Метод полуреакций или ионно-электронный метод

Этот метод основан на составлении ионных уравнений для процессов окисления восстановителя и для реакций восстановления окислителя с последующим суммированием обеих уравнений в общее ионное уравнение.

Степень окисления при этом определять не нужно, так как рассматривается участие в реакции не отдельного атома, а реального иона.

Чтобы составить уравнение окислительно-восстановительной реакции методом полуреакций, необходимо: 1)составить ионно-молекулярную схему реакции, помня, что сильные электролиты записываются в виде ионов, а слабые электролиты, газы, осадки - в виде молекул. В ионную схему включаются только те частицы (ионы, атомы, молекулы), которые подвергаются изменению, т.е. окислитель, восстановитель, а также ионы Н⁺ и ОН^-, характеризующие среду, или молекула воды; 2)составить электронно-ионные уравнения отдельно для процессов восстановления и окисления, руководствуясь следующими правилами:

· Если продукт реакции содержит меньше кислорода, чем исходное вещество, то в кислой среде освобождающийся кислород связывается с ионами Н⁺, в результате чего образуется столько молекул воды, сколько не хватает атомов кислорода. В нейтральной и щелочной средах освобождающийся кислород взаимодействует с водой, образуя удвоенное число гидроксильных групп.

· Если исходное вещество содержит меньше атомов кислорода, чем продукт реакции, то недостаток их восполняется в кислых и нейтральных растворах за счет молекул воды, а в щелочных – за счет удвоенных гидроксильных групп.

На основании закона сохранения массы и энергии должно быть равенство числа частиц (ионов, атомов, молекул) в левой и правой частях уравнения. Суммарное число и знак электрических зарядов слева и справа от знака равенства должны быть одинаковы.

Пример.

Рассмотрим реакцию восстановления перманганата калия по схеме

KMnO₄ +Na₂SO₄ + H₂SO₄ MnSO₄ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O :

1)в кислой среде. Запишем:

K⁺+(MnO₄)^-+2Na⁺+(SO₃)^2-+2H⁺+(SO₄)^2-

Mn²⁺+(SO₄)^2-+2Na⁺+(SO₄)^2-+2K⁺+(SO₄)^2-+H₂O

Составляем ионно-молекулярную схему реакции, показывающую ионы, претерпевшие изменения и ионы среды.

(MnO₄)^- + (SO₃)^2- + H⁺ Mn²⁺ + (SO₄)^2- + H₂O

Составляем схемы превращений ионов.

(SO₃)^2- (SO₄)^2- (MnO₄)^- (Mn)²⁺

Недостаток кислорода восполним молекулой воды, т. к. среда кислая, и уравняем число атомов водорода:

(SO₃)^2- + H₂O = (SO₄)^2- +2H⁺

(MnO₄)^- + 8H⁺ = Mn²⁺ + 4H₂O

Сосчитаем заряды в левой и правой частях схемы и найдем число отданных и принятых электронов.

5 (SO₃)^2- + H₂O - 2e^- = (SO₄)^2- + 2 H⁺ процесс окисления

10 -2 0

восстановитель

2 (MnO₄)^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O процесс восстановления

+7 +2

окислитель

Уравниваем число отданных и принятых электронов, найдя множители 2 и 5. Умножаем каждое уравнение на соответствующий множитель и почленно складываем их (кроме электронов), получаем:

5(SO₃)^2- + 5H₂O +2(MnO)^- +16H⁺ = 5(SO₄)^2- +10H⁺ + 2Mn²⁺ +8H₂O

Приводим подобные члены:

5(SO₃)^2- + 2(MnO₄)^- + 6H⁺ = 5(SO₄)^2- + 2Mn²⁺ + 3H₂O .

От полученного ионно-молекулярного уравнения переходим к полному молекулярному уравнению, приписывая противоионы и не нарушая общего равенства уравнения:

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

2)в нейтральной среде:

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂O MnO₂ + KOH + Na₂SO₃

K⁺ +(MnO₄)^- +2Na⁺ +(SO₃)² +H₂O MnO₂ +K⁺ +OH^- +2Na⁺ +(SO₃)^2-

(MnO₄)^- +(SO₃)² +H₂O MnO₂ + OH +(SO₃)^2-

2 (MnO₄)^- + 2H₂O +3e = (MnO₂)^- + 4OH^- процесс восстановления

6 -1 -4

3 (SO₃)^2- + H₂O – 2e = (SO₄)^2- + 2H⁺ процесс окисления

-2 0

2MnO₄^- + 4H₂O + 3SO₃^2- + 3H₂O = 2MnO₂ + 8OH^- + 3SO₄^2- + 6H⁺

2MnO₄^- + 7H₂O + 3SO₃^2- = 2MnO₂ + 6H₂O + 3SO₄^2- + 2OH^-

2MnO₄- + H₂O + 3SO₃^2- = 2MnO₂ + 3SO₄^2- + 2OH^-

В молекулярном виде:

2KMnO₄ + H₂O + 3Na₂SO₃ = 2MnO₂ + 3Na₂SO₄ + 2KOH .

