Методом электронного баланса составьте уравнение реакции. Метод электронного баланса в доступном изложении

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции. Определите окислитель и восстановитель.

Часто учащиеся уверены, что уж это задание не требует особой подготовки. Однако опыт показывает, что оно содержит подводные камни, которые мешают получить за него полный балл.
Давайте разберёмся, как действовать при подготовке к решению заданий этого типа, на что обратить внимание.

Теоретические сведения.

Перманганат калия как окислитель.

Дихромат и хромат как окислители.

Повышение степеней окисления хрома и марганца.

Азотная кислота с металлами.

- не выделяется водород , образуются продукты восстановления азота.

Серная кислота с металлами.

- разбавленная серная кислота реагирует как обычная минеральная кислота с металлами левее Н в ряду напряжений, при этом выделяется водород ;
- при реакции с металлами концентрированной серной кислоты не выделяется водород , образуются продукты восстановления серы.

Диспропорционирование.

Реакции диспропорционирования - это реакции, в которых один и тот же элемент является и окислителем, и восстановителем, одновременно и повышая, и понижая свою степень окисления:

Диспропорционирование неметаллов - серы, фосфора, галогенов (кроме фтора).

Диспропорционирование оксида азота (IV) и солей.

Активность металлов и неметаллов.

Для анализа активности металлов используют либо электрохимический ряд напряжений металлов, либо их положение в Периодической таблице. Чем активнее металл, тем легче он будет отдавать электроны и тем более хорошим восстановителем он будет в окислительно-восстановительных реакциях.

Электрохимический ряд напряжений металлов.

Активность неметаллов так же можно определить по их положению в таблице Менделеева.

Запомните! Азот - более активный неметалл, чем хлор!

Более активный неметалл будет окислителем, а менее активный будет довольствоваться ролью восстановителя, если они реагируют друг с другом .

Ряд электроотрицательности неметаллов:

Особенности поведения некоторых окислителей и восстановителей.

а) кислородсодержащие соли и кислоты хлора в реакциях с восстановителями обычно переходят в хлориды: КClO 3 + P = P 2 O 5 + KCl

б) если в реакции участвуют вещества, в которых один и тот же элемент имеет отрицательную и положительную степени окисления - они встречаются в нулевой степени окисления (выделяется простое вещество). H 2 S −2 + S (+4) O 2 = S 0 + H 2 O

Необходимые навыки.

Расстановка степеней окисления.
Необходимо помнить, что степень окисления - это гипотетический заряд атома (т.е. условный, мнимый), но он должен не выходить за рамки здравого смысла. Он может быть целым, дробным или равным нулю.

Задание 1: Расставьте степени окисления в веществах:

НСОНFeS 2 Ca(OCl)ClH 2 S 2 O 8

Расстановка степеней окисления в органических веществах.
Помните, что нас интересуют степени окисления только тех атомов углерода, которые меняют своё окружение в процессе ОВР, при этом общий заряд атома углерода и его неуглеродного окружения принимается за 0.

Задание 2: Определите степень окисления атомов углерода, обведённых рамкой вместе с неуглеродным окружением:

2-метилбутен-2: СН 3 –СН =С (СН 3)–СН 3

ацетон: (СН 3) 2 С=О

уксусная кислота: СН3–СООН

Не забывайте задавать себе главный вопрос: кто в этой реакции отдаёт электроны, а кто их принимает, и во что они переходят? Чтобы не получалось, что электроны прилетают из ниоткуда или улетают в никуда.

Пример: KNO 2 + KI + H 2 SO 4 → … + … + … + …

В этой реакции надо увидеть, что иодид калия KI может являться только восстановителем , поэтому нитрит калия KNO 2 будет принимать электроны, понижая свою степень окисления.
Причём в этих условиях (разбавленный раствор) азот переходит из +3 в ближайшую степень окисления +2 .

KNO 2 + KI + H 2 SO 4 → I 2 + NO + K 2 SO 4 + H 2 O

Составление электронного баланса сложнее, если формульная единица вещества содержит несколько атомов окислителя или восстановителя.
В этом случае это необходимо учитывать в полуреакции, рассчитывая число электронов.
Самая частая проблема - с дихроматом калия K 2 Cr 2 O 7 , когда он в роли окислителя переходит в +3:

2Сr +6 + 6e → 2Cr +3

Эти же двойки нельзя забыть при уравнивании, ведь они указывают число атомов данного вида в уравнении .

Задание 3: Какой коэффициент нужно поставить перед FeSO 4 и перед Fe 2 (SO 4 ) 3 ?

FeSO 4 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + Cr 2 (SO 4 ) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O
Fe +2 − 1e → Fe +3
2Cr +6 + …e → 2Cr +3

Задание 4: Какой коэффициент в уравнении реакции будет стоять перед магнием?

HNO 3 + Mg → Mg(NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O

Определите, в какой среде (кислой, нейтральной или щелочной) протекает реакция.
Это можно сделать либо про продуктам восстановления марганца и хрома, либо по типу соединений, которые получились в правой части реакции: например, если в продуктах мы видим кислоту , кислотный оксид - значит, это точно не щелочная среда, а если выпадает гидроксид металла - точно не кислая. Ну и разумеется, если в левой части мы видим сульфаты металлов, а в правой - ничего похожего на соединения серы - видимо, реакция проводится в присутствии серной кислоты.

Задание 5: Определите среду и вещества в каждой реакции:

PH 3 + … + … → K 2 MnO 4 + … + …

PH 3 + … + … → MnSO 4 + H 3 PO 4 + … + …

Помните, что вода - вольный путешественник, она может как участвовать в реакции, так и образовываться.

Задание 6: В какой стороне реакции окажется вода? Bо что перейдёт цинк?

