Присоединение кислорода восстановителем в кислой и нейтральной средах происходит за счет молекул воды, при этом образуются ионы водорода: - Окислительно-восстановительные процессы
Н 2О = О 2- + 2Н+.
В Щелочной среде атомы кислорода можно взять из гидроксид-ионов, при этом образуются молекулы воды:
2ОНЇ = О 2- + Н 2О.
Пример 1. Рассмотрим взаимодействие перманганата калия и иодида калия в кислой среде:
КMnO4 + KI + H2SO4 > MnSO4 + I2 + K2SO4 +H2O.
Чтобы записать уравнение в ионном виде, нужно учесть, Что слабые электролиты, малорастворимые вещества и газы мы записывает в молекулярной форме, только сильные растворимые в воде электролиты можно разбить на ионы:
К+ + MnO4Ї + K+ + I - + 2H+ + SO42- > Mn2+ + SO42- + I2О + 2K+ +SO42- +H2O.
Сократив одинаковые ионы, получим ионную схему реакции:
MnO4Ї + I - + 2H+ > Mn2+ + I2О + H2O.
Очевидно, что перманганат-ионы являются окислителями и восстанавливаются до Mn2+, иодид-ионы являются восстановителями и окисляются до I2О.
Составляем полуреакцию восстановления с учетом того, что исходное вещество содержит в четыре раза больше атомов кислорода, чем продукт реакции, поэтому в левую часть полуреакции добавляем столько ионов водорода, сколько нужно для связывания избыточного кислорода:
MnO4Ї + 8H+ > Mn2+ + 4H2O
Так как суммарный заряд в левой части уравнения должен быть равен (+2), то наш окислитель будет принимать 5 электронов:
MnO4Ї + 8H+ + 5е - > Mn2+ + 4H2O
Полуреакция окисления в данном случае составляется просто:
2I - - 2e - > I2О.
На следующем этапе каждую полуреакцию умножают на такой множитель, чтобы суммарно число принятых окислителем электронов, было равно числу отданных восстановителем. После этого суммируем обе полуреакции и получаем сбалансированное полное ионно-молекулярное уравнение данного процесса:
2I - - 2e - > I2О ¦5
MnO4Ї + 8H+ + 5е - > Mn2+ + 4H2O ¦2
10 I - + 2MnO4Ї + 16H+ > 5I2О + 2Mn2+ + 8H2O
Полученные коэффициенты переносим в основное уравнение, ставим их перед соответствующими веществами:
2КMnO4 +10 KI + 8H2SO4 > 2MnSO4 + 5I2 + K2SO4 + 8H2O
Коэффициент перед сульфатом калия определяем после подсчета всех атомов калия в левой части уравнения: 2 + 10 = 12. Поделив это значение на два (т. к. 1 моль K2SO4 содержит два моля атомов калия) получим коэффициент, равный 6.
2КMnO4 +10 KI + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H2O.
Пример 2. Уравнять реакцию процесса окисления сероводорода хлорной водой, который протекает по схеме:
H2S + Cl2 +H2O > H2SO4 + HСl
Уравнение в ионном виде выглядит так:
H2S + Cl2 +H2O > 2H+ + SO42- + H+ + СlЇ
Так как степень окисления хлора понижается, а степень окисления серы повышается, то хлор проявляет в данном случае окислительные свойства, а сероводород - восстановительные.
Запишем уравнение полуреакции восстановления хлора:
Cl2 + 2е - > 2ClЇ
Составляя уравнение полуреакции окисления, будем исходить из схемы: H2S > SO42-. Отсюда видно, что продукт реакции содержит 4 атома кислорода, которые в кислой среде можно получить из четырех молекул воды. При этом образуются восемь ионов водорода Н+, кроме этого, молекула H2S дает еще два иона Н+; всего в правой части уравнения получается десять ионов Н+:
H2S + 4H2O > 10 H+ + SO42-
Суммарный заряд ионов в правой части уравнения равен (+8), поэтому восстановитель в левой части уравнения должен отдать восемь электронов:
H2S + 4H2O - 8e - > 10 H+ + SO42-
Число отданных электронов в четыре раза больше числа принятых электронов, поэтому при сложении уравнений полуреакций восстановления и окисления, первое уравнение умножаем на 4, а второе - на 1:
Cl2 + 2е - > 2ClЇ ¦4
H2S + 4H2O - 8e - > 10 H+ + SO42- ¦1
4Cl2 + H2S + 4H2O > 8ClЇ + 10 H+ + SO42-
Теперь можно записать окончательное уравнение в молекулярной форме:
4H2S + Cl2 + 4H2O = H2SO4 + 8HСl
Пример 3. Во многих случаях Окислитель (чаще всего кислота) выполняет еще и Функцию солеобразователя. Например, окисление меди азотной кислотой может протекать по следующей схеме:
Cu + HNO3 > Cu(NO3)2 + NO + ...
