Классификация окислительно-восстановительных реакций, Методы расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций - Характеристика основных видов растворов
Существует три основных типа окислительно-восстановительных реакций:
1. Если окислитель и восстановитель находятся в молекулах различных веществ, то такие окислительно-восстановительные реакции называются межмолекулярными:
H+2SO4 + Zn0 Zn+2SO4 + H20.
- 2. Если окислитель и восстановитель - одно и то же вещество с одинаковой степенью окисления, то это реакции диспропорционирования или самоокисления-самовосстановления. Таким двойственным характером могут обладать неметаллы и сложные вещества с промежуточной степенью окисления атома одного из элементов: 3 Cl20 + 6 NaOH NaCl+5O3 + 5 NaCl - + 3 H2O. 3. Если в молекуле сложного вещества содержатся атомы, один из которых является окислителем, другой - восстановителем, то окислительно-восстановительные реакции с участием такого вещества называются внутримолекулярными:
N-3H4N +3O2 N20+ 2 H2O.
Методы расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций
Используют два метода расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций:
- - метод электронного баланса; - метод электронно-ионного баланса или метод полуреакций (для реакций в растворах или расплавах).
Оба метода подчиняются основным правилам:
- 1) соблюдается закон сохранения массы вещества, т. е. число одних и тех же атомов в исходных веществах и в продуктах реакции одинаково; 2) в любой окислительно-восстановительной реакции число отданных электронов равно числу принятых электронов.
Метод электронного баланса
Метод подбора коэффициентов с помощью электронного баланса складывается из следующих этапов:
А) записывают формулы реагентов и продуктов, а затем находят элементы, которые повышают и понижают свои степени окисления, и выписывают их отдельно:
Mn+2CO3 + KCl+5O3 Mn+4O2 + KCl-1 + CO2
Cl+5 Cl
Mn+2 Mn+4
Б) составляют уравнения восстановления и окисления, соблюдая законы сохранения числа атомов и заряда в каждой реакции:
Процесс восстановления Cl+5 + 6 e = Cl
Процесс окисления Mn+2 2 e = Mn+4
- В) подбирают дополнительные множители для уравнения так, чтобы закон сохранения заряда выполнялся для реакции в целом, для чего число принятых электронов в реакциях восстановления делают равным числу отданных электронов в реакции окисления: Г) проставляют (по найденным множителям) стехиометрические коэффициенты в схему реакции (коэффициент 1 опускается):
- 3 MnCO3 + KClO3 3 MnO2 + KCl + CO2
- 3 MnCO3 + KClO3 = 3 MnO2 + KCl + 3 CO2
Пример 3. Подберите коэффициенты в уравнении реакции взаимодействия концентрированной серной кислоты с цинком: H2SO4 (конц.) + Zn = ZnSO4 + SO2 + H2О.
Решение:
1. Определяем степени окисления атомов элементов, которые их меняют (атом цинка и атом серы):
H2S+6O4 (конц.) + Zn0 Zn+2SO4 + S+4O2 + H2О.
2. Составляем схемы процесса восстановления и процесса окисления:
Т. к. число отданных и присоединенных электронов одинаково, дополнительные коэффициенты не требуются.
- 3. Подбираем окончательные коэффициенты в уравнении (водород и кислород уравниваются последними) : 2 H2SO4 (конц.) + Zn ZnSO4 + SO2 + 2 H2О.
Пример 4. Подберите коэффициенты в уравнении реакции взаимодействия HI с концентрированной серной кислотой: HI + H2SO4 (конц.) = H2S + I2 + H2О.
Решение:
1. Определяем степени окисления атомов элементов, которые их меняют. В данном случае это атом йода и атом серы:
HI-1 + H2S+6O4 (конц.) = H2S-2 + I20 + H2О.
- 2. Составляем схемы процесса восстановления и процесса окисления: 3. Найденные коэффициенты подставляем в уравнение: 8 HI + H2SO4 (конц.) = H2S + 4 I2 + H2О. 4. Подбираем окончательные коэффициенты, сравнивая обе части уравнения 8 HI + H2SO4 (конц.) = H2S + 4 I2 + 4 H2О.
Метод полуреакций
В водных растворах электролитов реакции протекают между ионами и, как правило, с участием среды раствора. Поэтому правильнее записывать процессы передачи электронов с их участием. Метод полуреакций имеет ряд преимуществ по сравнению с методом электронного баланса:
- - реакции пишутся между реально существующими в растворе частицами; - этим методом довольно просто уравнивать сложные реакции, протекающие в растворах; - часть конечных продуктов реакции вытекает при написании полуреакций.
