Методи розміщення коефіцієнтів у рівняннях ОВР
Підбір коефіцієнтів в ОВР здійснюється відповідно до правила: кількість електронів, відданих відновником, повинна дорівнювати кількості електронів, отриманих окислювачем. На цьому правилі засновані 2 методи розміщення коефіцієнтів: метод обліку зміни ступенів окислення (метод електронного балансу) та іонно-електронний метод (метод напівреакцій).
1. Розташування коефіцієнтів
методом електронного балансу (МЕБ)
Послідовність дій під час використання МЕБ наступна:
- виділяємо атоми, елементи яких у вихідних речовинах та продуктах реакції змінюють ступінь окислення,
- складаємо електронний баланс приєднання та віддачі електронів, за вихідними речовинами (для ОВР міжмолекулярного гіда), або за кінцевими продуктами (для ОВР внутрішньомолекулярного типу та реакцій диспропорціонування);
- Знаходимо коефіцієнти, які потрібно поставити перед формулами речовин, де атоми змінили ступінь окислення. Для цього спочатку знаходимо найменше загальне кратне для чисел відданих та приєднаних електронів. Відповідні коефіцієнти визначаємо шляхом поділу найменшого загального кратного на ці числа;
- розставляємо знайдені коефіцієнти спочатку перед формулами речовин, в яких атоми змінили ступінь окислення, а потім перед формулами речовин, що залишилися;
- Перевіряємо правильність знаходження коефіцієнтів. Зазвичай це роблять за киснем.
Розглянемо приклади розміщення коефіцієнтів у рівняннях ОВР по МЕБ.
Приклад 1. Розставте коефіцієнти у схемі ОВР:
Кінцеве рівняння цієї реакції:
4FeS2 +11О2 2Fe2O3+8SO2.
Приклад 2. Розставте коефіцієнти у схемі ОВР:
.
Марганець у КМnO4 перебуває у вищому ступені окислення (+7), отже, КМnO4- Окислювач. Продукти його відновлення залежить від кислотності середовища, що можна показати схемою:
.
В даному прикладі реакція йде в кислому середовищі, отже, продукт відновлення калію перманганату – іон Мn 2+ . Відновником буде іон Fe2+, який окислюється до Fe3+:
.
Основними коефіцієнтами рівняння будуть 1 і 5, але в результаті реакції утворюється сіль Fe2(SO4)3, яка містить два іони Fe(III), тому основні коефіцієнти потрібно подвоїти. Підставляємо ці коефіцієнти спочатку в ліву, а потім у праву частину схеми реакція, далі підбираємо інші коефіцієнти:
.
Приклад 3. Розставте коефіцієнти у схемі ОВР:
.
Ця реакція відноситься до реакцій внутрішньомолекулярного окислення-відновлення.
Визначаємо елементи, атоми яких змінили ступінь окиснення. В даному випадку це азот та кисень.
Записуємо електронні рівняння процесів окислення та відновлення:
Основними коефіцієнтами рівняння будуть (1) і (4), але вступає в реакцію сіль Fe(NО3)3, яка містить три атоми N +5 тому основні коефіцієнти потрібно потроїти. Підставляємо ці коефіцієнти (12) та (3) спочатку в ліву частину.
Кінцеве рівняння цієї реакції:
.
Приклад 4. Розставте коефіцієнти у схемах ОВР за участю пероксиду водню.
У молекулі Н2О2 атоми кисню мають ступінь окислення (-1), яка є проміжною між найбільш характерними для кисню значеннями (-2) і (0). Тому пероксид водню у різних умовах може бути як окислювачем, і відновником.
Рівняння відповідних реакцій окислення-відновлення за участю Н2О2 записуємо так:
Н2О2-окислювач
Н2О2-відновник
2. Розташуваннякоефіцієнтів методом напівреакцій
На відміну від методу електронного балансу, у цьому методі розглядаються лише ОВР, які протікають у водних розчинах.
Знаходження коефіцієнтів засноване на додаванні електронно-іонних рівнянь для процесів окислення відновника (одна напівреакція) та процесів відновлення окислювача (друга напівреакція) з подальшим підсумовуванням рівнянь у загальне рівняння. У напівреакціях враховується характер середовища, у якому відбувається та чи інша реакція. Визначимо послідовність дій під час знаходження коефіцієнтів:
1.Складаємо схему процесу.
Для цього після написання схеми реакції в молекулярному вигляді записуємо в іонному вигляді відновник, окислювач та продукти їхньої взаємодії. Сильні електроліти записуємо в іонному вигляді, а слабкі електроліти, опади та гази – у вигляді молекул.
2. Записуємо електронно-іонні рівняння.
Щоб зрівняти число атомів кисню і водню, яке може входити до складу іонів і молекул, що окислюються і відновлюються, необхідно включати в електронно-іонні рівняння молекули води та іони водню, якщо реакція протікає в кислому середовищі, і гідроксид-іони, якщо реакція протікає в лужній середовище. При цьому можливі два варіанти.
I варіант
У вихідних іонах (молекулах) атомів кисню ПРО -2 більше, ніж у отримуваних іонах (молекулах). В даному варіанті «зайві» атоми кисню зв'язуються в кислому середовищі з протонами з утворенням молекул води, а в нейтральному середовищі з молекулами води з утворенням гідроксид-іонів:
О -2 +2Н + = Н20 (кисле середовище)
Про НОН=2ОН – (нейтральне чи лужне середовище).
II варіант
Якщо у вихідних іонах (молекулах) атомів кисню менше, ніж у отримуваних іонах(молекулах), тоді «недостаючі» атоми кисню беруться в нейтральному та кислому середовищах з молекул води, а в лужному середовищі з гідроксид-іонів:
Н2О = О -2 + 2Н + (нейтральне та кисле середовище);
2ОН – = О –2 + Н2О (лужне середовище).
3. Складаємо сумарне іонне рівняння реакції.
Для цього рівняння кожну напівреакцію множимо на такий множник, щоб число електронів у процесі окислення дорівнювало числу електронів у процесі відновлення. Потім складаємо рівняння обох напівреакцій.
4. Складаємо сумарне молекулярне рівняння реакції.
Для цього в лівій частині іонного рівняння підбираємо до кожного аніону катіон, а до кожного катіону відповідний аніон. Потім такі ж іони і в тій послідовності записуємо в правій частині рівняння.
Розглянемо як методом напівреакцій знаходять коефіцієнти при протіканні ОВР у кислому, нейтральному та лужному середовищах. Спочатку – випадок, коли кількість атомів кисню у вихідних речовинах більша, ніж у продуктах реакції (приклад 5), а потім – коли ця кількість менша, приклади 6 та 7.
Приклад 5. Розставте коефіцієнти у схемі ОВР між Na2SО3 та КМnО4 у кислому середовищі:
Тут ступінь окислення змінюється у сірки та марганцю.
Приклад 6. Розставте коефіцієнти у схемі ОВР між Na2SО3 та КМnО4 у нейтральному середовищі:
Приклад 7. Розставте коефіцієнти у схемі ОВР між сульфітом натрію і перманганатом калію в сильно лужному середовищі:
Na2SО3 + КМnО4 + NaOH Na2SО4 + K2МnО4 + Na2МnО4 +H2O.