KNO 3 + Zn + KOH → NH 3 + …

Задание 7: Мягкое и жесткое окисление алкенов.
Допишите и уравняйте реакции, предварительно расставив степени окисления в органических молекулах:

СН 3 -СН=СН 2 + KMnO 4 + H 2 O (хол. р-р.) → CH 3 -CHOH-CH 2 OH + …

Иногда какой-либо продукт реакции можно определить, только составив электронный баланс и поняв, каких частиц у нас больше:

Задание 8: Какие продукты ещё получатся? Допишите и уравняйте реакцию:

MnSO 4 + KMnO 4 + Н 2 O → MnO 2 + …

Во что переходят реагенты в реакции?
Если ответ на этот вопрос не дают выученные нами схемы, то нужно проанализировать, какие в реакции окислитель и восстановитель - сильные или не очень? Если окислитель средней силы, вряд ли он может окислить, например, серу из −2 в +6, обычно окисление идёт только до S 0 . И наоборот, если KI - сильный восстановитель и может восстановить серу из +6 до −2, то KBr - только до +4.

Задание 9: Во что перейдёт сера? Допишите и уравняйте реакции:

H 2 S + KMnO 4 + H 2 O → …

H 2 S + HNO 3 (конц.) → …

Проверьте, чтобы в реакции был и окислитель, и восстановитель.

Задание 10: Сколько ещё продуктов в этой реакции, и каких?

KMnO 4 + HCl → MnCl 2 + …

Если оба вещества могут проявлять свойства и восстановителя, и окислителя - надо продумать, какое из них более активный окислитель. Тогда второй будет восстановителем.

Задание 11: Кто из этих галогенов окислитель, а кто восстановитель?

Cl 2 + I 2 + H 2 O → … + …

Если же один из реагентов - типичный окислитель или восстановитель - тогда второй будет «выполнять его волю», либо отдавая электроны окислителю, либо принимая у восстановителя.

Пероксид водорода - вещество с двойственной природой , в роли окислителя (которая ему более характерна) переходит в воду, а в роли восстановителя - переходит в свободный газообразный кислород.

Задание 12: Какую роль выполняет пероксид водорода в каждой реакции?

H 2 O 2 + KI + H 2 SO 4 →

H 2 O 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 →

H 2 O 2 + KNO 2 →

Последовательность расстановки коэффициентов в уравнении.

Сначала проставьте коэффициенты, полученные из электронного баланса.
Помните, что удваивать или сокращать их можно только вместе. Если какое-либо вещество выступает и в роли среды, и в роли окислителя (восстановителя) - его надо будет уравнивать позднее, когда почти все коэффициенты расставлены.
Предпоследним уравнивается водород, а по кислороду мы только проверяем !

Задание 13: Допишите и уравняйте:

HNO 3 + Al → Al(NO 3) 3 + N 2 + H 2 O

Al + KMnO 4 + H 2 SO 4 → Al 2 (SO 4) 3 + … + K 2 SO 4 + H 2 O

Не спешите, пересчитывая атомы кислорода! Не забывайте умножать, а не складывать индексы и коэффициенты.
Число атомов кислорода в левой и правой части должно сойтись!
Если этого не произошло (при условии, что вы их считаете правильно), значит, где-то ошибка.

Возможные ошибки.

Расстановка степеней окисления: проверяйте каждое вещество внимательно.
Часто ошибаются в следующих случаях:

а) степени окисления в водородных соединениях неметаллов: фосфин РН 3 - степень окисления у фосфора - отрицательная ;
б) в органических веществах - проверьте ещё раз, всё ли окружение атома С учтено;
в) аммиак и соли аммония - в них азот всегда имеет степень окисления −3;
г) кислородные соли и кислоты хлора - в них хлор может иметь степень окисления +1, +3, +5, +7;
д) пероксиды и надпероксиды - в них кислород не имеет степени окисления −2, бывает −1, а в КО 2 - даже −(½)
е) двойные оксиды: Fe 3 O 4 , Pb 3 O 4 - в них металлы имеют две разные степени окисления, обычно только одна из них участвует в переносе электронов.

Задание 14: Допишите и уравняйте:

Fe 3 O 4 + HNO 3 → Fe(NO 3) 3 + NO + …

Задание 15: Допишите и уравняйте:

KO 2 + KMnO 4 + … → … + … + K 2 SO 4 + H 2 O

Выбор продуктов без учёта переноса электронов - то есть, например, в реакции есть только окислитель без восстановителя или наоборот.

Пример: в реакции MnO 2 + HCl → MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O свободный хлор часто теряется. Получается, что электроны к марганцу прилетели из космоса…

Неверные с химической точки зрения продукты: не может получиться такое вещество, которое вступает во взаимодействие со средой!

а) в кислой среде не может получиться оксид металла, основание, аммиак;
б) в щелочной среде не получится кислота или кислотный оксид;
в) оксид или тем более металл, бурно реагирующие с водой, не образуются в водном растворе.

Задание 16: Найдите в реакциях ошибочные продукты, объясните, почему они не могут получаться в этих условиях:

Ba + HNO 3 → BaO + NO 2 + H 2 O

PH 3 + KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 + H 3 PO 4 + H 2 O

P + HNO 3 → P 2 O 5 + NO 2 + H 2 O

FeSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 → Fe(OH) 3 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Ответы и решения к заданиям с пояснениями.

Задание 1:

Н + С 0 О −2 Н + Fe +2 S 2 − Ca +2 (O −2 Cl +)Cl − H 2 + S 2 +7 O 8 −2

Задание 2:

2-метилбутен-2: СН 3 –С −1 Н +1 =С 0 (СН 3)–СН 3

ацетон: (СН 3) 2 С +2 =О −2

уксусная кислота: СН 3 –С +3 О −2 О −2 Н +

Задание 3:

Так как в молекуле дихромата 2 атома хрома, то и электронов они отдают в 2 раза больше - т.е. 6.

6FeSO 4 +K 2 Cr 2 O 7 +7H 2 SO 4 → 3Fe 2 (SO 4) 3 +Cr 2 (SO 4) 3 + +K 2 SO 4 + 7H 2 O

Задание 5:

Если среда щелочная, то фосфор +5 будет существовать в виде соли - фосфата калия.

