Межмолекулярные окислительно-восстановительные реакции

Окислитель и восстановитель находятся в разных веществах; обмен электронами в этих реакциях происходит между различными атомами или молекулами:

 

S⁰ + O₂⁰ = S⁺⁴O₂^-2

S – восстановитель; О₂ – окислитель

 

Си⁺²О + С⁺²О = Си⁰ + С⁺⁴О₂

СО – восстановитель; СиО – окислитель

 

Zn⁰ + 2HCl = Zn⁺²Cl₂ + H₂⁰

Zn – восстановитель; HCl – окислитель

 

Mn⁺⁴O₂ + 2KI^-1 + 2H₂SO₄ = I₂⁰ + K₂SO₄ + Mn⁺²SO₄ + 2H₂O

KI – восстановитель; MnO₂ – окислитель.

 

Сюда же относятся реакции между веществами, в которых атомы одного и того же элемента имеют разные степени окисления.

 

2H₂S^-2 + H₂S⁺⁴O₃ = 3S⁰ + 3H₂O

 

Внутримолекулярные окислительно-восстановительные реакции

 

Во внутримолекулярных реакциях окислитель и восстановитель находятся в одной и той же молекуле. Внутримолекулярные реакции протекают, как правило, при термическом разложении веществ, содержащих окислитель и восстановитель.

 

2KCl⁺⁵O₃^-2 = 2KCl^-1 + 3O₂⁰

Cl⁺⁵ – окислитель; O^-2 – восстановитель

 

N^-3H₄N⁺⁵O₃ – ^t N₂⁺¹O + 2H₂O

N⁺⁵ – окислитель; N^-3 – восстановитель

 

2Pb(N⁺⁵O₃^-2)₂ = 2PbO + 4N⁺⁴O₂ + O₂⁰

N⁺⁵ – окислитель; О^-2 – восстановитель

 

 

Опыт. Разложение дихромата аммония

(N^-3H₄)₂Cr₂⁺⁶O₇ – ^t Cr₂⁺³O₃ + N₂⁰ + 4H₂O

Cr⁺⁶ – окислитель; N^-3 – восстановитель.

 

Диспропорционирование – окислительно-восстановительная реакция, в которой один элемент одновременно повышает и понижает степень окисления.

 

Cl₂⁰ + 2KOH = KCl⁺¹O + KCl^-1 + H₂О

3K₂Mn⁺⁶ O₄ + 2H₂О = 2KMn⁺⁷O₄ + Mn⁺⁴O₂ + 4KOH

3HN⁺³O₂ = HN⁺⁵O₃ + 2N⁺²O + H₂O

2N⁺⁴O₂ + 2KOH = KN⁺⁵O₃ + KN⁺³O₂ + H₂O

 

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

 

А Электронный баланс – метод нахождения коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций, в котором рассматривается обмен электронами между атомами элементов, изменяющих свою степень окисления. Число электронов, отданное восстановителем равно числу электронов, получаемых окислителем.

 

Уравнение составляется в несколько стадий:

 

1. Записывают схему реакции.

 

KMnO₄ + HCl = KCl + MnC;₂ + Cl₂ + H₂O

 

2. Проставляют степени окисления над знаками элементов, которые меняются.

 

KMn⁺⁷O₄ + HCl^-1 = KCl + Mn⁺²Cl₂ + Cl₂⁰ + H₂O

 

3. Выделяют элементы, изменяющие степени окисления и определяют число электронов, приобретенным окислителем и отдаваемых восстановителем.

 

Mn⁺⁷ + 5ç Mn⁺²

2Cl^-1 - 2ç Cl₂⁰

 

4. Уравнивают число приобретенных и отдаваемых электронов, устанавливая тем самым коэффициенты для соединений, в которых присутствуют элементы, изменяющие степень окисления.

Mn+7 + 5ç Mn+2 2Cl- - 2ç Cl20

_________________________________

2Mn⁺⁷ + 10Cl^-1 = 2Mn⁺² + 5Cl₂⁰

 

5. Подбирают коэффициенты для всех остальных участников реакции.

2KMn⁺⁷O₄ + 16HCl^-1 = 2KCl + 2Mn⁺²Cl₂ + 5Cl₂⁰ + 8H₂O

 

В Электронно-ионный баланс (метод полуреакций) метод нахождения коэффициентов, в котором рассматривается обмен электронами между ионами в растворе с учетом характера среды:

 

2Cl1- - 2ç Cl20 MnO41- + 8H++ 5çMn2+ + 4H2O

7+ 2+

________________________________________

10Cl^- + 2MnO₄^1- + 16H⁺ = 5Cl₂⁰ + 2Mn⁺² + 8H₂O

(для уравнивания ионной полуреакции используют Н⁺, ОН^- или воду)

 

Типичные реакции окисления-восстановления

 

Реакции с участием перманганата калия в качестве окислителя

 

При взаимодействии перманганата калия с восстановителем образуются различные продукты восстановления в зависимости от рН среды.