Окисленная и Восстановленная формы окислителя и восстановителя часто отличаются по содержанию кислорода (сравните Cr2O72 и Cr3+). Поэтому при составлении уравнений полуреакций методом электронно-ионного баланса в них включают пары Н+/Н2О (для кислой среды) и ОН/Н2О (для щелочной среды). Если при переходе от одной формы к другой исходная форма (обычно окисленная) теряет свои оксид-ионы (ниже показаны в квадратных скобках), то последние, так как они не существуют в свободном виде, должны быть в кислотной среде соединены с катионами водорода, а в щелочной среде с молекулами воды, что приводит к образованию молекул воды (в кислотной среде) и гидроксид-ионов (в щелочной среде):
Кислотная среда [O2] + 2 H+ = H2O
Щелочная среда [O2] + H2О = 2 ОН
Недостаток оксид-ионов в исходной форме (чаще в восстановленной) по сравнению с конечной формой компенсируется добавлением молекул воды (в кислотной среде) или гидроксид-ионов (в щелочной среде):
Кислотная среда H2O = [O2] + 2H+
Щелочная среда 2 ОН= [O2] + H2О
В нейтральной среде можно пользоваться молекулами H2O и ионами, на которые она диссоциирует: OH - и H+.
Этапы метода подбора коэффициентов с помощью электронно-ионного баланса:
А) записывают формулы реагентов данной окислительно-восстановительной реакции
K2Cr2O7 + H2S + H2SO4 Cr2(SO4)3 + S+ K2SO4
И устанавливают химическую функцию каждого из них (здесь K2Cr2O7 окислитель, H2S восстановитель, H2SO4 кислотная среда реакции);
Б) определяют степени окисления атомов элементов, изменяющихся в процессе реакции:
K2Cr2+6O7 + H2S-2 + H2SO4 Cr2+3(SO4)3 + S0+ K2SO4
В) составляют полуреакции, учитывая состав ионов, содержащих нужные атомы элементов, среду и количество электронов:
Полуреакция восстановления:
Cr2O72 + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O
Полуреакция окисления:
H2S 2 e = S(т) + 2H+
Г) выравнивают число отданных и присоединенных электронов, используя наименьшее общее кратное их чисел:
Полуреакция восстановления: |
Cr2O72 + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O |
1 |
Полуреакция окисления: |
H2S 2 e = S(т) + 2H+ |
3 |
Д) составляют суммарное уравнения полуреакций, с учетом рассчитанных коэффициентов, выравнивают число атомов элементов и зарядов справа и слева:
Cr2O72 + 14 H+ + 3 H2S = 2 Cr3+ + 7 H2O + 3 S(т) + 6 H+
Cr2O72 + 8 H+ + 3 H2S = 2 Cr3+ + 7 H2O + 3 S(т)
Е) на основе ионного уравнения составляют молекулярное уравнение данной реакции, т. е. дополняют запись (а), причем формулы катионов и анионов, отсутствующие в ионном уравнении, группируют в формулы дополнительных продуктов (K2SO4 и H2O):
K2Cr2O7 + 4H2SO4 + 3H2S = Cr2(SO4)3 + 7H2O + 3S(т) + K2SO4
Ж) проводят проверку подобранных коэффициентов по числу атомов элементов в левой и правой частях уравнения.
Пример 5. Закончите уравнение и подберите коэффициенты методом электронно-ионного баланса для реакции:
KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4 MnSO4 + Na2SO4 + .
Решение: а) определите степени окисления атомов элементов, которые меняются в процессе реакции.
KMn+7O4 + Na2S+4O3 + H2SO4 Mn+2SO4 + Na2S+6O4 +
- Б) составьте полуреакции окисления и восстановления с учетом электронного баланса: В) составьте суммарное уравнение:
- 2 MnO4 + 5 SO32 + 6 H+ = 2 Mn2+ + 5 SO42 + 3 H2O
- 2 KMnO4 + 5 Na2SO3 + 3 H2SO4 2 MnSO4 + 5 Na2SO4 + К2SO4 + 3 H2O.
Пример 6. Закончите уравнение и подберите коэффициенты методом электронно-ионного баланса для реакции:
KMnO4 + Na2SO3 + КОН K2MnO4 + Na2SO4 + .
Решение:
А) Определите степени окисления атомов элементов, которые меняются в процессе реакции:
KMn+7O4 + Na2S+4O3 + КОН K2Mn+6O4 + Na2S+6O4 +
- Б) составьте полуреакции окисления и восстановления с учетом электронного баланса: В) составьте суммарное уравнение:
- 2 MnO4 + SO32 + 2 OH = 2 MnO42 + SO42 + H2O
- 2 KMnO4 + Na2SO3 + 2 KOH = 2 K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
Пример 7. Закончите уравнение и подберите коэффициенты методом электронно-ионного баланса для реакции:
KMnO4 + Na2SO3 + H2О MnO2 + Na2SO4 + .
