Материал: Общая химия с физкалом
MnO
4
+ 8H+ + 5e- Mn2+ + 4H2O -
+7 |
+(-5) = +2 |
Это процесс восстановления, MnO
4
окислитель.
Правило 2. Если в правой части образуется кислота, то ее пишут в виде молекулы.
5.2. Щелочная среда
(в левой или правой части уравнения есть основание)
Правило 1. |
В щелочной среде в ту сторону |
уравнения |
|||
полуреакции, |
где не |
избыток |
атомов |
кислорода |
ставиться |
столько же |
молекул |
воды, в |
другую |
сторону |
уравнения |
ставиться удвоенное числи ионов ОН-: |
О-2+Н2О = 2ОН ˉ |
||
Пример. MnO |
|
MnO2 |
|
4 |
|
||
Слева 4 атома «О», справа 2 атома «О». Разница в 2 атома «О». 2 молекулы воды ставим в ту сторону уравнения, где атомов «О» больше, т.е. в левую сторону:
MnO + 2H2O MnO2 4
В правую часть уравнения ставим удвоенное против числа молекул воду число групп ОН-, т.е. 4:
MnO + 2 H2O MnO2 + 4OH- 4
Считаем заряды у левой части: -1+2·0 = -1. Считаем заряды у правой части: 0 +4·(-1) = -4 (MnO2 – нейтральная молекула, заряд 0). Чтобы из -1 перейти в -4 надо добавить 3е:
MnO
4
+ 2H2O + 3eˉ MnO2 |
|
|
-1 |
+(-3) = |
|
+4OH |
|
|
|
-4 |
|
Это процесс восстановления МnO 4 – окислитель.
Правило 2. Если в щелочной среде атомы «О» уравнены, а атомы «Н» нет, то на каждый лишний атом «Н» добавляется в эту же часть уравнения столько же групп ОН-, а в другую часть уравнения ставиться столько же молекул воды.
Пример. NO 3 NН 3
186
Сначала уравниваем по 1 правилу для щелочной среды. В левой части 3 атома «О», в правой нет атомов «О». В левую часть, где избыток атомов «О», ставим 3 молекулы воды:
NO |
|
+ 3 H2O NН |
|
3 |
3 |
В другую часть уравнения ставим в 2 раза больше, т.е 6 ОН- - ионов:
NO |
|
+ 3H2O NН |
|
+ 6OH- |
3 |
3 |
Теперь атомы «О» уравнены, а атомы «Н» нет (справа 6 «Н», слева 9 «Н»). Теперь уравниваем по 2 правилу. На каждый лишний атом «Н» в правой части ставим столько же групп ОН-, т.е. 3:
|
|
|
|
NO 3 + 3H2O NН 3 + 6OH-+ 3OH- |
|
||
В другую |
часть |
уравнения ставим столько же (3) молекулы |
|
|
+ 3H2O+ 3H2O NН 3 |
+ 6OH-+ 3OH- |
|
воды: NO 3 |
|||
|
|
NН 3 + 9OH- |
|
или NO 3 + 6H2O |
|
||
Считаем заряды в левой и правой частях уравнения. Слева:
-1+6·0 = -1.
Справа 0+9·(-1) = -9. Чтобы перейти из -1 в -9 надо добавить 8е.
|
+ 6H2O + 8eˉ NН 3 |
|
|
||
NO 3 |
+ 9OH |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
-1 |
+(-8) = -9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Это процесс восстановления, NO 3 |
окислитель. |
||||
6. Найти наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и полученных электронов.
7. Найти основные коэффициенты при каждой полуреакции. Для этого полученное в п.6 число (НОК) разделить на число электронов, фигурирующих в данной полуреакции.
8.Умножить полуреакции на полученные основные коэффициенты, сложить их между собой: левую часть с левой, правую – с правой (получить ионно-молекулярное уравнение реакции). При необходимости “привести подобные” ионы и молекулы H2O.
9.Расставить коэффициенты в молекулярном уравнении
реакции.
187
10.Провести проверку по частицам, не участвующим в ОВР, исключенным из полной ионно-молекулярной схемы (п.3). При необходимости коэффициенты для них находят подбором.
11.Провести окончательную проверку по кислороду.
Пример 1. Кислая среда
Молекулярная схема реакции:
KMnO4 + NaNO2 + H2SO4 MnSO4 + NaNO3 + H2O + K2SO4
Полная ионно-молекулярная схема реакции:
|
|
|
|
|
|
2 |
|
Mn2+ + SO |
2 |
+ Na+ + |
|
K++MnO 4 |
+ Na++NO 2 |
|
+2H++ SO 4 |
|
4 |
||||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
NO 3 + H2O + 2K+ |
+SO |
4 |
. |
|
|
|
|
||||
Краткая ионно-молекулярная схема реакции: |
|
|
|||||||||
|
|
+N+3O |
|
|
|
|
+2H+ Mn2+продукт в-ния+N+5O |
|
|
||
Mn+7O 4 |
|
2 |
вос-ль |
3 |
продукт в-ния |
||||||
|
ок-ль |
|
|
|
|
|
|
||||
+ H2O
В ходе реакции степень окисления Mn понижается от +7
до +2 (марганец
восстанавливается), следовательно, MnО
4
–
окислитель; Mn2+ - продукт восстановления. Степень окисления азота повышается от +3 до +5 (азот окисляется), следовательно,
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NO |
2 |
– восстановитель, NO 3 – продукт окисления. |
|||||||||||||
|
|
|
Уравнения полуреакций: |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
MnO |
4 |
+ 8H |
+ + 5e- |
Mn2+ + 4H2O |
│2 |
|||||||
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
+7 |
|
|
+(-5) = |
+2 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
NO |
+ H |
2O – 2e- NO 3 |
+ 2H |
+ |
│5 |
|||||||
|
|
|
2 |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вос-ние
ок-ние
-1 - (-2) = +1
______________________________________________
2MnO 4 + 16H+ + 5NO 2 + 5H2O = 2Mn2+ +8H2O + 5NO
3
+ 1OH+
(полное ионно-молекулярное уравнение).
