Метод полуреакций

Fri, 20 Jan 2023 23:25:01 +0300

Самое сложное при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций — это расставить коэффициенты, чтобы уравнять количество атомов реагентов и продуктов реакции. Лично мне нравится метод полуреакций (или ионно-электронный метод), используемый для расстановки коэффициентов в ОВР.

Возьмем для примера такую реакцию:
NaNO₂ + KMnO₄ + H₂SO₄ → NaNO₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

В отличие от метода электронного баланса при использовании метода полуреакций мы выписываем не отдельные элементы, а всю частицу (ион), в которую этот атом входит. В данной реакции степень окисления изменяют азот в нитрите натрия (N⁺³ → N⁺⁵), поэтому и выписываем соответствующие ионы:

NO₂^- → NO₃^-

Видим, что количество атомов кислорода увеличивается, значит, они берутся из воды, а атомы водорода переходят в протоны в левой части:

NO₂^- + H₂O → NO₃^- + 2H⁺

При этом нитрит-ион отдает 2 электрона:

NO₂^- + H₂O — 2e^- → NO₃^- + 2H⁺

В кислой среде (у нас присутствует H₂SO₄) перманганат ион MnO₄^- восстанавливается до катиона Mn²⁺, а лишние ионы кислорода связываются протонами в воду:

MnO₄^- + 8H⁺ → Mn²⁺ + 4H₂O

При этом суммарный заряд в левой части (+7) меняется в правой части до (+2), т.е происходит присоединение 5 электронов:

MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- → Mn²⁺ + 4H₂O

В итоге имеем:

NO₂^- + H₂O — 2e^- → NO₃^- + 2H⁺
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- → Mn²⁺ + 4H₂O

Выписываем коэффициенты перед электронами, находим наименьшее общее кратное и находим множители:

NO₂^- + H₂O — 2e^- → NO₃^- + 2H⁺ | 2 | 5
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- → Mn²⁺ + 4H₂O | 5 | 2

И получаем:

5NO₂^- + 5H₂O — 10e^- → 5NO₃^- + 10H⁺
2MnO₄^- + 16H⁺ + 10e^- → 2Mn²⁺ + 8H₂O

Суммируем две полуреакции и сокращаем одинаковые ионы и молекулы в левой и правой частях:

5NO₂^- + 5H₂O — 10e^- + 2MnO₄^- + 16H⁺ + 10e^- → 5NO₃^- + 10H⁺ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

5NO₂^- + 2MnO₄^- + 6H⁺ → 5NO₃^- + 2Mn²⁺ + 3H₂O

Дописываем недостающие ионы и получаем молекулярное уравнение:

5NaNO₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ → 5NaNO₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

В принципе, я люблю метод полуреакций больше, чем метод электронного баланса именно за то, что в результате ты получаешь практически готовое уравнение реакции со всеми коэффициентами.

Да, там есть ряд ограничений, о которых необходимо всегда помнить:

метод полуреакций не применяют для расстановки коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях, протекающих в неводной среде.

Используя метод полуреакций, практически всегда приходится сталкиваться с необходимостью уравнять число атомов кислорода в левой и правой части схемы полуреакции. В зависимости от среды — кислой, нейтральной или щелочной — при уравнивании числа атомов кислорода нужно учитывать следующие правила:

В кислых средах избыток кислорода в исходных веществах по сравнению с продуктами связывается ионами водорода с образованием молекул воды, например:
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- → Mn²⁺ + 4H₂O
Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e^- → 2Cr³⁺ + 7H₂O

В нейтральных и щелочных средах избыток кислорода связывается молекулами воды с образованием гидроксид-ионов, например:
MnO₄^- + 2H₂O + 3e^- → MnO₂↓ + 4OH^-

При недостатке кислорода в кислой и нейтральной среде присоединение кислорода осуществляется за счёт молекул воды и сопровождается образованием ионов водорода, например:
I₂ + 6H₂O — 10e^- → 2IO₃^- + 12H⁺

При недостатке кислорода в щелочной среде присоединение кислорода происходит за счет гидроксид-ионов с образованием молекул воды, например:
[Cr(OH)₄]^- + 4OH^- — 3e^- → CrO₄^2- + 4H₂O

Мне нравится этот метод как раз тем, что он даёт более полное представление о том, как именно протекают окислительно-восстановительные процессы в растворах.

Горячие новости: заметки с тегом окислительно-восстановительные реакции

Метод полуреакций