А) Определите степени окисления атомов элементов, которые меняются в процессе реакции:
KMn+7O4 + Na2S+4O3 + H2О Mn+4O2 + Na2S+6O4 +
Б) составьте полуреакции окисления и восстановления с учетом электронного баланса:
MnO4 + 2 H2О + 3 e |
= |
MnO2 + 2 OH |
2 |
Полуреакция восстановления |
SO32 + 2 OH 2 e |
= |
SO42 + H2О |
3 |
Полуреакция окисления |
- В) составьте суммарное уравнение:
- 2 MnO4 + 4 H2О + 3 SO32 + 6 ОН= 2 MnO2 + 8 ОН + 3 SO42 + 3 H2О 2 MnO4 + H2О + 3 SO32 = 2 MnO2 + 3 SO42 + 2 ОН
- 2 KMnO4 + Na2SO3 + H2O = 2 MnO2 + 3 Na2SO4 + 2 KOH
Таким образом, если перманганат-ион используется в качестве окислителя, то в зависимости от среды раствора уравнение полуреакции восстановления будет выглядеть:
В кислотной среде: |
MnO4+ 8 H+ + 5 e Mn2+ + 4 H2O |
В щелочной среде: |
MnO4 + 1 e MnO42 |
В нейтральной среде: |
MnO4 + 2 H2О + 3 e MnО2(т) + 4 ОН. |
Похожие статьи
-
В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции, при этом руководствуемся правилом: число электронов,...
-
Окислители и восстановители Все химические реакции можно разделить на два типа: - Реакции, идущие без изменения степени окисления атомов, входящих в...
-
ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ - Характеристика основных видов растворов
Гидролизом называется обменная реакция между веществом и водой. При гидролизе обычно происходит изменение реакции среды. Если гидролиз не сопровождается...
-
Технологический процесс изготовле-ния бумаги (картона) включает следующие основные операции: Аккумулирование бумажной массы; разбавление ее водой до...
-
Провести комплексное исследование численных методов для задачи решения нелинейных уравнений. 1. Решить нелинейные уравнения А) ; Б) ; В) . 2....
-
Основные понятия теории экономико-математического моделирования Кибернетический подход к исследованию экономико-математических систем Обычно...
-
Основные методы экономическо-математического прогнозирования Кратко рассмотрим различные методы прогнозирования (предсказания, экстраполяции),...
-
Особенности эконометрического метода Эконометрическая модель -- основное понятие эконометрии, экономико-математическая модель, параметры которой...
-
Химическая связь - это взаимное сцепление атомов в молекуле и кристаллической решетке в результате действия между атомами электрических сил притяжения....
-
ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКАЯ ДИССОЦИАЦИЯ - Характеристика основных видов растворов
Все вещества по способности в растворе или в расплавленном состоянии проводить электрический ток можно подразделить на две группы: электролиты и...
-
Пример 1 Далеко не во всех случаях цепь представляет собой совокупность лишь последовательно и параллельно соединенных ветвей. В качестве примера...
-
ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ ХИМИИ, Очерк исторического развития химии - Этапы становления химии
Очерк исторического развития химии Уже в XVIII веке начала формироваться так называемая минеральная химия. Сейчас этот раздел химии мы называем...
-
Элементы матричного анализа - Методы решения системы линейных уравнений
Вектором, как на плоскости, так и в пространстве, называется направленный Отрезок , то есть такой Отрезок , один из концов которого выделен и называется...
-
Системы линейных уравнений - Методы решения системы линейных уравнений
Системой m линейных уравнений с n неизвестными называется система вида Где aIj и bI (i=1,...,m; b=1,...,n) - некоторые известные числа, а x1,...,xN -...
-
В основе метода площадей лежит предположение, что объект может быть описан линейным дифференциальным уравнением с постоянными коэффициентами, а его...
-
Составляется матрица численных значений базисных функций, соответствующая расширенной матрице спектра плана Вычисляется информационная матрица...
-
РЕШЕНИЕ ЗАДАЧИ О КОММИВОЯЖЕРЕ МЕТОДОМ ВЕТВЕЙ И ГРАНИЦ: ОСНОВНАЯ СХЕМА - Задача коммивояжера
Пусть - конечное множество и - вещественно-значная функция на нем; требуется найти минимум этой функции и элемент множества, на котором этот минимум...