PH 3 + 8KMnO 4 + 11KOH → 8K 2 MnO 4 + K 3 PO 4 + 7H 2 O

Если среда кислая, то фосфин переходит в фосфорную кислоту.

PH 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + H 3 PO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Задание 6:

Так как цинк - амфотерный металл, в щелочном растворе он образует гидроксокомплекс . В результате расстановки коэффициентов обнаруживается, что вода должна присутствовать в левой части реакции :

KNO 3 + 4Zn + 7KOH + 6Н 2 О → N −3 H 3 + + 4K 2

Задание 7:

Электроны отдают два атома С в молекуле алкена. Поэтому мы должны учесть общее количество отданных всей молекулой электронов:

3СН 3 -С −1 Н=С −2 Н 2 + 2KMn +7 O 4 + 4H 2 O (хол. р-р.) → 3CH 3 -C 0 HOH-C −1 H 2 OH + 2Mn +4 O 2 + 2KOH

Обратите внимание, что из 10 ионов калия 9 распределены между двумя солями, поэтому щелочи получится только одна молекула.

Задание 8:

3MnSO 4 + 2KMnO 4 + 2 Н 2 O → 5MnO 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 SO 4

В процессе составления баланса мы видим, что на 2 иона К + приходится 3 сульфат-иона . Значит, помимо сульфата калия образуется ещё серная кислота (2 молекулы).

Задание 9:

3H 2 S + 2KMnO 4 + (H 2 O) → 3S 0 + 2MnO 2 + 2KOH + 2H 2 O
(перманганат не очень сильный окислитель в растворе; обратите внимание, что вода переходит в процессе уравнивания вправо!)

H 2 S + 8HNO 3 (конц.) → H 2 S +6 O 4 + 8NO 2 + 4H 2 O
(концентрированная азотная кислота очень сильный окислитель)

Задание 10:

Не забудьте, что марганец принимает электроны , при этом хлор их должен отдать .
Хлор выделяется в виде простого вещества .

2KMnO 4 + 16HCl → 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 2KCl + 8H 2 O

Задание 11:

Чем выше в подгруппе неметалл, тем более он активный окислитель , т.е. хлор в этой реакции будет окислителем. Йод переходит в наиболее устойчивую для него положительную степень окисления +5, образуя йодноватую кислоту.

5Cl 2 + I 2 + 6H 2 O → 10HCl + 2HIO 3

Задание 12:

H 2 O 2 + 2KI + H 2 SO 4 → I 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O
(пероксид - окислитель, т.к. восстановитель - KI)

3H 2 O 2 + K 2 Cr 2 O 7 + 4H 2 SO 4 → 3O 2 + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 7H 2 O
(пероксид - восстановитель, т.к. окислитель - перманганат калия)

H 2 O 2 + KNO 2 → KNO 3 + H 2 O
(пероксид - окислитель, т.к. роль восстановителя более характерна для нитрита калия, который стремится перейти в нитрат)

Задание 13:

36HNO 3 + Al → 10Al(NO 3 ) 3 + 3N 2 + 18H 2 O

10Al + 6KMnO 4 + 24H 2 SO 4 → 5Al 2 (SO 4 ) 3 + 6MnSO 4 + 3K 2 SO 4 + 24H 2 O

Задание 14:

В молекуле Fe 3 O 4 из трех атомов железа только один имеет заряд +2. Онокислитсяв +3.
(Fe +2 O Fe 2 +3 O 3 )
3Fe 3 O 4 + 28HNO 3 → 9Fe +3 (NO 3 ) 3 + NO + 14H 2 O

Задание 16:

Ba + HNO 3 → BaO + NO 2 + H 2 O (водный раствор)
Ba + HNO 3 → Ba(NO 3 ) 2 + NO 2 + H 2 O

PH 3 + KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 + H 3 PO 4 + H 2 O (щелочная среда)
PH 3 + KMnO 4 + KOH → K 2 MnO 4 + K 3 PO 4 + H 2 O

P + HNO 3 → P 2 O 5 + NO 2 + H 2 O (водный раствор)
P + HNO 3 → H 3 PO 4 + NO 2 + H 2 O

FeSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 → Fe(OH) 3 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O (кислая среда)
FeSO 4 + KMnO 4 + H 2 SO 4 → Fe 2 (SO 4 ) 3 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Метод электронного баланса

Метод электронного баланса - один из методов уравнивания окислительно-восстановительных реакций (ОВР).Заключается в том чтобы на основании степеней окисления расставить коэффициенты в ОВР.Для правильного уравнивания следует придерживаться определённой последовательности действий:

1. Найти окислитель и восстановитель.
2. Составить для них схемы (полуреакции) переходов электронов, отвечающие данному окислительно-восстановительному процессу.
3. Уравнять число отданных и принятых электронов в полуреакциях.
4. Просуммировать порознь левые и правые части полуреакций.
5. Расставить коэффициенты в уравнении окислительно восстановительной реакции.

Теперь рассмотрим конкретный пример

Дана реакция: Li + N 2 = Li 3 N

1. Находим окислитель и восстановитель:

Li 0 + N 2 0 = Li 3 +1 N −3

N присоединяет электроны, он-окислитель

Li отдаёт электроны, он-восстановитель

2. Составляем полуреакции:

Li 0 - 1e = Li +1

N 2 0 + 6e = 2N −3

3. Теперь уравняем число отданных и принятых электронов в полуреакции:

6* |Li 0 - 1e = Li +1

1* |N 2 0 + 6e = 2N −3

Получаем:

6Li 0 - 6e = 6Li +1

N 2 0 + 6e = 2N −3

4. Просуммируем порознь левые и правые части полуреакций:

6Li + N 2 = 6Li +1 + 2N −3

5. Расставим коэффициенты в окислительно-восстановительной реакции:

6Li + N 2 = 2Li 3 N

Рассмотрим более сложный пример

Дана реакция: FeS + O 2 = Fe 2 O 3 + SO 2

В результате реакции происходит окисление атомов железа, окисление атомов серы и восстановление атомов кислорода.

