«Окислительно-восстановительные реакции Для составления электронно-ионных уравнений необходимо помнить, что вещества, атомы или молекулы ...»

Окислительно-восстановительные

реакции

Для составления электронно-ионных уравнений необходимо помнить, что вещества, атомы или молекулы которых отдают электроны, называются восстановителями.

Степень окисления восстановителя всегда повышается.

Если при написании уравнения получается, что степень

окисления не больше, чем исходная, значит, продукты

реакции записаны неверно и нужно искать ошибку. Например, пероксид водорода Н2О2, в котором степень окисления кислорода равна -1, взаимодействует с окислителем.

Иногда, неверно записывают H2O в качестве продукта реакции, получающегося в результате окисления Н2О2.

Если в данной реакции пероксид со степенью окисления кислорода -1 проявляет восстановительные свойства, то степень окисления кислорода в получающемся продукте реакции никак не может быть меньшей, чем в исходном веществе; в Н2О степень окисления кислорода -2, т.е.

еще меньше, чем была изначально в Н2О2. Понятно, что, отдавая электроны, кислород должен повысить свою степень окисления от -1 до 0, других вариантов просто быть не может.

Н2О2 + Ox (окислитель) О2 + … Аналогично рассуждая, можно придти к выводу, что в реакциях с MnO2, проявляющим восстановительные свойства, никак не могут получиться соединения марганца (II), например, соли в кислой среде или гидроксид Mn(OH)2, если реакция протекает в щелочной среде.

Катионы марганца Mn+2, отдавая электроны, всегда повышают свою степень окисления, образуя в зависимости от рН среды либо марганцовую кислоту (в кислой среде), либо манганат (в щелочной среде).

Схематично:

MnO2 + Ox (окислитель) + H2SO4 HMnO4 + … (в кислой среде) MnO2 + Ox (окислитель) + NaOH Na2MnO4 + … (в щелочной среде) Другой пример. Бромат натрия NaBrO3 в реакции с окислителем, например, фтором, образует NaBrO4, но никак не может дать Br2 или бромид NaBr. Степень окисления восстановителя (брома в бромат-ионе BrO3—) повышается от +5 до высшей +7.

Схематично:

NaBrO3 + Ox (окислитель) NaBrO4 + … У окислителей (веществ, молекулы или атомы которых принимают электроны), наоборот, степень окисления всегда понижается.

Рассмотрим те же примеры, но с противоположными свойствами исходных веществ :

Пероксид водорода Н2О2, способный проявлять двойственные свойства (поскольку степень окисления кислорода в нем является промежуточной между высшей и низшей -2), в реакции с восстановителем принимает электроны и понижает степень окисления кислорода до низшей -2, образуя воду H2O.

Н2О2 + Red (восстановитель) H2O + … Марганец Mn+4 в аналогичной реакции, принимая электроны, понижает свою степень окисления до +2, образуя в зависимости от среды либо соль (в кислой среде), либо гидроксид марганца (II) Mn(OH)2 (в щелочной среде).

MnO2 + Red (восстановитель) + H2SO4 MnSO4 + … (в кислой среде) MnO2 + Red (восстановитель) + NaOH Mn(OH)2 + … (в щелочной среде) — Бромат-ион BrO3 принимая электроны, понижает степень окисления брома до минимальной -1 с образованием бромид-иона Br—.

NaBrO3 + Red (восстановитель) NaBr + …

Cr(OH)2 Cr(OH)3 H2Cr2O7 Na2CrO4 Cr2(SO4)3 Cu2S CuSO4+H2SO4 Cu(OH)2+Na2SO4 Fe2(SO4)3 + Fe(OH)3 + Fe(CrO2)2 H2Cr2O7 Na2CrO4 FeSO4 Fe2(SO4)3 Fe(OH)3 H2O2 O2 + H2O HClO HClO3 NaClO3 Br2 HBrO3 NaBrO3 HIO HIO3 NaIO3 Hg2Cl2 HgCl2 + HCl HgO + NaCl H2S H2SO4 Na2SO3 Na2SO4 Na2SO4 SO2 H2SO4 Hg2Cl2 HgCl2 + HCl HgO + NaCl MnCl2 MnO2 HMnO4 MnO2 Na2MnO4 NO HNO3 HNO2 HNO3 NaNO3 NaNO2 NaNO3 NH3; N2H4 N2; HNO3 N2; NaNO3 PH3; P2H4; H3PO4 Na3PO4 H3PO3 Si H2[SiF6] Na2SiO3 Sn H2SnO3 Na2SnO3 C6H12O6; CO2 + H2O C2H5OH Zn ZnSO4 Na2[Zn(OH)4] Al Al2(SO4)3 Na[Al(OH)4] Рассмотрим несколько примеров окислительновосстановительных реакций и расставим коэффициенты методом полуреакций.

