Метод электронно-ионного баланса

 

(Метод полуреакций)

 

Этот методоснован на составлении частных уравнений для реакций окисления и восстановления с последующим суммированием их в общее уравнение реакции. Формулы, неизменяющихся в результате реакции ионов, в схему не включаются.

Например, для реакции

 

К₂Cr₂ О₇ + FеSО₄ + Н₂SО₄ → Cr₂(SО₄)₃ + Fе₂(SО₄)₃ + К₂SО₄ +Н₂О;

 

Cr₂ О₇ ^2- + Fе²⁺ + Н⁺ → Cr³⁺ + Fе³⁺ + Н₂О.

 

Видно, что в процессе этой реакции ионы Cr₂ О₇ ^2- восстанавли- ваются до ионов Cr³⁺, а ионы Fе²⁺ окисляются до ионов Fе³⁺.

 

Fе²⁺ – е^– = Fе³⁺

восстановленная окисленная

форма форма

(частное уравнение реакции окисления иона восстановителя)

 

Для баланса в частное уравнение реакции восстановления окислителя необходимо добавить 14 моль атомов (ионов) водорода, чтобы связать атомы кислорода в молекулы воды. Для баланса зарядов в левую часть уравнения нужно добавить 6 моль электронов:

 

Cr₂ О₇ ^2- + 14Н⁺ + 6е^– = 2Cr³⁺ + 7Н₂О.

окисленная восстановленная

форма форма

 

Для составления сокращённого ионного уравнения реакции суммируем частные уравнения реакций окисления и восстановления. При этом частные уравнения умножаем на коэффициенты, которые удовлетворяли бы принципу: число отданных восстановителем электронов равно числу принятых окислителем электронов:

 

 

	Fе2+ – е– = Fе3+ Cr2 О7 2- + 14Н+ + 6е– = 2Cr3+

 

Cr₂ О₇ ^2- + 6Fе²⁺ + 14Н⁺ = 2Cr³⁺ + 6Fе³⁺ + 7Н₂О.

 

Дописывая к левой и правой частям уравнения формулы ионов K и SO₄^2-, которые имеются в растворе, и соединяя их с противоионами, получим уравнение реакции в молекулярной форме:

 

2K⁺+Cr₂O₇^2-+6Fe²⁺+3SO₄^2-+14H⁺ + 7 SO₄^2- = 2Cr³⁺+3 SO₄^2-+6Fe³⁺+9 SO₄^2- + 2K⁺ +SO₄^2-

 

K₂Cr₂O₇ + 6Fe SO₄+7H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3Fe₂ (SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O

Достоинства метода полуреакций:

 

• в этом методе учитываются реально существующие ионы (МnО₄^–,

Cr₂O₇^2–, CrO₄^2–, SО₃^2– и др.);

• не нужно знать степень окисления атомов элементов;

• видна роль среды как активного участника процесса;

• не нужно знать все образующиеся вещества, химические формулы

которых появляются при выводе общего уравнения реакции.

ВЛИЯНИЕ СРЕДЫ НА ХАРАКТЕР ПРОТЕКАНИЯ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ

 

Многие окислительно-восстановительные реакции протекают по-разному в зависимости от характера среды (кислотная – избыток ионов Н⁺, нейтральная – Н₂О, щелочная – избыток ионов ОН^–).

Степень восстановления перманганат-иона в КМnО₄ в зависимости от рН среды:

 

Кислотная среда – рН < 7:

SO₃^2– + MnO₄^– → SO₄^2– + Mn²⁺ + …

 

Воспользуемся методом полуреакций:

 

SО32– + Н2О – 2е– = SO42– + 2Н+ МnО4– + 8Н+ + 5е– = Мn+2 + 4Н2О

2

 

5SО₃^2– + 2MnO₄^– + 6H⁺ = 5SО₄^2– + 2Mn²⁺ + 3Н₂O.

 

Если используются сульфит и перманганат калия, то

 

5К₂SO₃ + 2КМnO₄ + 3Н₂SO₄ = 2МnSO₄ + 6К₂SO₄ + 3Н₂O.

Нейтральная среда – рН = 7:

SO₃^2– + MnO₄^– → SO₄^2– + MnO₂ + …

 

SO32– + Н2O – 2е– = SO42– + 2H+ МnО4– + 2Н2O + 3e– = МnО2 + 4ОН–

 

3SО₃^2– + 2MnO₄^– + H₂O = 3SО₄^2– + 2MnO₂ + 2OH^–.

 

Если используются сульфит натрия и перманганат калия, то

 

3Nа₂SО₃ + 2КМnО₄ + Н₂О = 3Nа₂SО₄ + 2МnО₂↓ + 2КОН.

 

Щелочная среда – рН > 7:

 

SO₃^2– + MnO₄^– → SO₄^2– + MnO₄^2– + …

 

SO32– + 2OH– – 2е– = SO42– + H2O МnО4– + e– = МnО42–

 

SО₃^2– + 2MnO₄^– + 2OH^– = SО₄^2– + 2MnO₄^2– + H₂O.

 

Если используются сульфит и перманганат калия, то

 

2КМnО₄ + К₂SО₃ + 2КОН = 2К₂МnО₄ + К₂SО₄ + Н₂О.

 

Восстановление пероксида водорода в зависимости от кислотности среды:

Кислотная среда:

 

 

Fе2+ – e–=Fе3+ Н2О2 + 2Н+ + 2e– = 2H2O

 

 

2Fе²⁺ + Н₂O₂ + 2Н⁺ = 2Fе³⁺ + 2Н₂O

или

2FеSO₄ + Н₂O₂ + Н₂SO₄ = Fе₂(SО₄)₃ + 2Н₂О.

Щелочная среда:

Fе2+ – e–=Fе3+ Н2О2 + 2е– = 2ОН–

 

2Fе²⁺ + Н₂О₂ = 2Fе³⁺ + 2OН^–,

 

но чтобы ионы Fе³⁺ могли полностью прореагировать с ионами ОН^–, необходимо как минимум три иона ОН^–, поэтому умножим уравнение на 3:

 

6Fе²⁺ + 3Н₂О₂ = 6Fе³⁺ + 6OН^–

или

6Fе²⁺ + 3Н₂О₂ = 4Fе³⁺ + 2Fe(OН)₃

 

6FеSO₄ + 3Н₂O₂ = 2Fе₂(SО₄)₃ + 2Fe(OН)₃↓.

 

В реакциях с очень сильным окислителем пероксид водорода – восстановитель:

 

Н2O2 – 2е– = O2 + 2Н+ МnО4– + 8Н+ + 5е– = Мn+2 + 4Н2О

 

5Н₂О₂ + МnО₄^– + 6Н⁺ = 5О₂ + 2Мn⁺² + 8Н₂O.

 

5Н₂O₂ + 2КМnO₄ + 3Н₂SO₄ = 5O₂↑ + 2МnSO₄ + К₂SO₄ + 8Н₂О.