Пример решения задания 1. Подберите коэффициенты в следующих реакциях ионно-электронным методом

Подберите коэффициенты в следующих реакциях ионно-электронным методом. Укажите окислитель и восстановитель, определите направление реакции и вычислите э.д.с.

Решение:

Для подбора коэффициентов к уравнениям ОВР этим методомрекомендуется следующая последовательность действий.

1). Представим схему реакции в ионно-молекулярном виде, записывая в виде ионов только сильные и хорошо растворимые электролиты.

КМnО₄ +Н₂С₂О₄ +H₂SO₄ → МnSО₄+ СО₂ + K₂SO₄ +Н₂О

K⁺+ МnО₄^-+H₂C₂O₄ +2H⁺+SO₄^2-→Мn²⁺+ SO₄^2-+СО₂ +2K⁺+SO₄^2- + H₂O

2). В ионно-молекулярном уравнении ОВР, выделим молекулы и ионы, в которых происходит изменение степеней окисления элементов:

3). Составим материальный баланс для всех элементов в схемах превращений.

Реакция идет в водном растворе в кислой среде, поэтому атомы кислорода и водорода уравниваются молекулами воды (где имеется недоствток атомов кислорода) и ионами водорода противоположным стороне реакции.

В схеме (а) сначала уравниваются атомы углерода , а затем атома водорода

В схеме (б) в левой части имеется 4 атома кислорода, а в левой их нет. Поэтому, в правую часть схемы добавляем 4 молекулы воды, а в левую 8 ионов водорода МпО₄^- +8H⁺ →Мп²⁺ +4Н₂О.

4). Составим баланс по зарядам. В схеме (а) подсчитаем суммарные заряды частиц в левой и правой частях схемы и уравняем их путем вычитания определённого числа электронов. В схеме (а) суммарный заряд частиц в левой частиравен нулю, в правой - плюс двум. Равенство зарядов будет наблюдаться в том случае, еслииз левой части схемы убрать два электрона:

Н₂С₂О₄ –2e^-→2СО₂ +2Н⁺ (процесс окисления).

восстановитель

В схеме (б) МпО₄^- +8H⁺ → Мп²⁺ +4Н₂О подсчитываем суммарные зарядычастиц в левой и правой частях схемы.

Суммарный заряд частиц в левой части равен (+7), а в правой (+2). Равенство зарядов будет соблюдаться в том случае, еслик левой части уравнения прибавить пять электронов:

МпО₄^- +8H⁺ +5ē → Mп²⁺ +4H₂O (процесс восстановления).

окислитель

5). Уравняем число отданных ипринятых электронов,найдя наименьшее общее кратное соответствующихчисел имножители к ним. В рассматриваемом примере наименьшее общее кратное для чисел 2 и 5 равно 10. Поэтому для процесса окисления дополнительным множителем будет 5, а для процесса восстановления - дополнительный множитель 2.

6). С учётомэтих множителей произведём суммирование левых и правых частей полученныхуравнений:

5 | Н₂С₂О₄-2 ē →2CO₂ + 2Н⁺

2 | МпО₄^- + 8H⁺ + 5 ē →Мп²⁺ +4H₂O

5Н₂С₂О₄+ 2МпО₄^- + 16H⁺ →10CО₂ +10Н⁺ +2Мn²⁺ +8H₂O

После приведения подобных членов получим сокращённое ионно-молекулярное уравнение рассматриваемой реакции.

5Н₂С₂О₄ +2МпО₄^- +6Н⁺ →10CО₂ +2Мп²⁺+8H₂O

Коэффициенты этого уравнения соответствуют коэффициентам молекулярного уравнения:

5 Н₂С₂О₄ +2KМпО₄ +3H₂SO₄=10СО₂ + 2МпSО₄ +K₂SO₄ +8H₂O

Проверка правильности подобранных коэффициентов производится по равенству числа атомов всех элементов в обеих частях уравнения.

э.д.с. = ∆φ = φ_окс – φ_восс = 1,51-(-0,49) = 2 В; ∆φ > 0, следовательно реакция идёт в прямом направлении.

Если реакция протекает в щелочной среде, то для составления материального баланса используются частицы ОН^- и Н₂О.

В ту часть схемы, в которой не хватает атомов кислорода, добавляют удвоенное число ОН^- - групп. В противоположную часть схемы записывают молекулы воды, число которых равно половине количества ОН^- - ионов.

Например (процесс окисления)