 

Реакции в кислой среде.

 

5K₂S⁺⁴O₃ + 2KMn⁺⁷O₄ + 3H₂SO₄ = 6k₂S⁺⁶O₄ + 2Mn⁺²SO₄ + 3H₂О

 

электронный баланс

Mn+7 + 5ç Mn+2 S+4 - 2ç S+6

Метод полуреакций

MnO4- + 8H+ + 5ç Mn+2 4H2O SO32- + H2O - 2ç SO42- + 2H+

___________________________________________________________

2MnO₄^- + 16H⁺ + 5SO₃^2- + 5H₂О = 2Mn²⁺ + 8H₂О + 5SO₄^2- + 10H⁺

или 2MnO₄^- + 6H⁺ + 5SO₃^2- = 2Mn²⁺+ 3H₂О + 5SO₄^2-

 

Фиолетовый раствор KMnO₄ обесцвечивается при добавлении раствора K₂SO₃.

 

Реакции в нейтральной среде.

 

3K₂S⁺⁴O₃ + 2KMn⁺⁷O₄ + H₂О = 3K₂S⁺⁶O₄ + 2Mn⁺⁴O₂ + 2KOH

 

электронный баланс

S+4 - 2ç S+6 Mn+7 + 3ç Mn+4

Метод полуреакций:

MnO41- + 2H2О + 3ç MnO2 + 4OH- SO32- + 2OH- - 2ç SO42- + H2О

________________________________________________________________

2MnO₄^- + 4H₂О +3SO₃^2- + 6OH^- = 2MnO₂ + 8OH^- + 3SO₄^2- + 3H₂O

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

 

Фиолетовый раствор KMnO₄ после окончания реакции обесцвечивается и наблюдается выпадение бурого осадка.

 

Реакции в щелочной среде.

 

K₂S⁺⁴O₃ + 2KMn⁺⁷O₄ + 2KOH = K₂S⁺⁶O₄ + 2K₂Mn⁺⁶O₄ + H₂O

 

Электронный баланс

S+4 - 2ç S+6 Mn+7 + 1ç Mn+6

 

Метод полуреакций:

SO32- + 2OH- - 2ç SO42- H2O MnO41- + ç MnO42-

_________________________________________

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

Фиолетовый раствор KMnO₄ превращается в зеленоватый раствор K₂MnO₄.

Таким образом,

 

Реакции с дихроматом калия в качестве окислителя

 

Степень окисления хрома понижается с +6 до +3. Наблюдается изменение окраски реакционной массы с желто-оранжевого цвета до зеленого или фиолетового.

 

1)

K₂Cr₂⁺⁶O₇ + 3H₂S^-2 + 4H₂SO₄ = K₂SO₄ + Cr₂⁺³(SO₄)₃ + 3S⁰ + 7H₂O

 

электронный баланс

2Cr+6 + 6ç 2Cr+3 S-2 – 2ç S0

метод полуреакций:

Cr2O72- + 14H+ + 6ç 2Cr3+ 7H2O H2S0 - 2ç S0 + 2H+

______________________________________

Cr₂O₇^2- + 8H⁺ + 3H₂S = 2Cr³⁺ + 7H₂O + 3S⁰

 

2)

K₂Cr₂⁺⁶O₇ + 6Fe⁺²SO₄ + 7H₂SO₄ = 3Fe₂⁺³(SO₄)₃ + K₂SO₄ + Cr₂⁺³(SO₄)₃ + 7H₂O

электронный баланс

2Сr+6 + 6ç 2Cr+3 Fe+2 - ç Fe+3

метод полуреакций:

Cr2O72- + 14H+ + 6ç 2Cr3+ + 7H2O Fe2+ - ç Fe3+

_______________________________

6Fe²⁺ + Cr₂O₇^2- + 14H⁺ = 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O

 

3)

K₂Cr₂⁺⁶ O₇ + 14HCl^- = 3Cl₂⁰ + 2KCl + 2Cr⁺³Cl₃ + 7H₂O

 

электронный баланс:

2Cr+6 + 6ç 2Cr+3 2Cl-1 - 2ç Cl20

метод полуреакций:

Cr2O72- + 14H+ + 6ç 2Cr3+ 7H2O 2Cl- - 2ç Cl20

_______________________________________

Cr₂O₇^2- + 6Cl^- + 14H⁺ = 2Cr³⁺ + 3Cl₂⁰ + 7H₂O