Пример 1. KMnO4 + NaNO2 + H2SO4 Степень окисления марганца в перманганате калия высшая +7, поэтому вопрос об окислителе решается однозначно в пользу перманганата.

MnO4– принимает от нитрит-иона NO2— электроны и понижает степень окисления марганца до +2 (в кислой среде). Это означает, что среди продуктов реакции в уравнении можно дописать формулу получающейся соли MnSO4. Азот в нитритионах NO2—, отдавая электроны, повышает свою степень окисления до высшей, т.е. из исходной соли NaNO2 получается новая соль нитрат натрия NaNO3.

Дописываем уравнение с учетом этих продуктов реакции и получаем:

KMnO4 + NaNO2 + H2SO4 MnSO4 + NaNO3 MnO4– — окислитель NO2— — восстановитель Запишем полуреакцию для окислителя MnO4– + ne Mn2+ Из этой записи видно, что в левой части уравнения избыток кислорода; перманганат-ион MnO4 – теряет свой кислород, превращаясь в простой катион металла Mn 2+.

Для облегчения составления полуреакций можно запомнить правило:

1) Если в левой части полуреакции имеется избыток кислорода, а среда раствора кислая (в нашем случае прилит избыток раствора серной кислоты H2SO4), значит этот избыток кислорода будет связываться с имеющимися в растворе ионами водорода H+ с образованием воды H2O.

Если среда щелочная или нейтральная, то высвобождающийся кислород связывается молекулами воды Н2О в ионы гидроксила ОН—.

2) Если в левой части полуреакции, наоборот, недостаток кислорода, а среда раствора кислая, то следует добавлять воду Н2О, в правой части полуреакции получаются H+.

Если среда щелочная или нейтральная, то в левую часть записывают гидроксид-ионы ОН—, а в правую — молекулы воды Н2О.

Запишем полуреакцию для окислителя полностью и расставим коэффициенты.

MnO4– + 8H+ +ne Mn2+ + 4H2O Число принятых электронов можно определить по изменению степени окисления элемента-окислителя.

Mn+7 +5e Mn+2. Однако, очень часто бывает затруднительным определение числа электронов этим способом.

Проще это сделать по изменению суммарного заряда в левой и правой частях уравнения полуреакции (при условии, что коэффициенты в нем уже расставлены). Суммарный заряд всех ионов слева -1 +8=+7, справа +2. Значит, окислитель принимает 5 электронов и n=5.

Пользуясь правилом, запишем полностью полуреакции для окислителя и восстановителя.

MnO4– + 8H+ +5e Mn2+ + 4H2O NO2— + H2O -2e NO3— + 2H+

В большинстве случаев применима следующая схема, по которой окислитель и восстановитель обмениваются своими составными частями в уравнениях:

Наименьшее общее кратное 10, значит коэффициенты при окислителе и восстановителе 2 и 5 соответ

ственно. Суммируем левые и правые части этих двух уравнений с учетом полученных коэффициентов.

2MnO4– + 16H+ + 5NO2— + 5H2O 2Mn2+ + 8H2O + 5NO3— + 10H+. Сокращая и перенося полученные коэффициенты в молекулярное уравнение, получаем:

2KMnO4 + 5NaNO2 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 5NaNO3 + K2SO4 + 3H2O Пример 2. KMnO4 + NaNO2 + KOH Реакция протекает в щелочной среде, значит, перманганат калия, проявляя окислительные свойства, восстанавливается до манганата калия K2MnO4 (в щелочной среде), а нитрит натрия, отдавая электроны, окисляется до нитрата натрия NaNO3.

Запишем продукты реакции в уравнении, а зетем полуреакции для окислителя и восстановителя:

KMnO4 + NaNO2 + KOH K2MnO4 + NaNO3 Восстановитель отдает 2 электрона, а окислитель их принимает, коэффициенты 1 и 2 соответственно.

Окончательное молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции принимает вид:

2KMnO4 + NaNO2 + 2KOH = 2K2MnO4 + NaNO3 + H2O