1. Записываем полуреакции для серы и железа:

Fe +2 - 1e = Fe +3

S −2 - 6e = S +4

Суммарно для обоих процессов можно записать так:

Fe +2 + S −2 - 7e = Fe +3 + S +4

Записываем полуреакцию для кислорода:

O 2 +4e = 2O −2

2. Уравниваем число отданных и принятых электронов в двух полуреакциях:

4*| Fe +2 + s −2 - 7e = Fe +3 + S +4

7*| O 2 + 4e = 2O −2

3. Просуммируем обе полуреакции:

4Fe +2 + 4S −2 + 7O 2 = 4Fe +3 + 4S +4 + 14O −2

4. Расставим коэффициенты в окислительно-восстановительной реакции:

4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Метод электронного баланса" в других словарях:

Химическим уравнением (уравнением химической реакции) называют условную запись химической реакции с помощью химических формул, числовых коэффициентов и математических символов. Уравнение химической реакции даёт качественную и количественную… … Википедия

Окислительно восстановительные реакции, химические реакции, сопровождающиеся изменением окислительных чисел (См. Окислительное число) атомов. Первоначально (со времени введения в химию кислородной теории горения А. Лавуазье, конец 18 в.)… …

Окисление восстановление, окислительно восстановительные реакции, химические реакции, сопровождающиеся изменением окислительных чисел атомов. Первоначально (со времени введения в химию кислородной теории горения А. Лавуазье, конец 18 в.)… … Большая советская энциклопедия

Техника многократного получения одинаковых изображений (оттисков) путем переноса красочного слоя с печатной формы на бумагу или другой материал. Собственно процесс переноса изображения с печатной формы на бумагу называется печатанием. Но это… … Энциклопедия Кольера

Математика Научные исследования в области математики начали проводиться в России с 18 в., когда членами Петербургской АН стали Л. Эйлер, Д. Бернулли и другие западноевропейские учёные. По замыслу Петра I академики иностранцы… … Большая советская энциклопедия

Электронные деньги - (Electronic money) Электронные деньги это денежные обязательства эмитента в электронном виде Все, что нужно знать об электронных деньгах история и развитие электронных денег, перевод, обмен и вывод электронных денег в различных платежных системах … Энциклопедия инвестора

система - 4.48 система (system): Комбинация взаимодействующих элементов, организованных для достижения одной или нескольких поставленных целей. Примечание 1 Система может рассматриваться как продукт или предоставляемые им услуги. Примечание 2 На практике… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

Суть метода электронного баланса заключается в:

• Подсчете изменения степени окисления для каждого из элементов, входящих в уравнение химической реакции
• Элементы, степень окисления которых в результате произошедшей реакции не изменяется - не принимаются во внимание
• Из остальных элементов, степень окисления которых изменилась - составляется баланс, заключающийся в подсчете количества приобретенных или потерянных электронов
• Для всех элементов, потерявших или получивших электроны (количество которых отличается для каждого элемента) находится наименьшее общее кратное
• Найденное значение и есть базовые коэффициенты для составления уравнения.

Визуально алгоритм решения задачи с помощью метода электронного баланса представлен на диаграмме.

Как это выглядит на практике, рассмотрено на примере задач по шагам .

А) Ag + HNO 3 → AgNO 3 + NO + H 2 O
б) Ca +H 2 SO 4 → CaSO 4 + H 2 S + H 2 O
в) Be + HNO 3 → Be(NO 3) 2 + NO + H 2 O

Решение .
Для решения данной задачи воспользуемся правилами определения степени окисления .

Применение метода электронного баланса по шагам. Пример "а"

Составим электронный баланс для каждого элемента реакции окисления Ag + HNO 3 → AgNO 3 + NO + H 2 O.

Шаг 1 . Подсчитаем степени окисления для каждого элемента, входящего в химическую реакцию.

Ag. Серебро изначально нейтрально, то есть имеет степень окисления ноль.

Для HNO 3 определим степень окисления, как сумму степеней окисления каждого из элементов .

Степень окисления водорода +1, кислорода -2, следовательно, степень окисления азота равна:

0 - (+1) - (-2)*3 = +5

(в сумме, опять же, получим ноль, как и должно быть)

Теперь перейдем ко второй части уравнения.

Для AgNO 3 степень окисления серебра +1 кислорода -2, следовательно степень окисления азота равна:

0 - (+1) - (-2)*3 = +5

Для NO степень окисления кислорода -2, следовательно азота +2

Для H 2 O степень окисления водорода +1, кислорода -2

Шаг 2. Запишем уравнение в новом виде , с указанием степени окисления каждого из элементов, участвующих в химической реакции.

Ag 0 + H +1 N +5 O -2 3 → Ag +1 N +5 O -2 3 + N +2 O -2 + H +1 2 O -2

Из полученного уравнения с указанными степенями окисления, мы видим несбалансированность по сумме положительных и отрицательных степеней окисления отдельных элементов .

Шаг 3 . Запишем их отдельно в виде электронного баланса - какой элемент и сколько теряет или приобретает электронов:
(Необходимо принять во внимание, что элементы, степень окисления которых не изменилась - в данном расчете не участвуют )

Ag 0 - 1e = Ag +1
N +5 +3e = N +2

Серебро теряет один электрон, азот приобретает три. Таким образом, мы видим, что для балансировки нужно применить коэффициент 3 для серебра и 1 для азота. Тогда число теряемых и приобретаемых электронов сравняется.

Шаг 4 . Теперь на основании полученного коэффициента "3" для серебра, начинаем балансировать все уравнение с учетом количества атомов, участвующих в химической реакции.