Запишем уравнение в ионном виде:
CuО + H+ + NO3Ї > Cu2+ + 2(NO3)- + NO + ...
Степени окисления здесь изменяются у атомов меди и азота; восстановителем является медь, окислителем выступают нитрат-ионы азотной кислоты.
CuО - 2е - > Cu2+,
NO3- > NO.
Из последней схемы видно, что исходное вещество-окислитель содержит на два атома кислорода больше, чем продукт восстановления; в кислой среде эти атомы кислорода будут связываться с ионами водорода Н+ и образовывать две молекулы воды:
NO3- + 4Н+ > NO + 2Н 2О
Суммарный заряд частиц в левой части равен (+3). Чтобы заряд обеих частей уравнения был одинаков, необходимо в левую часть добавить три электрона:
NO3- + 4Н+ + 3е - > NO + 2Н 2О
Чтобы уравнять число перемещаемых электронов, перед сложением полуреакций, нужно уравнение процесса окисления умножить на три, а уравнение процесса восстановления - на 2:
CuО - 2e - > Cu2+ ¦3
NO3- + 4Н+ + 3е - > NO + 2Н 2О ¦2
3CuО + 2NO3- + 8Н+ > 3Cu2+ + 2NO + 4Н2О.
В молекулярном уравнении перед молекулой азотной кислоты нужно поставить коэффициент восемь, так как, только две молекулы кислоты идут на процесс окисления меди, а еще шесть молекул азотной кислоты дополнительно расходуются на образование трех молекул соли - нитрата меди:
3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4Н2О.
Пример 4. Рассмотрим случай, когда Восстановитель (чаще всего кислота) Одновременно выполняет функцию солеобразователя, например, при взаимодействии перманганата калия с концентрированной соляной кислотой. Процесс идет по следующей схеме:
KMnO4 + HCl > MnCl2 + Cl2 + ...
В ионно-молекулярном виде:
K+ + MnO4- + H+ + Cl - > Mn2+ + 2Cl - + Cl2 + ...
Восстановителем являются хлорид-ионы: Cl - > Cl2. Естественно, необходимо удвоить число ионов хлора, тогда в сумме восстановителем будет отдано два электрона:
2Cl - - 2e - > Cl2.
В процессе восстановления перманганат-ионы в кислой среде переходят в катионы марганца (II): MnO4- > Mn2+. Четыре атома кислорода в левой части нужно связать с восемью ионами водорода; тогда в правой части уравнения получится четыре молекулы воды:
MnO4Ї + 8H+ > Mn2+ + 4H2O.
Так как суммарный заряд в левой части уравнения должен быть равен (+2), то наш окислитель будет принимать 5 электронов:
MnO4Ї + 8H+ + 5е - > Mn2+ + 4H2O.
Чтобы уравнять числа отданных и принятых электронов, при суммировании необходимо уравнение процесса окисления умножить на 5, а уравнение процесса восстановления - на 2:
2Cl - - 2e - > Cl2 ¦5
MnO4Ї + 8H+ + 5е - > Mn2+ + 4H2O ¦2
10Cl - + 2MnO4Ї + 16H+ > 5Cl2 + 2Mn2+ + 8H2O.
Из суммарного ионно-молекулярного уравнения видно, что из шестнадцати молекул соляной кислоты, только десять молекул окисляются перманганат-ионом, четыре - идут на образование двух молей соли MnCl2, еще образуются восемь молекул воды:
2KMnO4 + 16 HCl > 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O.
Наконец, после уравнивания ионов калия, видно, что в данном случае образуется еще одна соль - хлорид калия:
2KMnO4 + 16 HCl = 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O + 2KCl.
Пример 5. Иногда В состав восстановителя входят два окисляющихся элемента, например, при окислении концентрированной азотной кислотой сульфида мышьяка (III) по схеме:
As2S3 + HNO3 > H3AsO4 + H2SO4 + NO.
В ходе этого процесса окисляются атомы Мышьяка и атомы Серы: степень окисления мышьяка повышается от (+3) до (+5), степень окисления серы повышается от (- 2) до (+6). Причем, одна молекула сульфида мышьяка превращается в два арсенат-иона и три сульфат-иона:
As2S3 > 2AsO43- + 3SO42-
Источником кислорода, необходимого для образования двух арсенат - и трех сульфат-ионов в кислой среде являются молекулы воды (2Ч4 + 3Ч4 = 20 штук), при этом должно высвободиться 40 ионов водорода:
As2S3 + 20Н 2О > 2AsO43- + 3SO42- + 40Н+.
