Метод полуреакций (ионно-электронный метод)

Алгоритм 1. Подбор коэффициентов в схемах окислительно-восстановительных реакций, протекающих в кислой среде

1. На основании схемы окислительно-восстановительной реакции составьте полное и краткое ионные уравнения (без учета коэффициентов в схеме, так как они еще не подобраны):

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ → K₂SO₄ + MnSO₄ + Na₂SO₄ + H₂O.

K⁺ + MnO + 2Na⁺ + 2SO + 2H⁺ + SO → 2K⁺ + SO + Mn²⁺ + SO +

+ 2Na⁺ + SO + H₂O.

При составлении краткого ионного уравнения будьте внимательны.

Каждой частице в левой части краткого ионного уравнения должна соответствовать частица в правой части краткого ионного уравнения, состав или заряд которой должен отличаться от частицы, находящейся в левой части краткого ионного уравнения:

MnO + SO + 2H⁺→ Mn²⁺ + SO + H₂O.

2. На основании краткого ионного уравнения составьте ионно-электронные уравнения. Для этого выпишите попарно частицы, изменившие свой состав или заряд в ходе реакции, кроме ионов Н⁺, ОН⁻ и молекул воды:

MnO → Mn²⁺

SO → SO

После этого выполните следующие операции: если в левой части схемы у частицы есть избыток атомов кислорода, по сравнению с частицей в правой части схемы, то избыток атомов кислорода нужно связать средой – ионами водорода – с образованием молекул воды; если в левой части схемы у частицы недостаток атомов кислорода по сравнению с частицей в правой части схемы, то недостаток атомов кислорода нужно взять из молекул воды с образованием ионов Н⁺:

MnO + H⁺ → Mn²⁺ + H₂O,

SO + H₂O → SO + H⁺.

Определите суммарный заряд каждой части схемы, помня, что молекула любого вещества имеет заряд равный нулю:

MnO + 8H⁺ → Mn²⁺ + 4H₂O⁰,

7+ 2+

SO + H₂O⁰ → SO + 2H⁺.

2- 0

Определите, какая из систем отдает или принимает электроны по следующим правилам:

если заряд системы в ходе реакции понижается – система принимает электроны;

если заряд системы в ходе реакции повышается, система отдает электроны:

MnO + 8H⁺ + 5ē → Mn²⁺ + 4H₂O

7+ 2+

SO + H₂O – 2ē → SO + 2H⁺

2− 0

В любой окислительно-восстановительной реакции происходит перераспределение электронов между взаимодействующими частицами – одни частицы отдают электроны, а другие принимают столько же электронов. Если в ионно-электронных уравнениях число отданных электронов не равно числу принятых электронов, то для этих чисел электронов найдите наименьшее общее кратное, а по нему – коэффициенты, разделив наименьшее общее кратное на число отданных или принятых электронов:

коэффициенты наименьшее общее кратное

2 MnO + 8H⁺ + 5ē → Mn²⁺ + 4H₂O ₁₀

5 SO + H₂O – 2ē → SO + 2H⁺

Составьте суммарное уравнение, суммируя левую часть первой схемы с левой частью второй схемы, расставляя коэффициенты, а затем суммируйте правую часть первой схемы с правой частью второй схемы, расставляя коэффициенты:

2 MnO + 8H⁺ + 5ē → Mn²⁺ + 4H₂O,

5 SO + H₂O – 2ē → SO + 2H⁺

Σ: 2MnO + 16H⁺ + 5SO + 5Н₂О → 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5SO + 10H⁺.

Проверьте, есть ли в левой и правой части суммарного уравнения одинаковые частицы. Если они есть, то их нужно исключить. Исключите из суммарного уравнения по 10 ионов Н⁺и по 5 молекул воды. Суммарное уравнение приобретет следующий вид:

Σ: 2MnO + 6H⁺ + 5SO → 2Mn²⁺ + 3H₂O + 5SO .

3. Расставьте полученные в суммарном уравнении коэффициенты в схему окислительно-восстановительной реакции, а затем подберите коэффициенты для атомов всех элементов, кроме атома кислорода:

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ → 1K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + 3H₂O.

Если для каждого соединения в схеме окислительно-восстановительной реакции подобраны коэффициенты, то проверьте правильность подбора коэффициентов. Для этого подсчитайте число атомов кислорода в левой и правой части схемы. Если оно в обеих частях схемы одинаково, то коэффициенты подобраны правильно. Запишите эти числа в рамочку. В нашем случае атомов кислорода, в каждой части уравнения реакции 35: 35=35

В любой окислительно-восстановительной реакции участвуют окислитель и восстановитель, протекают процессы окисления и восстановления.

Окислителем называется частица, принимающая электроны. Она в ходе реакции превращаются в восстановитель.

Восстановителем называется частица, отдающая электроны. Она в ходе реакции превращается в окислитель. В реакцию вступают сильные окислители и восстановители, образуются слабые окислители и восстановители.

Процессом окисления называется процесс отдачи электронов. Восстановитель отдает электроны – окисляется.

Процессом восстановления называется процесс принятия электронов. Окислитель принимает электроны – восстанавливается. В схемах электронных уравнений укажите окислители и восстановители, процессы окисления и восстановления:

MnO + 8H⁺ + 5ē → Mn²⁺ + 4H₂O – процесс восстановления

окислитель1 восстановитель1

SO + H₂O − 2ē → SO + 2H⁺ − процесс окисления

восстановитель2 окислитель2

В уравнении окислительно-восстановительной реакции укажите окислитель, восстановитель, вещество, обуславливающее среду раствора:

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ → K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + 3H₂O

окислитель восстановитель вещество, среда

обуславливающее нейтральная

среду раствора,

среда кислая

В результате протекания окислительно-восстановительной реакции изменяется среда раствора – была кислой, стала нейтральной.