• В первоначальном уравнении перед Ag ставим тройку, что потребует такого же коэффициента перед AgNO 3
• Теперь у нас возник дисбаланс по количеству атомов азота. В правой части их четыре, в левой - один. Поэтому ставим перед HNO 3 коэффициент 4
• Теперь остается уравнять 4 атома водорода слева и два - справа. Решаем это путем применения коэффииента 2 перед H 2 O

Ответ:
3Ag + 4HNO 3 = 3AgNO 3 + NO + 2H 2 O

Пример "б"

Составим электронный баланс для каждого элемента реакции окисления Ca +H 2 SO 4 → CaSO 4 + H 2 S + H 2 O

Для H 2 SO 4 степень окисления водорода +1 кислорода -2 откуда степень окисления серы 0 - (+1)*2 - (-2)*4 = +6

Для CaSO 4 степень окисления кальция равна +2 кислорода -2 откуда степень окисления серы 0 - (+2) - (-2)*4 = +6

Для H 2 S степень окисления водорода +1, соответственно серы -2

Ca 0 +H +1 2 S +6 O -2 4 → Ca +2 S +6 O -2 4 + H +1 2 S -2 + H +1 2 O -2
Ca 0 - 2e = Ca +2 (коэффициент 4)
S +6 + 8e = S -2

4Ca + 5H 2 SO 4 = 4CaSO 4 + H 2 S + 4H 2 O

Спецификой многих ОВР является то, что при составлении их уравнений подбор коэффициентов вызывает затруднение. Для облегчения подбора коэффициентов чаще всего используют метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций). Рассмотрим применение каждого из этих методов на примерах.

Метод электронного баланса

В его основе лежит следующее правило : общее число электронов, отдаваемое атомами-восстановителями, должно совпадать с общим числом электронов, которые принимают атомы-окислители .

В качестве примера составления ОВР рассмотрим процесс взаимодействия сульфита натрия с перманганатом калия в кислой среде.

1. Сначала необходимо составить схему реакции: записать вещества в начале и конце реакции, учитывая, что в кислой среде MnO 4 — восстанавливается до Mn 2+ ():

1. Далее определим какие из соединений являются ; найдем их степень окисления в начале и конце реакции:

Na 2 S +4 O 3 + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4 = Na 2 S +6 O 4 + Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Из приведенной схемы понятно, что в процессе реакции происходит увеличение степени окисления серы с +4 до +6, таким образом, S +4 отдает 2 электрона и является восстановителем . Степень окисления марганца уменьшилась от +7 до +2, т.е. Mn +7 принимает 5 электронов и является окислителем .

1. Составим электронные уравнения и найдем коэффициенты при окислителе и восстановителе .

S +4 – 2e — = S +6 ¦ 5

Mn +7 +5e — = Mn +2 ¦ 2

Чтобы число электронов, отданных восстановителем, было равно числу электронов, принятых восстановителем, необходимо:

• Число электронов, отданных восстановителем, поставить коэффициентом перед окислителем.
• Число электронов, принятых окислителем, поставить коэффициентом перед восстановителем.

Таким образом, 5 электронов, принимаемых окислителем Mn +7 , ставим коэффициентом перед восстановителем, а 2 электрона, отдаваемых восстановителем S +4 коэффициентом перед окислителем:

5Na 2 S +4 O 3 + 2KMn +7 O 4 + H 2 SO 4 = 5Na 2 S +6 O 4 + 2Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

1. Далее надо уравнять количества атомов элементов, не изменяющих степень окисления, в такой последовательности: число атомов металлов, кислотных остатков, количество молекул среды (кислоты или щелочи). В последнюю очередь подсчитывают количество молекул образовавшейся воды.

Итак, в нашем случае число атомов металлов в правой и левой частях совпадают.

По числу кислотных остатков в правой части уравнения найдем коэффициент для кислоты.

В результате реакции образуется 8 кислотных остатков SO 4 2- , из которых 5 – за счет превращения 5SO 3 2- → 5SO 4 2- , а 3 – за счет молекул серной кислоты 8SO 4 2- — 5SO 4 2- = 3SO 4 2- .

Таким образом, серной кислоты надо взять 3 молекулы:

5Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5Na 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

1. Аналогично, находим коэффициент для воды по числу ионов водорода, во взятом количестве кислоты

6H + + 3O -2 = 3H 2 O

Окончательный вид уравнения следующий:

Признаком того, что коэффициенты расставлены правильно является равное количество атомов каждого из элементов в обеих частях уравнения.

Ионно-электронный метод (метод полуреакций)

Реакции окисления-восстановления, также как и реакции обмена, в растворах электролитов происходят с участием ионов. Именно поэтому ионно-молекулярные уравнения ОВР более наглядно отражают сущность реакций окисления-восстановления. При написании ионно-молекулярных уравнений, сильные электролиты записывают в виде , а слабые электролиты, осадки и газы записывают в виде молекул (в недиссоциированном виде). В ионной схеме указывают частицы, подвергающиеся изменению их степеней окисления , а также характеризующие среду, частицы: H + — кислая среда , OH — — щелочная среда и H 2 O – нейтральная среда.

Рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в кислой среде.

1. Сначала необходимо составить схему реакции : записать вещества в начале и конце реакции:

Na 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

1. Запишем уравнение в ионном виде , сократив те ионы, которые не принимают участие в процессе окисления-восстановления:

SO 3 2- + MnO 4 — + 2H + = Mn 2+ + SO 4 2- + H 2 O

1. Далее определим окислитель и восстановитель и составим полуреакции процессов восстановления и окисления.