Суммарный заряд частиц в правой части равен (+28), т. е. восстановителем отдано 28 электронов:
As2S3 + 20Н 2О - 28е - > 2AsO43- + 3SO42- + 40 Н+.
При составлении полуреакции восстановления будем исходить из схемы: NO3- > NO. Избыток кислорода в исходном веществе в кислой среде связывается с ионами водорода и образуется две молекулы воды:
NO3- + 4Н+ > NO + 2Н2О.
Суммарный заряд частиц в левой части полуреакции равен (+3), в правой части - 0; чтобы уравнять заряды обеих частей уравнения, необходимо в левую часть добавить три электрона:
NO3- + 4Н+ + 3е - > NO + 2Н2О.
Перед сложением полуреакций окисления и восстановления, нужно уравнение процесса окисления умножить на три, а уравнение процесса восстановления - на 28:
As2S3 + 20Н 2О - 28е - > 2AsO43- + 3SO42- + 40Н+ ¦3
NO3- + 4Н+ + 3е - > NO + 2Н 2О ¦28
3As2S3 + 60Н 2О + 28NO3- + 112Н+ > 6AsO43- + 9SO42- + 120 Н+ + 28NO + 56Н2О.
Теперь необходимо привести подобные слагаемые в обеих частях уравнения:
3As2S3 + 4Н 2О + 28NO3> 6AsO43- + 9SO42- + 8Н+ + 28NO.
Переходим от ионно-молекулярного уравнения к молекулярному уравнению:
3As2S3 + 28HNO3 + 4Н 2О = 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO.
Похожие статьи
-
Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций можно использовать два метода: метод электронного баланса и метод электронно-ионного...
-
Процессы окисления и восстановления - Окислительно-восстановительные процессы
Реакции, которые сопровождаются изменением степеней окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ, называются...
-
Восстановители - Окислительно-восстановительные процессы
1) Простые вещества. Восстановительные свойства могут проявлять все металлы, но к типичным восстановителям относятся Активные металлы ( Щелочные и...
-
Типы окислительно-восстановительных реакций - Окислительно-восстановительные процессы
Различают три типа окислительно-восстановительных реакций. Межмолекулярные реакции - это реакции, которые протекают с изменением степеней окисления...
-
Правила определения степени окисления элемента - Окислительно-восстановительные процессы
Степень окисления - это условный заряд, который приписывается атому При допущении, что все связи в веществе являются Ионными. Известно, что чисто ионной...
-
Окислители - Окислительно-восстановительные процессы
1) Окислители - простые вещества. Окислительные свойства характерны для простых веществ, нейтральные атомы которых способны путем присоединения...
-
Существует три основных типа окислительно-восстановительных реакций: 1. Если окислитель и восстановитель находятся в молекулах различных веществ, то...
-
Окислители и восстановители Все химические реакции можно разделить на два типа: - Реакции, идущие без изменения степени окисления атомов, входящих в...
-
Молекулы, радикалы и ионы - Введение в химию
Молекула - наименьшая частица вещества, определяющая его свойства, способная к самостоятельному существованию. Состоит из одинаковых или разных атомов....
-
В этом методе сравнивают степени окисления атомов в исходных веществах и в продуктах реакции, при этом руководствуемся правилом: число электронов,...
-
Cтандартные потенциалы двух металлов: ЦNi+2/Ni=-0,25 В ЦMn+2/Mn = -1,18 В Сравнение: Ц анод< ц катод => -1,18<-0,25 => ЦNi+2/Ni - Катод ЦMn+2/Mn -...
-
Обзор литературы - Синтез пара-нитродифенила. Теоретические основы нитрования
Нитрование - введение нитрогруппы - NO2 в молекулы органических соединений. Может проходить по электрофильному, нуклеофильному и радикальному механизмам;...
-
Фотоионизация при атмосферном давлении (APPI) стала сейчас важным способом ионизации, потому что она генерирует ионы непосредственно из раствора с...
-
Превращение нейтральных атомов в положительно заряженные ионы определяется значением Энергии ионизации внешних валентных электронов. Чем меньше энергия...
-
Процессы, основанные на микробиологической ферментации, разработаны и для получения ряда других органических кислот. Среди них -- глюконовая кислота и ее...
-
Понятие о реакциях окисления-восстановления - Окислительно-восстановительные процессы
Комплексные цели: студенты должны: знать, что такое степень окисления атома; что называют восстановителем и окислителем; объяснять суть процессов...
-
Протонирование - механизм ионизации, при котором к молекуле присоединяется протон, сообщая ей заряд 1+ на каждый присоединенный протон. Положительные...
