Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих между заданными реагентами (окислителем и восстановителем) с образованием продуктов (восстановленной формы окислителя и окисленной формы восстановителя), необходимо провести подбор коэффициентов. Для подбора коэффициентов используется два метода

• Метод электронного баланса;

• Метод электронно-ионного баланса.

Эти методы основаны на правилах сохранения числа атомов каждого элемента в реакции и сохранения заряда.

Метод электронного баланса

1. Записывают схему реакции

PbS + H₂O₂ → PbSO₄ + H₂O

2. Находят атомы, которые меняют степень окисления при протекании реакции (выделены красным)

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

3. Составляют уравнения полуреакций окисления и восстановления для этих атомов и подбирают множители для уравнивания числа отданных и принятых электронов

S^-II – 8e^– = S^+VI | 8 ← один атом серы отдает 8 электронов

O^-I + 1e^– = O^-II | 1 ← один атом кислорода принимает 1 электрон

Следовательно, чтобы окислить один атом серы S^-II до S^+VI необходимо 8 атомов кислорода O-I которые восстанавливаются до O^-II. На основе сделанного заключения, в левой и правой частях уравнения реакции расставляют коэффициенты так, чтобы отношение числа окисляющихся атомов к числу восстанавливающихся атомов отвечало отношению множителей (S : O = 1 : 8), и подбирают остальные коэффициенты поэлементно. Чтобы легче было понимать, какие коэффициенты к каким атомам (молекулам или группам атомов) подставлять, в уравнениях полуреакций меняют местами множители:

S^-II – 8e^– = S^+VI | 8 | 1 – на один атом серы приходится

O^-I + 1e^– = O^-II | 1 | 8 – восемь атомов кислорода

PbS + 4H₂O₂ = PbSO₄ + 4H₂O

Как видим, количество атомов серы до и после реакции равно 1, а количество атомов кислорода до и после реакции равно 8 – соотношение окисленных и восстановленных атомов соответствует найденным множителям. Также и количество атомов свинца, водорода, которые не принимали участия в окислительно-восстановительной реакции должно быть одинаковым до и после реакции.

При одновременном изменении степеней окисления атомов разных элементов одного вещества, например такого как Fe(S₂), и при участии в реакции молекул простого вещества, такого как O₂, расчет ведут на всю формульную единицу:

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

Общее количество электронов которые отдают окисляющиеся атомы 1 + 10 = 11 шт.

2O⁰ + 4e^– = 2O^-II | 4 | 11

4Fe(S)₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂

При подборе коэффициентов в уравнениях реакций дисмутации, или диспропорционирования, при протекании которых атомы одного элемента и окисляются и восстанавливаются, в левой части уравнения записывают сумму множителей, относящихся к этому элементу:

Na₂SO₃ → Na₂S + Na₂SO₄

S^+IV – 2e^– = S^+VI | 2 | 1 | 3

S^+IV + 6e^– = S^-II | 6 | 3 | 1

Сумма множителей: 3 + 1 = 4

4NaSO₃ = Na₂S + 3Na₂SO₄

При подборе коэффициентов в уравнениях реакций конмутации, или контрдиспропорционирования, при протекании которых атомы одного элемента в двух разных степенях окисления принимают одинаковую степень окисления в продуктах реакции, в правой части уравнения записывают сумму множителей:

HIO₃ + HI → I₂ + H₂O

I^+V + 5e^– = I⁰ | 1 | 5

I^-I – 1e^– = I⁰ | 5 | 1

Сумма множителей: 5 + 1 = 6

HIO₃ + 5HI = 3I₂ + 3H₂O

При подборе коэффициентов в уравнениях реакций внутримолекулярного окисления-восстановления, при протекании которых в реагенте атомы одного элемента окисляются, а атомы другого элемента восстанавливаются, расчет ведут на всю формульную единицу реагента:

(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 электронного баланса универсальный и применим ко всем окислительно-восстановительным реакциям – между газообразными, жидкими и твердыми веществами, а также между веществами в состоянии водного раствора. Однако молекулярные уравнения не полностью отражают ионный характер окисления и восстановления электролитов в водном растворе и для подбора коэффициентов в уравнениях таких реакций используется метод электронно-ионного баланса.

Метод электронно-ионного баланса

1. Записывают схему уравнения и устанавливают (устно) функцию каждого реагента, например:

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

Здесь дихромат калия K₂Cr₂O₇ – окислитель, сероводород H₂S – восстановитель, серная кислота H₂SO₄ – среда реакции.

2. Затем записывают левую часть уравнения в ионном виде, т.е. указывают только те ионы сильных электролитов и молекулы слабых электролитов, которые принимают участие в данной окислительно-восстановительной реакции:

H₂S + Cr₂O₇^2- + H⁺ =

3. Составляют электронно-ионные уравнения полуреакций восстановления и окисления и подбирают множители:

H₂S – 2e^– = S + 2H⁺ | 2 | 1 | 3

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e^– = 2Cr³⁺ + 7H₂O | 6 | 3 | 1

4. Записывают полное ионное уравнение с учетом правила сохранения заряда:

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

5. Записывают молекулярное уравнение данной реакции:

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

Примеры.

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 переносе коэффициентов из ионного уравнения в молекулярное их необходимо удвоить, т.к. в формульной единице продукта – сульфата железа(III) содержится два атома железа.

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 составлении ионного уравнения следует учесть образование молекулярного хлора в результате реакции конмутации и все коэффициенты разделить 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

---