В приведенной реакции окислитель — MnO 4 — принимает 5 электронов восстанавливаясь в кислой среде до Mn 2+ . При этом освобождается кислород, входящий в состав MnO 4 — , который, соединяясь с H + , образует воду:

MnO 4 — + 8H + + 5e — = Mn 2+ + 4H 2 O

Восстановитель SO 3 2- — окисляется до SO 4 2- , отдав 2 электрона. Как видно образовавшийся ион SO 4 2- содержит больше кислорода, чем исходный SO 3 2- . Недостаток кислорода восполняется за счет молекул воды и в результате этого происходит выделение 2H + :

SO 3 2- + H 2 O — 2e — = SO 4 2- + 2H +

1. Находим коэффициент для окислителя и восстановителя , учитывая, что окислитель присоединяет столько электронов, сколько отдает восстановитель в процессе окисления-восстановления:

MnO 4 — + 8H + + 5e — = Mn 2+ + 4H 2 O ¦2 окислитель, процесс восстановления

SO 3 2- + H 2 O — 2e — = SO 4 2- + 2H + ¦5 восстановитель, процесс окисления

1. Затем необходимо просуммировать обе полуреакции , предварительно умножая на найденные коэффициенты, получаем:

2MnO 4 — + 16H + + 5SO 3 2- + 5H 2 O = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5SO 4 2- + 10H +

Сократив подобные члены, находим ионное уравнение:

2MnO 4 — + 5SO 3 2- + 6H + = 2Mn 2+ + 5SO 4 2- + 3H 2 O

1. Запишем молекулярное уравнение, которое имеет следующий вид:

5Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5Na 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

Na 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 O = Na 2 SO 4 + MnO 2 + KOH

В ионном виде уравнение принимает вид:

SO 3 2- + MnO 4 — + H 2 O = MnO 2 + SO 4 2- + OH —

Также, как и предыдущем примере, окислителем является MnO 4 — , а восстановителем SO 3 2- .

В нейтральной и слабощелочной среде MnO 4 — принимает 3 электрона и восстанавливается до MnО 2 . SO 3 2- — окисляется до SO 4 2- , отдав 2 электрона.

Полуреакции имеют следующий вид:

MnO 4 — + 2H 2 O + 3e — = MnО 2 + 4OH — ¦2 окислитель, процесс восстановления

SO 3 2- + 2OH — — 2e — = SO 4 2- + H 2 O ¦3 восстановитель, процесс окисления

Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:

3SO 3 2- + 2MnO 4 — + H 2 O =2 MnO 2 + 3SO 4 2- + 2OH —

3Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + H 2 O = 2MnO 2 + 3Na 2 SO 4 + 2KOH

И еще один пример — составление уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в щелочной среде.

Na 2 SO 3 + KMnO 4 + KOH = Na 2 SO 4 + K 2 MnO 4 + H 2 O

В ионном виде уравнение принимает вид:

SO 3 2- + MnO 4 — + OH — = MnO 2 + SO 4 2- + H 2 O

В щелочной среде окислитель MnO 4 — принимает 1 электрон и восстанавливается до MnО 4 2- . Восстановитель SO 3 2- — окисляется до SO 4 2- , отдав 2 электрона.

Полуреакции имеют следующий вид:

MnO 4 — + e — = MnО 2 ¦2 окислитель, процесс восстановления

SO 3 2- + 2OH — — 2e — = SO 4 2- + H 2 O ¦1 восстановитель, процесс окисления

Запишем ионное и молекулярное уравнения , учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:

SO 3 2- + 2MnO 4 — + 2OH — = 2MnО 4 2- + SO 4 2- + H 2 O

Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + H 2 O = 2K 2 MnO 4 + 3Na 2 SO 4 + 2KOH

Необходимо отметить, что не всегда при наличии окислителя и восстановителя, возможно самопроизвольное протекание ОВР. Поэтому для количественной характеристики силы окислителя и восстановителя и для определения направления реакции пользуются значениями окислительно-восстановительных потенциалов.

1.Cr2(SO4)3 +… + NaOH → Na2CrO4 + NaBr + … + H2O

2. Si + HNO3 + HF → H2SiF6 + NO + …

3. P + HNO3 + … → NO + …

4. K2Cr2O7 + … + H2SO4 → I2 + Cr2(SO4)3 + … + H2O

5. P + HNO3 + … → NO2 + …

6. K2Cr2O7 + HCl → Cl2 + KCl + … + …

7. B + HNO3 + HF → HBF4 + NO2 + …

8. KMnO4 + H2S + H2SO4 → MnSO4 + S + …+ …

9. KMnO4 + … → Cl2 + MnCl2 + … + …

10. H2S + HMnO4 → S + MnO2 +

11. KMnO4 + KBr + H2SO4 → MnSO4 + Br2 + … + …

12. KClO + … → I2 + KCl + …

13. KNO2 + … + H2SO4 → NO + I2 + … + …

14. NaNO2 + … + H2SO4 → NO + I2 + … + …

15. HCOH + KMnO4 → CO2 + K2SO4 + … + …

16. PH3 + HMnO4 → MnO2 + … + …

17. P2O3 + HNO3 + … → NO + …

18. PH3 + HClO3 → HCl + …

19. Zn + KMnO4 + … → … + MnSO4 + K2SO4 + …

20. FeCl2 + HNO3 (конц .) → Fe(NO3)3 + HCl + … + …

Задания C1 (решения и ответы)

1. Cr2(SO4)3 + 3Br2 + 16NaOH = 2Na2CrO4 + 6NaBr + 3Na2SO4 + 8H2O

Si0 – восстановитель, HNO3(N+5) – окислитель

3. 3P + 5HNO3 + 2H2O = 3H3PO4 + 5NO

KI (I-) – восстановитель, K2Cr2O7 (Cr+6) – окислитель

5.

K2Cr2O7 (Cr+6) – окислитель, HCl (Cl-) – восстановитель

7. B + 3HNO3 + 4HF = HBF4 + 3NO2 + 3H2O

H2S (S-2) – восстановитель, KMnO4 (Mn+7) – окислитель

9. 2KMnO4 + 16HCl = 5Cl2 + 2MnCl2 + 2KCl + 8H2O

H2S (S-2) – восстановитель, HMnO4 (Mn+7) – окислитель

11. 2KMnO4 + 10KBr + 8H2S04 = 2MnSO4 + 5Br2 + 6K2SO4 + 8H2O

KClO (Cl+1) – окислитель, HI (I-) – восстановитель

13. KNO2 + 2HI + H2SO4 = 2NO + I2 + K2SO4 + 2H2O

NO (N+2) – восстановитель, KClO (Cl+1) – окислитель

15. 5HCOH + 4KMnO4 + 6H2SO4 = 5CO2 + 2K2SO4 + 4MnSO4 + 11H2O

KMnO4 (Mn+7) – окислитель, PH3 (P-3) – восстановитель

17. 3P2O3 + 4HNO3 + 7H2O = 4NO + 6H3PO4

PH3 (P-3) – восстановитель, HClO3 (Cl+5) – окислитель

19. 5Zn + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 5ZnSO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 8H2O

FeCl2 (Fe+2) – восстановитель, HNO3(N+5) - окислитель

Задания С2

1. Даны вещества: магний аммиак , азот , азотная кислота (разб.). Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими веществами.

