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
- Записують схему реакції
PbS + H2O2 → PbSO4 + H2O
- Знаходять атоми, які змінюють ступінь окиснення при протіканні реакції (виділені червоним)
Pb+IIS-II + H+I2O-I2 → Pb+IIS+VIO-II4 + H+I2O-II
- 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
- 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.
- 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+ =
- 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
- Записують повне іонне рівняння з урахуванням правила збереження заряду:
3H2S + Cr2O72- + 8H+ = 3S + 2Cr3+ + 7H2O
- 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.