-
Теоретические основы масс-спектрометрии Масс-спектрометрия представляет собой метод исследования веществ, основанный на определении массы (точнее,...
-
Реакция окисления углерода - Основы теории окислительной плавки
Основная составляющая шихты при выплавке стали - чугун - содержит в среднем 4%. В готовой стали содержание углерода в большинстве случаев исчисляется...
-
Изменение жиров при хранении - Химия и физика молока
Современные представления о механизме окисления жиров. При неблагоприятных условиях хранения в жирах протекают различные процессы, отрицательно влияющие...
-
ПРОХОЖДЕНИЕ ЧЕРЕЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАРЬЕР - Процесс катализа
Закон Аррениуса - экспериментально установленный факт. Он утверждает, что скорость реакции возрастает с увеличением температуры для преобладающего...
-
История открытия тиосульфата натрия, Строение молекулы и ее влияние на свойства - Тиосульфат натрия
Имя и время открытия тиосульфата натрия нам не известны. Во всяком случае в истории химии об этом не упоминается. Но в конце XVII и в начале XVIII века,...
-
Кислород: история открытия и основные свойства
Кислород - элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8....
-
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ VI ГРУППЫ, Кислород - Химия элементов VI группы
Кислород Биологическая роль кислорода Основной (фактически единственной) функцией кислорода является его участие как окислителя в...
-
ХИМИЯ ЭЛЕМЕНТОВ VI ГРУППЫ, Кислород - Химия элементов VI группы
16-ю группу периодической таблицы химических элементов Д. И. Менделеева составляют Халькогемны (от греч. чблкпт -- медь (в широком смысле), руда (в узком...
-
Вплоть до 1980-х электронная ионизация (EI) была основным способом ионизации для анализа масс. Однако EI ограничивала химиков и биохимиков малыми...
-
КАТАЛИЗ - процесс, заключающийся в изменении скорости химических реакций в присутствии веществ, называемых катализаторами. Катализаторы - вещества,...
-
Фотолиз гибридного соединения QD-L в кислой среде - Свойства нейтральной формы гибридного соединения
Для проверки фотоактивности и возможности управления люминесценцией протонированной формы гибридного соединения при помощи облучения светом с различными...
-
На рис. 20 представлены спектры поглощения растворов КТ и лиганда в хлороформе в присутствии HCl. Оптическая плотность КТ максимальна на длине волны 363...
-
Гальванический элемент. ЭДС гальванического элемента - Основы химии
Рассмотрим простейший гальванический элемент Даниэля - Якоби, состоящий из двух полуэлементов - цинковой и медной пластин, помещенных в растворы...
-
1. Азотная кислота. Чистая азотная кислота HNO--бесцветная жидкость плотностью 1,51 г/см при - 42 °С застывающая в прозрачную кристаллическую массу. На...
-
Химические свойства - Свойства азота
Азот находиться в верхнем правом углу периодической системы, в котором сосредоточены неметаллы с наибольшими сродствами к электронам. Поэтому он должен...
-
Физические свойства - Свойства аминокислот
Аминокислоты -- бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в воде. Многие из них обладают сладким вкусом. Химические свойства: Все...
-
Строение и физико-химические свойства аскорбиновой кислоты - Аскорбиновая кислота
Аскорбиновая кислота (Acidumascorbinicum) - это белые кристаллы с резким кислым вкусом. Молекулярная масса = 176,13. Температура плавления аскорбиновой...
-
Механизм реакции, Растворители - Окисление по Байеру-Виллигеру
В 1948 г. Криге предположил, что реакция Байера-Виллигера протекает по ионному механизму. Первая стадия этого процесса, по-видимому, заключается в...
-
Ионизация газов - Электрический ток в газах
Вышеописанный опыт показывает, что в газах под влиянием высокой температуры появляются заряженные частицы. Они возникают вследствие отщепления от атомов...
-
Полимеризация двуокиси азота. Переработка нитрозных газов в азотную кислоту обычно происходит при температурах от О до 50 °С. В этих условиях двуокись...
-
Свойства азота - Азот, его соединение и свойства. Азот в природе
Всем известно: азот инертен. Часто мы сетуем за это на элемент № 7, что естественно: слишком дорогой ценой приходится расплачиваться за его относительную...
-
Химическая связь - Квантовые концепции в химии
Химия изучает процессы превращения молекул при воздействиях и при воздействии на них внешних факторов (теплоты, света, электрического тока, магнитного...
-
Берцелиус, его ученики и последователи бурно оспаривали правильность работ Дюма. В немецком журнале "Annalen der Chemie und Pharmacie" появилось...
Присоединение кислорода восстановителем в кислой и нейтральной средах происходит за счет молекул воды, при этом образуются ионы водорода: - Окислительно-восстановительные процессы