2. Даны вещества: кальций, фосфор, азотная кислота. Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими веществами.

3. Даны вещества: сульфит натрия, вода, гидроксид калия, перманганат ка­лия, фосфорная кислота. Напишите уравнения четырех возможных реак­ций между этими веществами.

4. Даны вещества: медь, азотная кислота, сульфид меди (II), оксид азота (II).

5. Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими вещест­вами.

6. Даны вещества: сера, сероводород, азотная кислота (конц.), серная ки­слота (конц.). Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими веществами.

7. Даны водные растворы: хлорида железа (III), иодида натрия, бихромата натрия, серной кислоты и гидроксида цезия. Напишите уравнения четы­рех возможных реакций между этими веществами.

9. Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими вещест­вами.

10. Даны вещества: углерод, водород , серная кислота (конц.), дихромат калия. Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими вещест­вами.

11. Даны вещества: кремний, соляная кислота, едкий натр, гидрокарбонат натрия. Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими веществами.

12. Даны вещества: алюминий, вода, разбавленная азотная кислота, кон­центри­рованный раствор гидроксида натрия. Напишите уравнения че­тырех возможных реакций.

13. Даны водные растворы: сульфида натрия, сероводорода, хлорида алюми­ния, хлора. Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими веществами.

14. Даны вещества: оксид натрия, оксид железа (III), иодоводород, углекис­лый газ. Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими веществами.

15. Даны водные растворы: гексагидроксоалюмината калия, хлорида алюми­ния, сероводорода, гидроксида рубидия. Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими веществами

16. Даны вещества: карбонат калия (раствор), гидрокарбонат калия (раствор), углекислый газ, хлорид магния, магний. Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими веществами.

17. Даны вещества: нитрат натрия, фосфор, бром, гидроксид калия (раствор). Напишите уравнения четырех возможных реакций между этими вещест­вами.

Задания С2(решения и ответы)

Задания С3

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

t0, Сакт. + CH3Cl, AlCl3 + Сl2, УФ +КОН водн., t0

1. Этин → Х1 → толуол → Х2 → Х3 → С6Н5-СН2-ООСН

H2SO4 разб. H2SO4 конц. t0 +Br2 + KOH водн., t0

2. Калий → этилат калия → Х1 → СН2 = СН2 → Х2 → Х3

Н2О 12000 t0, кат. + СН3Cl, AlCl3 +Cl2,УФ

3. Карбид алюминия → Х1 → Х2 → бензол → Х3 → Х4

H2O +H2O + KMnO4+ H2SO4 CaCO3 t0

4. CaC2 → этин → этаналь → Х1 → Х2 → Х3

СН3Cl, AlCl3 + KMnO4+ H2SO4 + СН3ОН, H2SO4

5. Метан → Х1 → бензол → Х2 → бензойная кислота → Х3

Br2, свет +КОН(спирт.) HBr Na

6. СН3-СН2-СН(СН3)-СН3 → Х1 → Х2 → Х1 → Х3 → СО2

NaMnO4 + NaOH электролиз Cl2, свет KOH, H2O H2SO4, t0

7. СН3СНО → Х1 → С2Н6 → Х2 → Х3 → (С2Н5)2О

H2O, Hg2+ + KMnO4+ H2SO4 + NaOH +CH3I + H2O, H+

8. С2Н2 → Х1 → СН3СООН → Х2 → Х3 → уксусная кислота

O2 +Н2, кат. + Na + HCl + KMnO4 +H2SO4

9. СН 4 → НСНО → Х 1 → Х 2 → Х 1 → Х 3

С, t + C2H5Cl, AlCl3 Br2 ,hν KOH(спирт.) KMnO4, H2O

10. С2Н2 → Х 1 → С 6 Н 5 С 2 Н 5 → Х 2 → Х 3 → Х 4

Ag(NH3)2]OH Cl2,hν NaOH(спирт.) +СН3ОН, H2SO4 полимеризация

11. СН3-СН2-СНО → Х1 → Х2 → Х3 → Х4 → Х5

H2SO4, 2000C кат., t +OH + HCl +KMnO4+ H2O

12. Этанол → Х1 → Х2 → Ag2C2→ Х2 → Х3

Cакт., t + Cl2, FeCl3, t +HONO2, H2SO4 +KMnO4 + H2SO4

13. С2Н2 → Х 1 → Х 2 → С 6 Н 5 СН 3 → СН 3 -С 6 Н 4- NO2 → Х3

электролиз +Cl2, hν + NaOH +H2O H2SO4 (конц), t ‹ 1400

14. СН3СООН → Х1 → С2Н6 → Х2 → Х3 → Х4

Н2, Ni, t +HBr, H2SO4 + KOH(спирт.) + O2, t, Pd2+ +OH

15. СН3СНО → Х1 → Х2 → этилен → СН3СНО → Х3

Задания С3 (решения и ответы)

Задания С4 (решения и ответы)

1. 3 Cu + 8 HNO3 = 3 Cu(NO3)2 + 2 NO + 4 H2 O (1)

m(р-ра HNO3) = 115,3 г

m(HNO3) = 115,3 . 0,3 = 34,59 г

n(HNO3) = 34,59 г / 63 = 0,55 моль

n(Cu) = 6,4 г / 64 г/моль = 0,1 моль

HNO3 – в избытке

n(HNO3 ­изр.) = 0,1 . 8 / 3 = 0,27

n(HNO3 избыт.) = 0,55 моль - 0,27 моль = 0,28 моль

Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2 + 2NaNO3 (2)

n(Cu(NO3)2) = 0,1 моль (по уравнению 1)

n(NaOH) = 0,2 моль (по уравнению 2)

