Окислительно-восстановительные реакции.

Окислительно-восстановительными называются реакции, сопровождающиеся изменением степени окисления атомов элементов, входящих в состав реагирующих веществ. Под степенью окисления понимают тот условный заряд атома, который вычисляется исходя из предположения, что молекула состоит только из ионов. Окисление и восстановление – это единный, взаимосвязанный процесс. Окисление приводит к повышению степени окисления восстановителя, восстановление к её понижению окислителя

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций можно использовать два способа подбора коэффициентов. 1. Метод электронного баланса позволяет подобрать коэффициенты только перед молекулами окислителя и восстановителя. 2. Метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций) позволяет использовать представление об электролитической диссоциации. Участники процесса записываются в ионно-молекулярной форме. Метод применим, если реакции протекают в водном растворе. Вещества диссоциируют на ионы, реальность существования которых может быть обнаружена в растворе. В этом случае учитывают процесс диссоциации воды Н₂О ↔ Н⁺+ ОН⁻ и используют в качестве компонента реакции молекулы Н₂О и ионы Н⁺ и ОН⁻.

Пример 1. На основании электронно-ионного метода подобрать коэффициенты и вычислить молярную массу эквивалента восстановителя в реакции:

KMnO₄ +Na₂SO₃ +H₂SO₄ → MnSO₄ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Решение. 1. Это уравнение необходимо записать в ионном виде, учитывая, только те ионы, которые изменили свой первоначальный вид

MnO₄⁻ +SO₃²⁻ +2H⁺ → Mn²⁺ + SO₄²⁻ + H₂O

В рассматриваемом примере, анион SO₃²⁻ окисляется в анион SO₄²⁻. Кислород, необходимый для превращения SO₃²⁻ в SO₄²⁻ берется из воды. При этом образуется избыток ионов водорода (Н⁺)

SO₃ ^2−- + H₂O → SO₄²⁻ + 2H⁺

Так как суммы зарядов в левой и правой части уравнения должны равняться друг другу, то из левой части уравнения следует вычесть два электрона. Электронно-ионное уравнение для процесса окисления будет иметь вид

SO₃²⁻ + H₂O - 2ē → SO₄²⁻ + 2H⁺ (1)

Соответственно для процесса восстановления

MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5 ē → Mn²⁺ + 4H₂O. (2)

Ионы водорода нужны для связывания в воду освобождающегося кислорода при переходе иона MnO₄⁻ в ион Mn²⁺ . Умножая члены первого уравнения на 5, второго на 2 и складывая их, получим уравнение данной реакции в ионно-молекулярном виде

5│SO₃²⁻ +H₂O- 2ē →SO₄²⁻+ 2H⁺

2│MnO₄⁻ +8H⁺ + 5 ē → Mn²⁺ + 4H₂O

-------------------------------------------------

5 SO₃^2- +2 MnO₄^- + 6Н⁺ → 5 SO₄^2- + 2 Mn²⁺ + 3H₂O

От которого легко перейти к молекулярному:

2KMnO₄ +5Na₂SO₃ +3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

2. Восстановителем в этой реакции является сульфит натрия, молярную массу эквивалента которого вычислим по формуле: М_Э(Na₂SO₃) = М(Na₂SO₃) / nē (число электронов отданных 1 моль восстановителя). М(Na₂SO₃) = 126 г/моль, отсюда

М_Э(Na₂SO₃) = 126 / 2 = 63 г/моль.

Пример 2. Установить направление возможного протекания реакции:

2NaBr +PbO₂ + 4HNO₃∙∙∙ Pb(NO₃)₂ + Br₂ +2NaNO₃ + 2H₂O.

Решение. Запишем уравнение реакции в ионно-молекулярной форме:

2Br⁻ + PbO₂ + 4H⁺ → Pb²⁺ + Br₂ + 2H₂O.