Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

Для составления полного уравнения окислительно-восстановительной реакции необходимо знать свойства реагирующих веществ и на их основе определить продукты реакции. После этого надо подобрать стехиометрические коэффициенты реакции. Определение свойств веществ не входит в задачу данного пособия, поэтому будем считать, что молекулярная схема реакции известна.

Для подбора стехиометрических коэффициентов можно использовать несколько методов, из которых наиболее распространены два. Метод электронного баланса и метод электронно-ионных уравнений.

1. Метод электронного баланса является наиболее универсальным методом и применим для любых окислительно-восстановительных процессов, протекающих в любых системах (растворы, расплавы, газы). В основе метода лежит принцип сравнения степеней окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции с последующим составлением схемы электронного баланса.

В качестве примера рассмотрим реакцию взаимодействия дихромата калия с сероводородом в кислой среде.

1.1.Молекулярная схема реакции со степенями окисления атомов.

K₂⁺Cr₂⁺⁶O₇^-2 + H₂⁺S^-2 + H₂⁺S⁺⁶O₄^-2 = Cr₂⁺³(S⁺⁶O₄^-2)₃ + S⁰ + K₂⁺S⁺⁶O₄^-2 + H₂⁺O^-2

1.2.Определяют атомы, изменившие свои степени окисления, и составляют схему перехода электронов от восстановителя к окислителю.

Cr⁺⁶ + 3 = Cr⁺³ (1)

S^-2 - 2 = S⁰ (2)

В данной реакции окислителем является атом хрома Cr⁺⁶, а восстановителем атом серы S^-2.

Так как число электронов, отданных восстановителем и принятых окислителем, должно быть равно, оно уравнивается за счет изменения числа атомов, участвующих в данном электронном переходе. В приведенной схеме необходимо уравнение (1) умножить на 2, а уравнение (2) на 3, тогда будет принято и отдано по 6 электронов. После умножения уравнения складываются, как обычные алгебраические, а электроны сокращаются.

2 Cr⁺⁶ + 3 = Cr⁺³ восстановление

3 S^-2 - 2 = S⁰ окисление

2Cr⁺⁶ +3S^-2 = 2Cr⁺³ + 3 S⁰

1.3. Полученные коэффициенты называют основными. Они переносятся в молекулярную схему реакции и ставятся перед соответствующими веществами.

Так как в молекулах дихромата калия и сульфата хрома содержится по два атома хрома, то двойки перед этими веществами опускаются.

K₂Cr₂O₇ + 3H₂S + H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3S + K₂SO₄ + H₂O

1.4. Следующий этап заключается в подборе дополнительных коэффициентов, уравнивающих остальные вещества (за исключением H₂S и S). Среди исходных веществ был 1 моль атомов серы (H₂SO₄), а среди продуктов 3+1 = 4 моль (Cr₂(SO₄)₃ и K₂SO₄). Значит, перед серной кислотой должен быть коэффициент 4.

K₂Cr₂O₇ + 3H₂S + 4H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3S + K₂SO₄ + H₂O

Слева 14 моль атомов водорода, справа – 2. Перед водой должен быть коэффициент 7.

K₂Cr₂O₇ + 3H₂S + 4H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3S + K₂SO₄ + 7H₂O

Проверка количества остальных атомов показывает, что все коэффициенты подобраны.

2. Метод электронно-ионных уравнений (метод полуреакций) применяется для подбора коэффициентов в уравнениях реакций, протекающих в растворах. Метод оперирует с реально существующими в растворах частицами и позволяет учитывать влияние среды раствора (его кислотности, рН) на процессы окисления и восстановления частиц. В качестве частиц среды в водных растворах могут принимать участие следующие частицы.

Таблица 8.1