH^- вос-е

вос-ль MnO₂ + 4OH^- -2e ® MnO₄^2- + 2H₂O ок-е

 

5). ок-ль NO₃^- + H₂O + 2e ® NO₂ ^- + 2OH^- вос-е ´ 1

вос-ль MnO₂ + 4OH^- -2e ® MnO₄^2- + 2H₂O ок-е ´ 1

 

6). NO₃^- + H₂O + 2е + MnO₂ + 4OH^- -2e ® NO₂ ^- + 2OH^- + MnO₄^2- + 2H₂O

 

7). NO₃^- + MnO₂ + 2OH^- ® NO₂ ^- + MnO₄^2- + H₂O

 

8). NaNO₃ +MnO₂ + 2KOH ® K₂MnO₄ + NaNO₂ + H₂O.

 

Реакция происходит в нейтральной среде с образованием гидроксидов.

Пример. Составьте уравнение окислительно-восстановительной реакции ионно-электронным методом, если схема процесса имеет вид:

K₂Cr₂O₇ + Na₂S + H₂O ® Cr(OH)₃ + S

Для составления такого типа реакций используется такая же последовательность действий, как для щелочной среды.

1). Ионная форма схемы реакции:

2K⁺ + Cr₂O₇^2- + 2Na⁺ + S^2- + H₂O ® Cr(OH)₃ +S

 

2). Cr₂O₇^2-® Cr(OH)₃ 3). Cr₂O₇^2- + 7H₂O + 6e ® 2Cr(OH)₃ + 8OH^-

S^2- ® S S^2- -2e ® S

 

4). ок-ль Cr₂O₇^2- + 7H₂O + 6e ® 2Cr(OH)₃ + 8OH^- вос-е

вос-ль S^2- -2e ® S ок-е

 

5). ок-ль Cr₂O₇^2- + 7H₂O + 6e ® 2Cr(OH)₃ + 8OH^- вос-е ´ 1

вос-ль S^2- -2e ® S ок-е ´ 3

 

6). Cr₂O₇^2- + 7H₂O + 6e + 3S^2- -6e ® 2Cr(OH)₃ + 8OH^- + 3S

 

7). Cr₂O₇^2- + 7H₂O + 3S^2- ® 2Cr(OH)₃ + 8OH^- + 3S - здесь 8OH^- -ионов распределились в соответствии с числом атомов калия и натрия

(2KOH + 6NaOH) в молекулярном уравнении:

 

8). K₂Cr₂O₇ + 3Na₂S + 7H₂O ® 2Cr(OH)₃ + 3S + 2KOH + 6NaOH.

 

Контрольные задания

 

131. а) Определите степени окисления элементов в соединениях

КMnO4, K2MnO4, MnO2, MnSO4, Mn(OH)2

 

б) На основании электронных уравнений расставьте коэффици-

енты в уравнениях реакций, идущих по схемам:

KMnO4+ Р + H2SO4 H3PO4+ K2SO4+ MnSO4

KOH + Cl2 KCl + KOCl + H2O

 

 

132**. a) FeO, FeCl3, Fe2O3, K2FeO4

 

б) NaNO2+ PbO2+ H2SO4 NaNO3+ PbSO4+ H2O

J2+ H2S HJ + S

 

 

133**. a) CrO, Cr2O3, K2CrO4, K2Cr2O7

 

б) Sn + HNO3 Sn(NO3)2+ NH4NO3+ H2O

H2S + H2SO4 S + SO2+ H2O

 

 

134**. a) HCL, HClO, HClO2, HCLO3, HClO4

 

б) SO2+ KMnO4+ H2O K2SO4+ MnSO4+ H2SO4

PbO2+ HCl Cl2+ PbCl2+ H2O

 

135*. a) NO, NH3, HNO2, KNO3

б) Bi + HNO3 Bi(NO3)3+ NO + H2O

KClO3+ HCl KCl + Cl2+ H2O

 

 

136*. a) PH3, P2O3, H3PO4, P2O5

 

б) KMnO4+ NO + H2SO4 HNO3+ MnSO4+ K2SO4+

+ KNO3+ H2O

J2+ Br2+ H2O HJO3+ HBr

 

 

137*. a) H2S, SO2, SO3, K2SO3, Na2SO4

 

б) Sn + H2SO4 Sn(SO4)2+ SO2+ H2O

Cl2+ KBr + KOH KBrO3+ KCl + H2O

 

 

138*. a) HBr, HBrO, HBrO3, AlBr3

 

б) Mn(NO3)2+ KClO3+ H2O MnO2+ HNO3+ KCl

Сr2O3+ KOH + KNO3 K2CrO4+ KNO2+ H2O

 

 

139*. a) J2, KJ, HJO, NaJO3

 

б) KMnO4+ K2S + H2O MnO2+ KOH + S

Fe + HNO3 Fe(NO3)3+ NO + H2O

 

 

140*. a) N2, N2O3, NO, HNO2, Cu(NO3)2

 

б) FeSO4+ H2SO4+ HNO3 Fe2(SO4)3+ NO + H2O

SO2+ Cl2+ H2O H2SO4+ HСl