В суммарном уравнении исключаем число одинаковых частиц, находящихся как в левой, так и в правой частях равенства (приводим подобные). В данном случае это ионы Н+ и Н2О .
188
Краткое ионно-молекулярное уравнение будет иметь вид
2MnO |
|
+ |
|
2+ |
+ 3H2O + 5NO |
|
4 |
+ 6H + 5NO |
2 |
2Mn |
3 . |
В молекулярной форме уравнение имеет вид
2KMnO4 + 5 NaNO2 + 3 H2SO4 = 2MnSO4+5NaNO3 + 3H2O + K2SO4.
Проверим баланс по частицам, которые не участвовали
в ОВР: K+ ( 2 = 2), Na+ (5 = 5), SO |
2 |
|
(3 = 3). Баланс по |
4 |
|
кислороду: 30 = 30.
Пример 2. Нейтральная среда, но в правой части образуется щелочь, уравниваем по щелочной среде
Молекулярная схема реакции:
KMnO4 + NaNO2 + H2O MnO2 |
+ NaNO3 + KOH |
Ионно-молекулярная схема реакции:
|
|
K+ |
|
|
|
|
|
|
|
+ H2O MnO2 |
+ Na+ + |
|||||||
|
|
+ MnO |
4 |
+ Na+ + NO 2 |
||||||||||||||
|
+ K+ + OH |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
NO 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
Краткая ионно-молекулярная схема: |
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вос-ль+H2O Mn+4O2 |
продукт в-ния+ |
||||||||
|
|
|
Mn+7O 4 |
ок-ль+N+3O 2 |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
+ OH- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
N+5O 3 продукт ок-ния |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
Уравнения полуреакций: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MnO2 +4OH |
|
│2 |
|
|||||
|
|
MnO 4 + 2H2O + 3eˉ |
|
|
в-ние |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6 |
|
-1 |
|
+(-3) = |
|
|
|
|
-4 |
|
|
||||||
|
|
NO |
|
|
- |
– 2eˉ |
|
|
|
|
│3 |
ок-ние |
||||||
|
|
2 + 2ОH |
NO 3 + H2O |
|
||||||||||||||
|
|
-3 |
|
|
- (-2) = |
|
|
|
|
-1 |
|
|
|
|
|
|||
_________________________________________
2MnO |
|
+ 4H2O + 3NO |
4 |
+ 3NO 3 +3H2O .
2
+ 6OH-
2MnO2
+ 8 OH-
Приводим подобные, в данном случае это Н2О и ОН |
|
. |
|||
|
|||||
Краткое ионно-молекулярное уравнение: |
|
|
|
||
2MnO + 3NO |
+ H2O 2MnO2 + |
3 NO |
+ 2OH |
|
|
4 |
2 |
3 |
|
|
|
В молекулярной форме уравнение имеет вид
2KMnO4 + 3NaNO2 + H2O 2MnO2 + 3NaNO3 + 2KOH.
.
189
Баланс по частицам, которые не участвовали в ОВР: Na+ (3 = 3); K+ ( 2 = 2). Баланс по кислороду: 15 = 15.
Пример 3. Щелочная среда
Молекулярная схема реакции:
KMnO4 + NaNO2 + KOH K2MnO4 + NaNO3 + H2O.
Ионно-молекулярная схема реакции:
K++MnO |
|
||
4 |
|||
Na++NO |
|
+ H2O. |
|
3 |
|||
+ Na++NO
2
+ K++ OH
2K++MnO
2 4
+
Краткая ионно-молекулярная схема реакции:
+7
MnO
oк-ль
4
+3
+ NO
2
+OH
в-ль
+6 |
+5 |
|
|
|
MnO |
2 |
|
|
|
4 |
+ NO 3 |
+ H2O |
||
продукт в-ния продукт ок-ия
Уравнения полуреакций:
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
MnO |
4 + 1e- |
MnO 4 |
|
|
|
|
│2 вос-ние |
||||
|
|
+ 2OH |
|
- |
|
|
|
|
|
|
|
|
NO 2 |
|
- 2e |
|
NO 3 |
+ H2O |
│1 ок-ние |
||||
|
|
-3 - (-2) |
|
= |
|
-1 |
|
|
|
||
__________________________________ |
|
||||||||||
2 MnO + NO |
+2OH 2MnO |
2 |
+ NO |
||||||||
|
|
4 |
|
2 |
|
|
|
|
4 |
3 |
|
+ H2O
(краткое ионно-молекулярное уравнение).
В молекулярной форме уравнение имеет вид
2KMnO4 + NaNO2 + 2KOH 2K2MnO4 + NaNO3 + H2O
Баланс по частицам, которые не участвовали в ОВР: К+ (4 = 4); Na+ (1 = 1). Баланс по кислороду: 12 = 12.
Пример 4. Роль перекиси водорода в ОВР
Рассмотрим примеры влияния среды на течение реакции с участием пероксида водорода. Пероксид водорода содержит кислород в промежуточной степени окисления -1, поэтому может выполнять роль и окислителя и восстановителя.
H2O2 как окислитель
Кислая среда: H2O2 + 2H+ + 2e- = H2O
Нейтральная или щелочная среда: H2O2 + 2e- = 2OH- Пример 4.1.:
FeSO4 + H2O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + H2O
190