-
ВОДОРОДНЫЙ ПОКАЗАТЕЛЬ (рН) - Характеристика основных видов растворов
Вода - очень слабый электролит, поэтому в незначительной степени диссоциирует на ионы: H2O H+ + OH-. Константа диссоциации воды равна: Kд. = [H+][OH-] /...
-
СЛАБЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ - Характеристика основных видов растворов
При растворении в воде слабого электролита устанавливается динамическое равновесие между недиссоциированными молекулами и продуктами их диссоциации -...
-
Способы защиты полимеров от огня: А) обработка, пропитка полимера неорганической солью - инертный способ, соль не гасит огонь, а лишь препятствует его...
-
Реакции ионного обмена - это реакции между ионами, образовавшимися в результате диссоциации электролитов. Правила составления ионных уравнений реакций 1....
-
Конденсационные методы получения коллоидных систем - Методы очистки и получения коллоидных растворов
Из классификации дисперсных систем по размеру частиц следует, что коллоидные растворы (золи) занимают промежуточное положе-ние между молекулярными и...
-
Методы наименьших квадратов - Системы эконометрических уравнений, их применение в эконометрике
Как уже отмечалось, разработана масса методов эвристического анализа систем эконометрических уравнений. Они предназначены для решения тех или иных...
-
Полимеризация - это процесс получения ВМС, при котором молекула полимера образуется путем последовательного присоединения молекул мономера...
-
NаСl + NН4НСО3 NаНСО3 + NН4Сl Равновесие которой почти нацело смещено вправо (вследствии очень малой растворимости NаНСО3 в растворе NН4Сl)....
-
СИЛЬНЫЕ ЭЛЕКТРОЛИТЫ - Характеристика основных видов растворов
В водных растворах сильные электролиты полностью диссоциированы, поэтому даже при малых концентрациях растворов энергия электростатического...
-
Для определения тесноты связи при числе показателей, большем двух используется коэффициент конкордации: , Где - количество факторов (показателей); -...
-
Важнейшей характеристикой раствора является его состав. Содержание растворенного вещества в растворе может быть выражено безразмерными единицами (долями...
-
Для прогнозирования банкротства, некоторые исследователи создают модели, основанные на использовании искусственных нейронных сетей. Как правило,...
-
КОНТАКТНЫЙ МЕТОД ПОЛУЧЕНИЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ. - Получение серной кислоты
Рассмотрим процесс получения серной кислоты контактным методом из двух видов сырья: серного (железного) колчедана и серы. Получение H2SO4 из колчедана....
-
СЫРЬЕ ДЛЯ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ И МЕТОДЫ ЕЕ ПОЛУЧЕНИЯ. - Получение серной кислоты
Исходными реагентами для получения серной кислоты могут быть элементная сера и серосодержащие соединения, из которых можно получить либо серу, либо...
-
Пластичными массами называют материалы, полученные на основе полимеров, содержащие различные добавки и способные под влиянием температуры и давления,...
-
Введение - Методы экономико-математического моделирования
Экономико-математическое моделирование является неотъемлемой частью любого исследования в области экономики. Бурное развитие математического анализа,...
-
К числу таких реакций относятся взаимодействия солей двухвалентных катионов (кроме Ca2+, Sr2+, Ba2+) с водными растворами карбонатов натрия или калия,...
-
Составление химических уравнений, Расчеты по химическим уравнениям - Основные понятия и законы химии
Включает три этапа: 1. Запись формул веществ, вступивших в реакцию (слева) и продуктов реакции (справа), соединив их по смыслу знаками "+" и "®" : HgO ®...
-
Модель Лефевра-Николиса описывает колебательные процессы в следующей цепочке химических реакций: Предполагается, что концентрации веществ A, B, D, E...
-
Диспергированием называют тонкое измельчение твердых мате-риалов или жидкостей и распределение их частиц в жидкой или газообразной среде, в результате...
-
Процессы окисления. - Методы очистки и получения коллоидных растворов
Наряду с серой в реакциях окисления обычно образуются политио-новые кислоты, главным образом пентатионовая кислота H2S5O6 Реакции двойного обмена....
-
Межотраслевой баланс в прогнозировании Развития экономики Экономика стран на современном этапе представляет собой сложный многоотраслевой комплекс с...
-
Основные условия проведения реакции иода с тиосульфатом. - Йодометрия
Заключительным этапом многих йодометрических определе-ний является реакция титрования иода тиосульфатом натрия. Йодометрические титрования выполняют на...
Классификация окислительно-восстановительных реакций, Методы расстановки коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций - Характеристика основных видов растворов