Алгоритм 2. Подбор коэффициентов в схеме окислительно-восстановительной реакции, протекающей в нейтральной среде

1. Составьте полное и краткое ионные уравнения на основании схемы окислительно-восстановительной реакции, учитывая, что коэффициенты еще не подобраны:

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂O → KOH + MnO₂ + Na₂SO₄,

K⁺+ MnO + 2Na⁺ + SO + H₂O → K⁺ + OH⁻ + MnO₂ + 2Na⁺ + SO ,

MnO + SO + H₂O → MnO₂ + SO + OH⁻.

2. Составьте ионно-электронные уравнения аналогично указаниям в алгоритме 1.

MnO → MnO₂,

SO → SO

Избыток кислорода в ионе MnO свяжите, добавив молекулы воды, с образованием ионов OH⁻, а недостаток атомов кислорода в ионе SO возьмите из молекул воды с образованием ионов Н⁺:

MnO + H₂O → MnO₂ + OH⁻,

SO + H₂O → SO + OH⁻.

Подберите коэффициенты для атомов всех элементов в схемах, определите суммарные заряды частиц в левой и правой частях схем, укажите число отданных и принятых электронов. Далее выполните аналогично указаниям пункта 2 алгоритма 1:

2 MnO + 2H₂O + 3ē → MnO₂ + 4OH⁻,

1− 4− 6

3 SO + H₂O − 2ē → SO + 2H⁺

2− 0

При составлении суммарного уравнения реакции ионы Н⁺ и ОН⁻ в правой части схемы напишите рядом, проведите реакцию нейтрализации (взаимодействие ионов Н⁺ с ОН⁻) с образованием молекул воды:

2 MnO + 2H₂O + 3ē → MnO₂ + 4OH⁻,

3 SO + H₂O − 2ē → SO + 2H⁺,

Σ: 2MnO + 3SO + 7H₂O → 2MnO₂ + 3SO + 8OH⁻+ 6H⁺

6H₂O + 2OH⁻

Исключите одинаковые частицы из левой и правой частей суммарного уравнения реакции – по 6 молекул H₂O из обеих частей схемы:

Σ: 2MnO + 3SO + H₂O → 2MnO₂ + 3SO + 2OH⁻

3. Далее выполните все операции так, как описано в п.3 алгоритма 1:

2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ + 1H₂O → 2MnO₂ + 3Na₂SO₄ + 2KOH

окислитель восстановитель вещество среда

определяющее щелочная

среду раствора,

среда нейтральная

Среда раствора была нейтральной, стала щелочной. Атомов кислорода: 18=18

MnO + 2H₂O + 3ē → MnO₂ + 4OH⁻ − процесс восстановления

окислитель1 восстановитель1

SO + H₂O – 2ē → SO + 2H⁺ - процесс окисления

восстановитель2 окислитель2

Алгоритм 3. Подбор коэффициентов в схемах окислительно-восстановительных реакций, протекающих в щелочной среде

1. Выполните аналогично пункту 1 в алгоритмах 1,2:

Fe₂O₃ + KNO₃ + KOH → K₂FeO₄ + KNO₂ + H₂O,

Fe₂O₃ + K⁺ + NO + K⁺ + OH⁻ → 2K⁺ + FeO + K⁺ + NO + H₂O,

Fe₂O₃ + NO + OH⁻ → FeO + NO + H₂O.

2. Составьте ионно-электронные уравнения аналогично пункту 2 алгоритмов 1,2:

Fe₂O₃→ 2FeO

NO → NO

Недостаток атомов кислорода в частице возьмите из ионов ОН⁻ с образованием молекул Н₂О, а избыток атомов кислорода в частице свяжите молекулами Н₂О с образованиями ионов ОН⁻ (правило креста):

1 Fe₂O₃+ 10OH⁻ − 6ē → 2FeO + 5H₂O

10− 4− 6

3 NO + H₂O + 2ē → NO + 2ОH⁻

1− 3−

Σ: Fe₂O₃+ 10OH⁻ + 3NO + 3H₂O → 2FeO + 5H₂O + NO + 6ОH⁻.

Исключите из каждой части суммарного уравнения по 3 молекулы Н₂О и 6 ионов ОН⁻:

Σ: Fe₂O₃ + 4OH⁻ + 3NO → 2FeO + 2H₂O + 3NO

Расставьте коэффициенты в схему окислительно-восстановительной реакции, подберите коэффициенты, проверьте правильность подбора коэффициентов:

Fe₂O₃ + 3KNO₃ + 4KOH → 2K₂FeO₄ + 3KNO₂ + 2H₂O

восста- окислитель вещество, среда

новитель обуславливающее нейтральная

среду раствора,

среда щелочная

Среда раствора была щелочной, стала нейтральной. Атомов кислорода: 16=16

Fe₂O₃ + 10OH⁻ − 6ē → 2FeO + 5H₂O – процесс окисления

восстановитель 1 окислитель 1

NO + H₂O + 2ē → NO + 2OH⁻ − процесс восстановления

окислитель 2 восстановитель 2

В зависимости от среды раствора в окислителоно-восстановительной реакции могут образоваться различные продукты восстановления окислителя. Запомните продукты восстановления KMnO₄в зависимости от среды раствора:

среда кислая MnSO₄