Главная Обратная связь

Дисциплины:

Архитектура (936)
Биология (6393)
География (744)
История (25)
Компьютеры (1497)
Кулинария (2184)
Культура (3938)
Литература (5778)
Математика (5918)
Медицина (9278)
Механика (2776)
Образование (13883)
Политика (26404)
Правоведение (321)
Психология (56518)
Религия (1833)
Социология (23400)
Спорт (2350)
Строительство (17942)
Технология (5741)
Транспорт (14634)
Физика (1043)
Философия (440)
Финансы (17336)
Химия (4931)
Экология (6055)
Экономика (9200)
Электроника (7621)






ОВР, протекающие в кислой среде



Каждая освобождающаяся частица кислорода связывается с двумя ионами водорода с образованием одной молекулы воды: [О2] + 2 Н+ = Н2О. Каждая недостающая частица кислорода берется из молекулы воды, при этом освобождается два иона водорода: Н2О - [О2] = 2 H+

Последовательность действий при составлении уравнений реакции следующая:

1. Записывают схему реакции в молекулярной форме, например:

KMnO4 + H2C2O4 + H2SO4 → MnSO4 + CO2 + K2SO4 + H2O

2. Записывают схему реакции в ионной форме:

K+ + MnO4 + 2H+ + C2O42- + 2H+ + SO42- → Mn2+ + SO42- + CO2 +2K+ + SO42- + H2O

Сокращаем те ионы, которые не претерпели изменения в результате реакции.

3. Составляют краткое ионное уравнение ОВР и подчеркивают ионы, которые изменились по зарядности или составу:

MnO4 + 2H+ + C2О4 2-Mn2+ + 2+ H2O

4. Записывают схему процессов окисления и восстановления в виде так называемых полуреакций а) MnO4 → Mn2+ восстановление;

б) C2O42– → CO2 окисление.

5. Составляют качественный и количественный баланс для атомов элементов, а также баланс по зарядам ионов, молекул для полуреакций «а» и «б».

Качественный баланс предусматривает, чтобы в правой и левой частях уравнений «а» и «б» присутствовали одни и те же элементы. Количественный баланс требует равенства числа атомов каждого элемента в правой и левой частях.

Качественный и количественный баланс обеспечивается разными способами в различных средах.

В процессе восстановления в левой части полуреакции «а» - четыре атома кислорода, для их связывания нужно написать в левую часть 8 H+ и получить 4 молекулы воды в правой части уравнения «а» (т. е. на каждый избыточный атом кислорода вводится в левую часть удвоенное число катионов водорода, а в правую вводится соответствующее число молекул воды (в два раза меньше, чем число ионов водорода):

а) MnO4 + 8 H+ → Mn2+ + 4H2O;

б) C2O42‾ → 2CO2;

для полуреакции «б» качественный и количественный баланс обеспечивают коэффициентом в правой части уравнения. Если окислительно-восстановительные реакции протекают в присутствии молекулы кислоты и при составлении материального баланса наблюдается недостаток атомов кислорода в одной из частей баланса, то в эту часть записывают столько молекул воды, сколько не хватает атомов кислорода, а в противоположную часть записывают удвоенное число катионов водорода на каждый избыточный атом кислорода.



6. Далее осуществляют баланс по зарядам ионов и молекулам складывая все заряды левой части и правой части уравнения. В нашем примере заряд левой части равен +7, а правой части двум. Далее, чтобы уравнять заряды прибавляют в левую часть 5ē электронов, и стрелку заменяем на знак равенства.

В полуреакции «б» заряд левой части обусловливается зарядом иона и равен –2, а правой части – 0, т.к. нейтральные молекулы электронейтральны, и чтобы заряд левой части был равен нулю, отнимают 2 электрона

MnO4- + 8H+ + 5ē = Mn2+ + 4H2O 5 10 2
суммарный заряд до превращения суммарный заряд после превращения число переданных электронов
[-1+8(+1)]=+7 [+2+4•0]=+2 n1 =+7-2=+5
C2O42- - 2ē = 2CO2 2 5
заряд до превращения равен -2 заряд после число переданных превращения электронов 2•0=0 n2 =–2 – 0 =–2

Так как число принятых окислителем электронов и отданных восстановителем должно быть одинаковым, то для чисел 2 и 5 находим наименьшее общее кратное, оно равно 10, затем находим коэффициенты для полуреакций «а» и «б». Для молекул и ионов уравнения «а» множитель равен 2, в уравнении «б» множитель равен 5.

7. Каждую частицу полуреакции окисления-восстановления умножаем на найденные коэффициенты электронного баланса и складываем левые и правые части баланса; если нужно, то приводим подобные члены и составляем краткое ионное уравнение ОВР.

2MnO4¯ + 16H+ + 5C2O42– = 2Mn2+ + 8H2O + 10CO2 (краткое ионное уравнение)

Множители перед ионами и молекулами в суммарном уравнении есть коэффициенты перед соответствующими молекулами в молекулярном уравнении и составляют молекулярное уравнение.

2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 4H2O

8. Определяют коэффициенты перед атомами элементов не участвующими в ОВР (например К+) и проверяют суммарное число атомов водорода и кислорода в левой и правой частях молекулярного уравнения.



