Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций. Метод электронного баланса
Для расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций можно использовать различные методы; наиболее распространенным среди них является метод электронного баланса. Рассмотрим его суть на нескольких примерах.
Пример 3.
Методом электронного баланса подберите коэффициенты в уравнении реакции
KMnO4 + KBr + H2SO4 → MnSO4 + K2SO4 + Br2 + H2O.
1. Определим степень окисления тех атомов, которые изменяют её в процессе реакции, и запишем их значения над символами элементов:
KMn+7O4 + KBr-1 + H2SO4 → Mn+2SO4 + K2SO4 + Br02 + H2O.
2. По изменению степени окисления определим, роль каждого из веществ в данной реакции: степень окисления атомов марганца понизилась от +7 до +2, следовательно, KMnO4 является окислителем.
Степень окисления атомов брома повысилась с -1 до 0, следовательно, бромид калия является восстановителем.
Кроме окислителя и восстановителя в реакции участвует серная кислота. Входящие в ее состав атомы не меняют степени окисления, но она создает кислотную среду, благоприятную для протекания реакции. Часто такое вещество, создающее ту или иную реакцию среды, кратко называют «среда».
3. Запишем уравнения электронного баланса, подбирая множители так, чтобы число суммарное электронов, отданных всеми атомами восстановителя, было равно числу электронов, принятых всеми атомами окислителя:
- 2ē → 5
Mn+7 + 5ē → Mn2+ 2
4. Найденные таким образом коэффициенты подставим в уравнение реакции:
2KMnO4 + 10KBr + H2SO4 → 2MnSO4 + K2SO4 + 5Br2 + H2O.
5. Подберем коэффициенты перед формулами остальных реагентов в следующей последовательности: K2SO4 → H2SO4 → H2O Окончательно получаем:
2KMnO4 + 10KBr + 8H2SO4 → 2MnSO4 + 6K2SO4 + 5Br2 + 8H2O
6. Чтобы убедиться в правильности подбора коэффициентов, подсчитаем число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения. И в левой, и в правой части уравнения находится по 40 атомов кислорода, следовательно, коэффициенты подобраны верно.
Пример 4.
Методом электронного баланса подберите коэффициенты в уравнении реакции
KMnO4 + HCl → MnCl2 + KCl + Cl2 + H2O.
Как и в предыдущем примере, сначала определим степени окисления тех атомов, которые изменяют её в процессе реакции:
KMn+7O4 + HCl-1 → MnCl-12 + KCl-1 + Cl02 + H2O
Окислителем в реакции является KMnO4, а восстановителем – HCl. Однако эта реакция имеет характерную особенность: можно заметить, что не все атомы хлора переходят из степени окисления -1 в степень окисления 0. В правой части уравнения Cl- входит в состав хлоридов марганца и калия. Дело в том, что в этой реакции HCl выполняет роль и восстановителя, и среды одновременно. Будем учитывать это при подборе коэффициентов.
Составим электронный баланс:
- 2ē → 5
Mn+7 + 5ē → Mn2+ 2
Подставим найденные коэффициенты в уравнение реакции. Коэффициент 5 ставим только перед тем веществом, в котором содержатся атомы хлора, поменявшие степень окисления (то есть перед молекулой Cl2):
2KMnO4 + HCl ® 2MnCl2 + 5Cl2 + KCl + H2O
Далее подбираем коэффициенты перед формулами остальных реагентов в следующей последовательности: KCl → HCl → H2O. Окончательно получаем:
2KMnO4 + 16HCl ® 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O
Убеждаемся в правильности подбора коэффициентов, сравнив число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения (по 8 атомов).
Пример 5.
Методом электронного баланса подберите коэффициенты в уравнении реакции
FeS + O2 → Fe2O3 + SO2.
После определения степеней окисления элементов становится очевидна особенность этой реакции: в ней участвует один атом-окислитель (кислород), но два атома-восстановителя – железо и сера:
Fe+2S-2 + O02 → Fe2+3О3-2 + S+4О-22
Атом железа отдает один электрон:
Fe+2 - ē → Fe+3
Атом серы отдает шесть электронов:
S-2 - 6ē → S+4
Для составления электронного баланса оба процесса окисления можно объединить:
FeS - 7ē → Fe+3 + S+4 4
+ 4ē → 7
С учетом найденных коэффициентов получаем:
4FeS + 7O2 → 2Fe2O3 + 4SO2.