Для складання рівнянь окисно-відновних реакцій, що протікають між заданими реагентами (окисником і відновником) з утворенням продуктів (відновленої форми окисника і окисненої форми відновника), необхідно провести підбір коефіцієнтів.

Для підбору коефіцієнтів використовується два методи

  • Метод електронного балансу;
  • Метод електронно-іонного балансу.

Ці методи засновані на правилах збереження числа атомів кожного елемента в реакції і збереження заряду.

Метод електронного балансу

  1. Записують схему реакції

PbS + H2O2 → PbSO4 + H2O

  1. Знаходять атоми, які змінюють ступінь окиснення при протіканні реакції (виділені червоним)

Pb+IIS-II + H+I2O-I2 → Pb+IIS+VIO-II4 + H+I2O-II

  1. Складають рівняння напівреакцій окиснення і відновлення для цих атомів і підбирають множники для зрівнювання числа відданих і прийнятих електронів

S-II – 8e = S+VI | 8 ← один атом сульфуру віддає 8 електронів

O-I + 1e = O-II | 1 ← один атом оксигену приймає 1 електрон

Щоб окиснити один атом сульфуру S-II до S+VI необхідно 8 атомів оксигену O-I які відновлюються до O-II. На основі зробленого висновку, в лівій і правій частинах рівняння реакції розставляють коефіцієнти так, щоб відношення числа атомів що окиснюються до числа атомів що відновлюються співпало з відношенням множників (S : O = 1 : 8), і підбирають інші коефіцієнти поелементно. Щоб легше було розуміти, які коефіцієнти до яких атомів (молекулам або груп атомів) підставляти, в рівняннях напівреакцій міняють місцями множники:

S-II – 8e = S+VI | 8 | 1 – на один атом сульфуру доводиться

O-I + 1e = O-II | 1 | 8 – вісім атомів оксигену

PbS + 4H2O2 = PbSO4 + 4H2O

Як бачимо, кількість атомів сульфуру до і після реакції дорівнює 1, а кількість атомів оксигену до і після реакції дорівнює 8 – співвідношення окиснених і відновлених атомів відповідає співвідношенню множників. Кількість атомів плюмбуму, гідрогену, які не брали участь в окисно-відновній реакції повинна бути однаковою до і після реакції.

При одночасній зміні ступені окиснення атомів різних елементів однієї речовини, наприклад такого як Fe(S2), і за участю в реакції молекул простої речовини, такої як O2, розрахунок ведуть з урахуванням всієї формульної одиниці:

Fe(S2) + O2 → Fe2O3 + SO2

Fe+II(S-I2) + O-II2 → Fe+III2O-II3 + S+IVO-II2

Fe+II – 1e = Fe+III | 1

2S-I – 10e = 2S+IV = | 10 | 4

Загальна кількість електронів які віддають атоми що окиснюються 1 + 10 = 11 шт.

2O0 + 4e = 2O-II | 4 | 11

4Fe(S)2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2

При підборі коефіцієнтів в рівняннях реакцій дисмутації, або диспропорціонування, при протіканні яких атоми одного елемента і окиснюються і відновлюються, в лівій частині рівняння записують суму множників, що відносяться до цього елементу:

Na2SO3 → Na2S + Na2SO4

S+IV – 2e = S+VI | 2 | 1 | 3

S+IV + 6e = S-II | 6 | 3 | 1

Сума множників: 3 + 1 = 4

4NaSO3 = Na2S + 3Na2SO4

При підборі коефіцієнтів в рівняннях реакцій конмутації, або контрдиспропорціонування, при протіканні яких атоми одного елемента в двох різних ступенях окиснення набувають однакову ступінь окиснення в продуктах реакції, в правій частині рівняння записують суму множників:

HIO3 + HI → I2 + H2O

I+V + 5e = I0 | 1 | 5

I-I – 1e = I0 | 5 | 1

Сума множників: 5 + 1 = 6

HIO3 + 5HI = 3I2 + 3H2O

При підборі коефіцієнтів в рівняннях реакцій внутрішньомолекулярного окиснення-відновлення, при протіканні яких в реагенті атоми одного елемента окиснюються, а атоми іншого елемента відновлюються, розрахунок ведуть на всю формульну одиницю реагенту:

(NH4)2CrO4 → Cr2O3 + N2 + H2O + NH3

(N-IIIH4)2Cr+VIO4 → Cr+III2O3 + N02 + H2O + N-IIIH3

2N-III – 6e = 2N0 | 6 | 2 | 1

Cr+VI + 3e = Cr+III | 3 | 1 | 2

2(NH4)2CrO4 = Cr2O3 + N2 + 5H2O + 2NH3

Метод електронного балансу універсальний і застосовний до всіх окисно-відновних реакцій – між газоподібними, рідкими і твердими речовинами, а також між речовинами в стані водного розчину. Однак молекулярні рівняння не повною мірою відображають іонний характер окиснення і відновлення електролітів у водному розчині і для підбору коефіцієнтів в рівняннях таких реакцій використовується метод електронно-іонного балансу.

Метод електронно-іонного балансу

  1. Записують схему рівняння і встановлюють (подумки) функцію кожного реагенту, наприклад:

H2S + K2Cr2O7 + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + S + K2SO4 + H2O

Калій дихромат K2Cr2O7 – окиснювач, гідроген сульфід H2S – відновник, сульфатна кислота H2SO4 – середовище реакції.

  1. Записують ліву частину рівняння в іонному вигляді, тобто вказують тільки ті іони сильних електролітів і молекули слабких електролітів, які беруть участь в даній окисно-відновної реакції:

H2S + Cr2O72- + H+ =

  1. Складають електронно-іонні рівняння напівреакцій відновлення і окиснення і підбирають множники:

H2S – 2e = S + 2H+ | 2 | 1 | 3

Cr2O72- + 14H+ + 6e = 2Cr3+ + 7H2O | 6 | 3 | 1

  1. Записують повне іонне рівняння з урахуванням правила збереження заряду:

3H2S + Cr2O72- + 8H+ = 3S + 2Cr3+ + 7H2O

  1. Записують молекулярне рівняння даної реакції:

3H2S + K2Cr2O7 + 4H2SO4 = Cr2(SO4)2 + 3S + K2SO4 + 7H2O

Приклади.

FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → MnSO4 + Fe2(SO4)3 + K2SO4 + H2O

Fe2+ + MnO4 + H+ =

Fe2+ – 1e = Fe3+ | 1 | 5

MnO4 + 8H+ + 5e = Mn2+ + 4H2O | 5 | 1

10FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O

При перенесенні коефіцієнтів з іонного рівняння в молекулярне їх необхідно подвоїти, тому що в формульній одиниці продукту – ферум(III) сульфату міститься два атоми феруму.

KClO3 + HCl → KCl + H2O + Cl2

ClO3 + H+ + Cl =

2ClO3 + 12H+ + 10e = Cl2 + H2O | 10 | 5 | 1

2Cl – 2e = Cl2 | 2 | 1 | 5

KClO3 + 6HCl = KCl + 3H2O + 3Cl2

При складанні іонного рівняння слід врахувати утворення молекулярного хлору в результаті реакції конмутації і всі коефіцієнти розділити на 2.

Zn + NaOH + H2O → Na2[Zn(OH)4] + H2

Zn + OH + H2O =

Zn + 4OH – 2e = [Zn(OH)4]2- | 2 | 1

2H2O + 2e = H2 + 2OH | 2 | 1

Zn + 2NaOH + 2H2O = Na2[Zn(OH)4] + H2

Al + HNO3 (розб.) → Al(NO3)3 + NH4NO3 + H2O

Al + H+ + NO3 =

Al – 3e = Al3+ | 3 | 8

NO3 + 10H+ + 8e = NH4+ + 3H2O | 8 | 3

8Al + 30HNO3 = 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9H2O

Розібрати розстановку коефіцієнтів в ОВР, запитати незрозумілі моменти з цієї теми, ви можете у відповідній темі на Форумі Хіміків: Методи розстановки коефіцієнтів в ОВР.