Пример:

K2Cr2O7 + HCl → CrCl3 + Cl2 + KCl + H2O

1) 2K+ + (Cr2O7)2 + H+ + Cl- → Cr3+ + 3Cl- + Cl2 + K+ + Cl + H2O

2) Cr2O72- + H+ + Cl-Cr3+ + Cl2 + H2O

3) Cr2O72- + 14H+ + 6ē → 2Cr3+ + 7H2O 6 3 1 восстановление

2Cl- -2ē = Cl2 2 1 3 окисление

Так как в ионе Cr2O72- 2 атома хрома, то и в правой части перед ионом ставится коэффициент 2:

4) Cr2O72- + 6Cl- = 2Cr3+ + 7H2O + 3Cl2

При написании молекулярного уравнения нужно учесть что молекулы HCl выполняют роль восстановителя и среды. Ионы K+ в молекуле K2Cr2O7 нужно связать с хлорид ионом с образованием соли KCl, а атом , который входит в состав иона (Cr2O7)2-, выполняющего роль окислителя и восстанавливающийся до ионов Cr3+, связать тоже c ионом Cl¯ в соль CrCl3. Таким образом 8 молекул кислоты HCl в правой части идет на солеобразование и 6 молекул на окисление, поэтому коэффициент перед кислотой ставится по числу катионов водорода.

K2Cr2O7 + 14HCl = 2CrCl3 + 2KCl + 3Cl2 + 7H2O

 

2.2.2. ОВР, протекающие в щелочной среде

Каждая освобождающаяся частица кислорода реагирует с одной молекулой воды, образуя два гидроксид-иона: [О-2] + Н2О = 2 ОH-. Каждая недостающая частица кислорода берётся из двух гидроксид-ионов с образованием одной молекулы воды: 2 ОН¯ - [О-2] = Н2О.

Целый ряд ОВР протекает в условиях, когда в левой части уравнения имеются молекулы основания, например:

NaCrO2+Br2+NaOH→Na2CrO4+NaBr+H2O

При этих условиях порядок нахождения коэффициентов такой же, что и описанный в разделе 2.2.1, разница лишь в том, что если исходные соединения суммарно содержат меньшее количество атомов кислорода, чем образующиеся в полуреакции соединения, то недостающее количество их в «щелочной среде» пополняется за счет ионов ОН, а в противоположной части схемы будет образовываться вода.

Подберем коэффициенты в приведенном уравнении. Методика подбора до пункта 2.2.1 (5) та же, что и в случае, когда реакция протекает в кислой среде.

Отсюда схема баланса будет такова:

а) CrO2 → CrO42– окисление

б) Br2 → 2Br - восстановление

Поскольку количественного и качественного баланса в полуреакциях нет, то в правой части полуреакции «б» для соблюдения баланса перед ионами Br ставится коэффициент 2. В уравнении «а» нет качественного баланса, не хватает двух атомов кислорода в левой части схемы, поэтому, если наблюдается недостаток атомов кислорода в левой части и ОВР протекает в присутствии основания, то в эту часть схемы вводится удвоенное число групп ОН на каждый недостающий атом кислорода, а в правую часть записывают соответствующее число молекул Н2О. Поскольку в левой части полуреакции «а» рассматриваемого примера 2 атома кислорода, а в правой – 4 атома кислорода, то влево вводится 4 группы ОН, а в правую часть 2 молекулы воды:

CrO2¯ + 4OH¯→CrO42- + 2H2O

Далее в верхней и нижней строчке полуреакций уравниваются заряды:

CrO2¯ + 4OH¯ – 3ē = CrO42– + 2H2O 3 6 2
суммарный заряд до превращения суммарный заряд после превращения число переданных электронов n1 =-3
[-1+4•(-1)=-5] [-2+2•0= -2]
Br2 + 2ē = 2Br¯ 2 3
суммарный заряд до превращения равен 0 суммарный заряд после превращения [2•(-1)= -2] число переданных электронов n2 = +2

Наименьшее общее кратное для числа 2 и 3 равно 6.

Затем последовательно находятся множители для верхней и нижней строчки баланса. В нашем примере для верхней строчки вводится множитель 2, а для нижней строчки – множитель 3.

С учетом этих множителей, все частицы первой полуреакции умножаются на 2, а частицы второй полуреакции – на 3, после чего складываются отдельно левые и правые части полуреакций:

CrO2¯ +4OH¯– 3ē = CrO42-+2H2O 2
Br2+2ē=2Br¯ 3

2CrO2¯+8OH¯+3Br2 = 2CrO42-+4H2O+6Br¯ (суммарное краткое ионное уравнение)

Коэффициенты перед ионами и молекулами в суммарном ионном уравнении соответствуют коэффициентам перед этими ионами и молекулами в молекулярном уравнении:

2NаСrО4 + 8NаОН+ЗВr2 = 2Nа2Сr04 + 6NаВr+4Н20

В рассмотренном примере недостаток атомов кислорода наблюдался в левой части схемы, но могут быть такие ОВР, когда в схеме недостаток атомов кислорода будет в правой части. В этом случае недостающее число атомов кислорода будет компенсироваться удвоенным числом группы ОН¯ в правой части схемы, а в левую часть вводится соответствующее число молекулводы.

 


Эта страница нарушает авторские права

allrefrs.ru - 2019 год. Все права принадлежат их авторам!