3)в щелочной среде:

KMnO₄ + Na₂SO₃ + KOH K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

K⁺+(MnO₄)^-+2Na⁺+(SO₃)^2- + K⁺ + OH^- 2K⁺ +(MnO₄)^2- +2Na⁺ + +(SO₃)^2-+H₂O

(MnO₄)^-+(SO₃)^2-+OH^- (MnO₄)^2- +(SO₃)^2-+H₂O

2 (MnO₄)^- + 1e = (MnO₄)^2- процесс восстановления

2 -1 -2

1 (SО₃)^2- + 2OH^- – 2e = (SO₄)^2- + H₂O процесс окисления

-4 -2

2(MnO₄)^- + (SO₃)^2- + 2OH^- = 2(MnO₄)^2- + (SO₃)^2- + H₂O

В молекулярном виде:

2KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2KOH = 2K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1. Найдите окислитель и восстановитель, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам:

Al + HNO₃ Al (NO₃)₃ + N₂O + H₂O

Cu + H₂SO₄конц. CuSO₄ + H₂O + SO₂

2. Составьте электронные уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях:

а)Cl⁰ Cl⁺⁷ б)Cr⁺³ Cr⁺⁶ в)S⁺⁶ S^-2

На основании электронно-ионного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

H₂SO₄конц + Zn ZnSO₄ + H₂O + H₂S

Укажите окислитель и восстановитель.

3. Реакции выражаются схемами:

P + H JO₃ + H₂O H₃PO + HJ

H₂S + Cl₂ + H₂O H₂SO₄ + HCl

Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций на основании электронно-ионного баланса. Для каждой реакции укажите, какое вещество окисляется, какое - восстановляется, что является окислителем, а что – восстановителем.

4. В каких превращениях происходит восстановление исходных ионов:

а) MnO^4- Mn⁺² г) VO₃ V³⁺

б) Cl^- ClO₄^- д) CrO₂^- CrO₄^2-

в) Cr₂O₇^2- Cr³⁺ е) NH₃ NO

На основании электронно-ионных уравнений расставьте коэффициенты в уравнениях реакции:

а) FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄ б) Fe₂ (SO₄)₃ + KCl + H₂O

5. Исходя из степени окисления хлора в соединениях HCl, HClO₃ , HClO₄ , определите, какое из них является только окислителем, какое – только восстановителем, какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

K₂MnO₄ + H₂O KMnO₄ + MnO₂ + KOH

6. Почему азотистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронно-ионного баланса расставьте коэффициенты в уравнениях, идущих по схемам:

KI + NaNO₂ + H₂SO₄ NO + I₂ + H₂O + K₂SO₄ + Na₂SO₄

KNO₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ MnSO₄ + KNO₃ + K₂SO₄ + H₂O

7. Найдите окислитель и восстановитель, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам:

FeSO₄ + KMnO₄ +H₂SO₄ Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

KCrO₂ + Br₂ + KOH K₂CrO₄ + KBr + H₂O

8. Найдите окислитель и восстановитель, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам:

K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ Cr₂(SO₄)₃ + S + K₂SO₄ + H₂O

K₂MnO₄ + Cl₂ KMnO₄ + KCl

9. Найдите окислитель и восстановитель, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам:

J₂ + NaOH NaJO + NaJ

Cu + H₂SO₄ CuSO₄ + SO₂ + H₂O

10. Найдите окислитель и восстановитель, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам:

HNO₃ + Zn N₂O + Zn(NO₃)₂ + H₂O

Cr₂O₃ + KClO₃ + KOH K₂CrO₄ + KCl + H₂O

11. Найдите окислитель и восстановитель, расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам:

J₂ + Cl₂ + H₂O HJO₃ + HCl

HNO₃ + Ca NH₄NO₃ + Ca(NO₃)₂ + H₂O

12. Составьте электронно-ионные уравнения и укажите, какой процесс – окисление или восстановление – происходит при следующих превращениях:

а) Cu⁰ Cu⁺² б) N⁰₂ N⁺² в) S⁺⁶ S⁺²

На основании электронно-ионного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

SO₂ + NaJO₃ + H₂O NaJ + H₂SO₄

13. Oпределите степень окисления элементов в следующих соединениях: сульфат железа (III), нитрат алюминия, карбонат натрия. Расставьте коэффициенты методом полуреакций в уравнении реакции, идущей по схеме:

PbS + HNO₃ S + Pb (NO₃)₂ + NO + H₂O

14. Как меняется число электронов в атомах при следующих степенях окисления:

а) S⁺⁴ S^-2 б) S^-2 S⁺⁶ в) Mn⁺⁴ Mn⁺⁷

В каких случаях идет окисление, а в каких восстановление? На основании электронно-ионных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

H₃AsO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ H₃AsO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

15. Почему сернистая кислота может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства? На основании электронно-ионных уравнений расставьте коэффициенты в уравнениях реакций, идущих по схемам:

Na₂SO₃ + KClO₃ KCl + Na₂SO₄

H₂SO₃ + H₂S H₂O + S

16. Исходя из степени окисления фосфора, хрома, серы в соединениях PH₃, K₂Cr₂O₇, H₂SO₃ , определите, какое из них окислитель, какое восстановитель, а какое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства. Почему? Расставьте коэффициенты в уравнениях реакции, идущей по схеме:

Na₂Cr₂O₇ + NaNO₂ +H₂SO₄ Cr₂(SO₄)₃ +NaNO₃ + Na₂SO₃ + H₂O

17. Завершите составление уравнений следующих реакций и расставьте коэффициенты:

NaNO₃ + NaJ + H₂SO₄ NO + J₂ +…

Cr₂(SO₄)₃ + FeSO₄ + H₂SO₄ Cr₂(SO₄)₃ + Fe₂(SO₄)₃ + …

18. Завершите составление уравнений следующих реакций и расставьте коэффициенты:

Zn + HNO₃ N₂ + Zn(NO₃)₂ + …

Cr₂(SO₄)₃ +NaOH + Cl₂ NaCl + Na₂CrO₄ + …

19. Составьте уравнение следующих окислительно-восстановительных реакций, если известны конечные степени окисления элементов:

C + H NО₃конц. (C⁺⁴ , N⁺² )

PH₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ (Mn⁺² , P⁺⁵)

20. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами:

а) NH₃ и KMnO₄ б) HNO₂ и HJ в) HCl и H₂Se

Почему? На основании электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении, идущей по схеме:

NaCrO₂ + PbO₂ + NaOH Na₂CrO₄ + Na₂ PbO₂ + H₂O

21. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами?

а) PH₃ и HBr б) K₂Cr₂O₇ и H₃PO₃ в) HNO₃ и H₂S

Почему? На основании электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении, идущем по схеме:

Au + HNO₃ + HCl AuCl₃ + NO + H₂O

22. Серебряные предметы чернеют под действием сероводорода, содержащегося во влажном воздухе по схеме:

Ag + H₂S + O₂ Ag₂S + H₂O

Расставьте коэффициенты на основании электронно-ионного баланса, укажите окислитель и восстановитель.

23. Какие функции могут выполнять в реакциях окисления-восстановления атомы металлов?

Исходя из степени окисления азота в соединениях NH₃, HNO₂, HNO₃, объясните, какое из них может быть только окислителем, какое только восстановителем, а какое может проявлять как те так и другие свойства?

Составьте уравнение реакции, идущей по схеме:

KMnO₄ + H₃PO₃ + H₂SO₄ MnSO₄ + H₃PO₄ + K₂SO₄ + H₂O

24. В чем состоит сущность процессов окисления и восстановления? Как называются вещества, отдающие электроны, принимающие электроны? Исходя из степени окисления хлора в соединениях HClO₄, KClO₃, HClO ,HCl , объясните, какое из них проявляет только окислительные, а какое только восстановительные свойства. Составьте уравнение реакции, идущей по схеме:

Cr₂O₃ + KNO₃ + KOH K₂CrO₄ + KNO₂ + H₂O

25. Что называется степенью окисления? Чему равна степень окисления простого вещества?

Исходя из степени окисления серы в соединениях H₂SO₄, K₂SO₃, H₂S , объясните, какие из них могут быть только окислителями, а какие только восстановителями, а также какие могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства?

Составьте уравнение реакции, идущей по схеме:

P + HNO₃ + H₂O H₃PO₄ + NO

26. Как изменяются восстановительные свойства элементов в периодах периодической системы Д.И. Менделеева? Исходя из степени окисления фосфора в соединениях PH₃, H₃PO₄, H₃ PO₃ , объясните, какие из них могут быть только окислителями, а какие только восстановителями, а также какие могут проявлять и окислительные, и восстановительные свойства? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:

PbS + HNO₃ S + Pb(NO₃)₂ + NO + H₂O

27. Какие химические реакции относятся к окислительно-восстановительным? Какими признаками это определяется? Чем объясняется их «двойное» название?

Составьте электронно-ионные уравнения и укажите, какой процесс (окисление или восстановление) происходит при следующих превращениях:

а) Mn²⁺ Mn⁺⁶ б) Cl⁺⁵ Cl^- в) N^-3 N⁺⁵

На основании электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении, идущем по схеме:

NaCrO₂ + PbO₂ + NaOH Na₂CrO₄ + Na₂PbO₂ + H₂O