Материал: Лидин Р. А., Молочко В. А. Химия для абитуриентов. От средней школы к вузу

V

Для веществ, в которых одновременно окисляются (или восстанавливаются) атомы двух элементов, и , для молекулярных простых веществ расчет ведут на одну формульную единицу (молекулу) вещества:

4Ре(82) + 1Ю2 = 2Ре20 3 + 8802

и, Ре(82)- восстановители. Такие реакции относят к межмолекулярным огаслительно-восстановительным реак­

циям.

Если в одном веществе атомы одного элемента окис­ ляются, а атомы другого - восстанавливаются, то реакции называются внутримолекулярными окислительно-восстано­ вительными реакциями. Подбор коэффициентов в уравне­ ниях таких реакций тоже ведется в расчете на одну формуль­ ную единицу вещества:

20ЧН4)2СгО4- = Сг2Оэ + к 2 + 5Н20 + 2КН3 ^

С г^Ч Зе~ = Сгш

2К~Ш- 6е~ =г N5

Если атомы одного элемента в реагенте и окисляются и восстанавливаются, то это-реакции дисмутации (диспропорционирования, самоокисления-самовосстановления). В уравнениях таких реакций дополнительные множители - коэффициенты проставляются сначала в правую часть, а затем находят коэффициент для реагента:

2Н20 2 = 2Н20 0 2

О" 1 + \еГ = 0 “п

20 —2е~ = О?

Если атомы одного и того же элемента в разных реагентах в результате их окисления и восстановления получают одинаковую степень окисления, то это-реакции конмутации (противоположные реакциям дисмутации). В уравнениях таких реакций дополнительные множители про-

80

ставляют вначале в левую часть:

2Н28 + 802 = 38 + 2Н20

8™+ 4е' = 8°

8“п - 2е- * 8°

Метод электронно-ионного баланса используют для под­ бора коэффициентов в уравнениях окислительно-восстано­ вительных реакций, протекающих в водном растворе При участии ионов сильных электролитов. Он складывается из следующих этапов:

а) записывают молекулярное уравнение реакции:

К2Сг20 7 + Н2804 + Н28 = Сг2(80д)3 + Н20 + 81 + К2804;

б) записывают (на следующей строчке) формулы реаген­ тов в ионном виде, указывая только те ионы (для сильных электролитов) или формульные единицы (для слабых элект­ ролитов, твердых веществ й газов), которые принимают

(здесь Сг2©7 " - окислитель, Н + -кислотная среда, Н28 - вос­ становитель);

в) составляют (на двух^ следующих строчках, правила составления см. ниже) электронно-ионные уравнения полуреакций восстановления и окисления, подбирают дополни­

г) составляют, суммируя уравнения полуреакций, ионное уравнение реакции, т. е. дополняют запись (б):

Сг20 7“ + 8Н+ + ЗН28 = 2Сг3+ + 7Н20 + 381;

д); переносят коэффициенты в молекулярное уравнение реакции и подбирают коэффициенты для веществ, отсутст­ вующих в ионном уравнении, т.е. дополняют запись (а), и проводят проверку (обычно по числу атомов кислорода). Получают уравненйе химической реакции с подобранными

81

коэффициентами:

К2Сг20 7 + 4Н2804 4- ЗН28 = Сг2(804)3 4- 7Н20 4- 38| + К2804.

Часто ион-окислитель и продукт -его восстановления отличаются по содержанию кислорода (сравните Сг20%~ и Сг3+). Поэтому при составлении уравнений полуреакций в них _включают пары: Н +/Н20 -д л я кислотной среды и 0 Н “/Н20 -д л я щелочной среды. Оксид-ионы, потерянные окислителем, не могут существовать в свободном виде в растворе; они (ниже показаны в квадратных скобках)

Аналогично, недостаток оксид-ионов в формульной единице восстановителя по сравнению с, продуктом его окис­ ления (например, 8 0 2“ и 80 4“) компенсируется добавле­ нием молекул воды (в кислотной среде) и гидроксид-ионов (в

б) 2КМп04 + 2КОН + Иа2803 = 2К2Мп04 + Н20 + Ка2804 2МпО; + 20Н" + 803" = 2МпО^- + Н20 4- 80^“ Мп04 + 1е = МпО2

80? ~ + 20Н" - 2е~ = 80?“ + Н20

Если перманганат-ион М п04 используется как окисли­ тель в слабокислотной или в слабощелочной среде, то уравнениями полуреакций восстановления будут:

ь

л

слабощелочная Мп04 + 2НгО 4- Зе = Мп02| 4- 40Н

среда

Часто такую среду называют условно нейтральной и при Этом в уравнения полуреакций слева вводят только мо­ лекулы Н20 . Тогда при составлении уравнений полуреакций придется записать дополнительное уравнение образования воды из ионов Н + и ОН" (число ионов ^отвечает их числу в уравнениях полуреакций с учетом множителя), а затем для составления ионного равнения реакций сложить все три промежуточных уравнения.

Примеры:

80Н“ 4“ 12Н+ = 8Н20 4- 4Н+

Из уравнений реакций этих примеров следует, что в слабощелочной среде (продукт КОН) идет реакция (а), в слабокислотной среде*(продукт Н28 0 4)-реакция (б). Если подкислить раствор смеси КМ п04 и На28 0 3, то реакция (а) будет протекать в слабокислотной среде:

2 К М п 0 4 4- Н280 4 4- ЗИа2803 = 2МпОг| 4- Н20 4-

4- ЗКа280 4 4*К2804

83

Если учесть гидролиз солей, то станет понятно, что при проведении реакции (а) смешением растворов ,КМп04 (рН = 7) и Ка28 0 3 (рН > 7) мы как бы задаем слабощелоч­ ную среду реакции и уравнение (а) правильнее изобразить с применением только пары ОН~/Н20:

Следует подчеркнуть; что подбор коэффициентов проводят только после определения функций исходных веществ (окис­ литель, восстановитель, среда). Ни в коем случае не следует заучивать наизусть уравнения полуреакций и реакций. Един­ ственное, что следует запоминать обязательно (т. е. накапли­ вать свой «химический багаж»),-это, формы существования окислителей и восстановителей до и после реакции в данной среде. Например, необходимо запомнить,-что перманганатион МпС>4 : ' ,

вкислотной среде переходит в катион Мп2+,

вщелочной среде-в манганат-ион'МпО2 -,

внейтральной среде-в оксид марганца(1У) М п02.

Приведем самые распространенные переходы: а) окислители

84