Метод электронно-ионных уравнений (полуреакций)

Метод электронных уравнений

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций этим методом рекомендуется придерживаться следующего порядка:

1. Запишите схему реакции с указанием исходных и образующихся веществ, определите элементы, которые изменяют в результате реакции степень окисления, найдите окислитель и восстановитель.

2. Составьте электронные уравнения исходя из того, что окислитель принимает электроны, а восстановитель их отдает.

3. Подберите множители (основные коэффициенты) для электронных уравнений так, чтобы число электронов, отданных при окислении, было равно числу электронов, полученных при восстановлении.

4. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции.

ПРИМЕР 3: Составить уравнение реакции восстановления оксида железа (III) углеродом. Реакция протекает по схеме:

Fe₂O₃ + C → Fe + CO

Решение: Железо восстанавливается, понижая степень окисления от +3 до 0; углерод окисляется, его степень окисления повышается от 0 до +2.

Составим схемы этих процессов.

восстановитель 1| 2Fe⁺³ + 6e = 2Fe⁰, процесс окисления

окислитель 3| C⁰ -2e = C⁺², процесс восстановления

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно общему числу электронов, принятых окислителем. Найдя наименьшее общее кратное между числами 2 и 6, определяем, что молекул восстановителя должно быть три, а молекул окислителя - две, т.е. находим соответствующие коэффициенты в уравнении реакции перед восстановителем, окислителем и продуктами окисления и восстановления.

Уравнение будет иметь вид:

Fe₂O₃ + 3C = 2Fe + 3CO

Метод электронно-ионных уравнений (полуреакций).

При составлении электронно-ионных уравнений учитывают форму существования веществ в растворе (простой или сложный ион, атом или молекула нерастворимого или труднодиссоциирующего в воде вещества).

Чтобы составить уравнения окислительно-восстановительных реакций данным методом, рекомендуется придерживаться следующего порядка:

1.Составьте схему реакции с указанием исходных веществ и продуктов реакции, отметьте ионы, изменяющие в результате реакции степень окисления, определите окислитель и восстановитель.

2. Составьте схемы полуреакций окисления и восстановления с указанием исходных и образующихся в условиях реакции ионов или молекул.

3. Уравняйте число атомов каждого элемента в левой и правой частях полуреакций; при этом следует помнить, что в водных растворах в реакциях могут участвовать молекулы воды, ионы Н⁺ или ОН^-.

Следует помнить, что в водных растворах связывание избыточного кислорода и присоединение кислорода восстановителем происходят по- разному, в зависимости от рН среды. В кислых растворах избыток кислорода связывается ионами водорода с образованием молекул воды, а в нейтральных и щелочных – молекулами воды с образованием гидроксид-ионов. Например,

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e = Mn²⁺ + 4H₂O (кислая среда)

NO₃^- + 6H₂O + 8e = NH₃ + 9OH^- (нейтральная или щелочная среда).

Присоединение кислорода восстановителем осуществляется в кислой и нейтральной средах за счет молекул воды с образованием ионов водорода, а в щелочной среде – за счет гидроксид ионов с образованием молекул воды. Например,

I₂ + 6H₂O – 10e = 2IO₃^- + 12H⁺ (кислая или нейтральная среда)

CrO₂^- + 4OH^- - 3e = CrO₄^2- + 2H₂O (щелочная среда)

4. Уравняйте суммарное число зарядов в обеих частях каждой полуреакции; для этого прибавьте к левой и правой частям полуреакции необходимое число электронов.

5. Подберите множители (основные коэффициенты) для полуреакций так, чтобы число электронов, отдаваемых при окислении, было равно числу электронов, принимаемых при восстановлении.

6. Сложите уравнения полуреакций с учетом найденных основных коэффициентов.

7. Расставьте коэффициенты в уравнении реакции.

ПРИМЕР 4: Составить уравнение окисления сероводорода хлорной водой.

Реакция протекает по схеме:

H₂S + Cl₂ + H₂O → H₂SO₄ + HCl

Решение. Восстановлению хлора соответствует следующее уравнение полуреакции: Cl₂ + 2e = 2Cl^-.

При составлении уравнения полуреакции окисления серы исходим из схемы: H₂S → SO₄^2-. В ходе этого процесса атом серы связывается с четырьмя атомами кислорода, источником которых служат молекулы воды. При этом образуются восемь ионов Н⁺; кроме того, два иона Н⁺ высвобождаются из молекулы Н₂S.

Всего образуются 10 ионов водорода:

H₂S + 4H₂O → SO₄^2- + 10 H⁺

Левая часть схемы содержит только незаряженные частицы, а суммарный заряд ионов в правой части схемы равен +8. Следовательно, в результате окисления высвобождаются восемь электронов:

H₂S + 4H₂O → SO₄^2- + 10 H⁺

Поскольку отношение чисел электронов, принятых при восстановлении хлора и отданных при окислении серы, равно 8?2 или 4?1, то, складывая уравнения полуреакций восстановления и окисления, надо первое из них умножить на 4, а второе – на 1.

Получаем:

Cl₂+ 2e = 2Cl^- | 4

H₂S + 4H₂O = SO₄^2- + 10H⁺ +8e ^- | 1

4Cl₂ + H₂S + 4H₂O = 8Cl^- + SO₄^2- +10H⁺

В молекулярной форме полученное уравнение имеет следующий вид:

4Cl₂ + H₂S + 4H₂O = 8HCl + H₂SO₄

Одно и то же вещество в различных условиях может окисляться или восстанавливаться до разных степеней окисления соответствующего элемента, поэтому величина эквивалента окислителя и восстановителя также может иметь различные значения.

Эквивалентная масса окислителя равна его молярной массе деленной на число электронов n, которые присоединяет одна молекула окислителя в данной реакции.

Например, в реакции восстановления Cl₂ + 2e = 2Cl^-. n = 2 Следовательно, эквивалентная масса Сl₂ равна М/2, т.е. 71/2 = 35,5г/моль.

Эквивалентная масса восстановителя равна его молярной массе деленной на число электронов n, которые отдает одна молекула восстановителя в данной реакции.

Например, в реакции окисления H₂S + 4H₂O - 8е = SO₄^2- + 10 H⁺

n = 8. Следовательно, эквивалентная масса H₂S равна М/8, т.е. 34,08/8 = 4,26г/моль.