HNO3 + NaOH = NaNO3 + H2O (с избытком HNO3) (3)

n(NaOH) = 0,28 моль

n(NaOH общ.) = 0,2 + 0,28 = 0,48 моль

m(NaOH) = 0,48 моль. 40 г/моль = 19,2 г

ω(NaOH) = m (р. в.) / m (р-ра) = 0,096 или 9,6%

2. AgNO3 + NaCl = AgCl ↓ + NaNO3

m(NaCl) = 1170 г. 0,005 = 5,85 г

n(NaCl) = 5,85 г / 58,5 г/моль = 0,1 моль

m(AgNO3) = 1275 г. 0,002 = 2,55 г

n(AgNO3) = 2,55 г / 170 г/моль = 0,015 моль

AgNO3 - в недостатке

n(NaNO3) = 0,015 моль

m(NaNO3) = 0,015 моль. 85 г/моль = 1,28 г

n(AgCl) = 0,015 моль

m(AgCl) = 0,015 моль. 143,5 г/моль = 2,15 г

m(р-ра) = 1275 г + 1170 г - 2,15 г = 2442,85 г

ω(NaNO3) = 1,28 г / 2442,85 г = 0,00052 или 0,052%

3. NH4Cl + NaOH = NaCl + NH3 + H2O

m(NH4Cl) = 107 г. 0,2=21,4 г

n(NH4Cl) = 21,4 г /53,5 г/моль = 0.4 моль

m(NaOH) = 150 г. 0,18 = 27 г

n(NaOH) = 27 г / 40 г/моль = 0,675 моль

NH4Cl – в недостатке

n(NH3) = 0,4 моль

m(NH3) = 0,4 моль. 17 г/моль = 6,8 г

n(NaCl) = 0,4 моль

m(NaCl) = 0,4 моль. 58,5 г/моль = 23,4 г

m(р-ра) = 107 г + 150 г - 6,8 г = 250,2 г

ω(NaCl) = 23,4 г / 250,2 г = 0,0935 или 9,35%

NH3 + H3PO4 = NH4H2PO4

n(H3PO4) = n(NH3) = 0,4 моль

m(H3PO4) = 0,4 моль. 98 г/моль = 39,2 г

m(р-ра H3PO4) = 39,2 г / 0,6 = 65,3 г

4. CaH2 + 2HCl = CaCl2 + 2H2

n(H2)= 11,2 л / 22,4 л/моль = 0,5 моль

m(H2) = 0,5 моль. 2 г/моль = 1 г

n(CaH2) = 0,25 моль

m(CaH2) = 0,25 моль. 42г/моль = 10,5 г

m(HCl в р-ре) = 200 г. 0,15 = 30 г

n(HCl прореаг.) = 0,5 моль

m(HCl прореаг.) = 0,5 моль. 36,5 г/моль = 18,25 г

m(HCl ост.) = 30 г - 18,25 г = 11,25 г

m(р-ра) = 200 г + 10,5 г - 1 г = 209,5 г

ω(HCl) = 11,75 г / 209,5 г = 0,056 или 5,6%

5. LiOH + HNO3 = LiNO3 + H2O

m(р-ра LiOH) = 125 мл. 1,05 г/мл = 131,25 г

m(LiOH) =131,25 г. 0,05 = 6,57 г

n(LiOH) = 6,57 г / 24 г моль = 0,27 моль

m(р-ра HNO3) = 100 мл. 1,03 г/мл = 103 г

m(HNO3) = 103 г. 0,05 = 5,15 г

n(HNO3) = 5,15 г / 63 г/моль = 0,082 моль

HNO3 - в недостатке, следовательно, среда – щелочная

n(LiNO3) = 0,082 моль

m(LiNO3) = 0,082 моль. 69 г/моль = 5,66 г

m(р-ра) = 131,25 г + 103 г = 234,25 г

ω(LiNO3) = 5,66 г / 234,25 г = 0,024 или 2,4%

6. 3Cl2 + 6NaOH(гор ) = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O

m(р-ра NaOH) = 228,58 мл. 1,05 г/мл = 240 г

m(NaOH) = 240 г. 0,05 = 12 г

n(NaOH) = 12 г / 40 г / моль = 0,3 моль

n(Cl2) = 0,15 мольm(Cl2) = 0,15 моль. 71 г/моль = 10,65 г

n(NaCl) = 0,25 мольm(NaCl) = 0,25 моль. 58,5 г/моль = 14,625 г

n(NaClO3) = 0,05 мольm(NaClO3) = 0,05 моль. 106,5 г/моль = 5,325 г

m(р-ра) = 240г + 10,65 г = 250,65 г

ω(NaCl) = 14,625 г / 250,65 г = 0,0583 или 5,83%

ω(NaClO3) = 5,325 г / 250,65 г = 0,0212 или 2,12%

7. P2O5 + 3H2O = 2H3PO4

m(H3PO4 в р-ре) = 60 г. 0,082 = 4,92 г

n(H3PO4 в р-ре) = 4,92 г / 98 г/моль = 0,05 моль

n(P2O5) = 1,42 г / 142 г, моль = 0,01 моль

n(H3PO4 образ.) = 0,02 моль

n(KOH) = 3,92 г / 56 г/моль = 0,07 моль

n(H3PO4 общ.) = 0,02 моль + 0,05 моль = 0,07 моль

n(H3PO4) : n(KOH) = 1: 1 ,следовательно

H3PO4 + KOH = KH2PO4 + H2O

n(KH2PO4) = 0,07 моль

8. CaC2 + 2H2O = Ca(OH)2 + C2H2

n(C2H2) = 4,48 л / 22,4 л/моль = 0,2 моль