Методы расстановки коэффициентов в ОВР

Существуют два метода расстановки коэффициентов в ОВР:

1) метод электронного баланса (МЭБ);

2) метод полуреакций.

Рассмотрим метод электронного баланса, при котором учи-тываются:

а) сумма электронов, отдаваемых всеми восстановителями, равна сумме электронов, принимаемых всеми окислителями;

б) одинаковое число одноименных атомов в левой и правой частях уравнения;

в) число молекул воды (в кислой среде) или ионов гидроксида (в щелочной среде), если в реакции участвуют атомы кислорода.

Составление уравнений ОВР легче провести в несколько стадий:

1) установление формул исходных веществ и продуктов реакций;

2) определение степени окисления элементов в исходных ве-ществах и продуктах реакции;

3) определение числа электронов, отдаваемых восстановите-лем и принимаемых окислителем, и коэффициентов при восстановителях и окислителях;

4) определение коэффициентов при всех исходных веществах и продуктах реакции исходя из баланса атомов в левой и правой частях уравнения.

Пример 2. Расставить коэффициенты МЭБ.

1. Записываем схему реакции:

К₂Сr₂О₇ + K₂SO₃ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂О.

2. Определяем элементы, изменяющие свою степень окисления в процессе реакции:

К₂Сr₂⁺⁶О₇ + K₂S⁺⁴O₃ + H₂SO₄ → Cr₂⁺³(SO₄)₃ + K₂S⁺⁶O₄ + H₂О и условно записываем процессы окисления и восстановления элементов в их соединениях:

окислитель	Сr+6 → Сr+3 – процесс восстановления;
восстановитель	S+4 → S+6 – процесс окисления.

3. Электронный баланс достигается тогда, когда числа электронов в каждой из этих схем, взятых целое число раз, равны друг другу. Для этого находим наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов − это 6. Видно, что молекула окислителя присоединяет в 3 раза больше электронов, чем молекула восстановителя их отдает. Поэтому, чтобы соблюдался электронный баланс, второй процесс − окисление восстановителя − должен осуществляться в три раза чаще, чем первый. Это отражается коэффициентами справа от записанных схем:

2Сr+6 +3 е 2 → 2 Сr+3
S+4 – 2 е → S+6

4. Полученные коэффициенты ставим перед окислителем и восстановителем в левой части уравнения (коэффициент 1 не пишется):

К₂Сr₂О₇ + 3K₂SO₃ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂О.

5. Далее, сначала уравниваем ионы металла, не изменяющие своей степени окисления, а участвующие лишь в связывании анионов среды. В данном примере такими ионами являются ионы К⁺, входившие в состав бихромата калия.

К₂Сr₂О₇ + 3K₂SO₃ + H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 4 K₂SO₄ + H₂О.

6. Определяем коэффициент перед средой. Средой является серная кислота, которая поставляет сульфатные группы для связывания катионов в виде солей. В правой части уравнения видно, что в составе солей находятся семь сульфатных групп, причем три из них получили в результате окисления сульфита калия. Значит, на солеобразование потребовались оставшиеся четыре сульфатные группы. Поэтому перед формулой серной кислоты в уравнении реакции ставим коэффициент 4:

К₂Сr₂О₇ + 3K₂SO₃ + 4H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + H₂О.

7. Уравниваем число атомов водорода за счет подбора коэффициентов в правой части уравнения перед водой (коэффициент равен 4):

К₂Сr₂О₇ + 3K₂SO₃ + 4H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + 4H₂О.

8. Проверяем правильность подбора коэффициентов подсчетом числа атомов кислорода слева и справа в уравнении реакции:

7 + 9 + 16 = 12+ 16 + 4; 32 = 32.

Равенство имеется, значит, в уравнении реакции стрелку → можно заменить знаком равенства. Уравнение реакции составлено:

К₂Сr₂О₇ + 3K₂SO₃ + 4H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + 4H₂О.

Пример 3. Расставить коэффициенты МЭБ.

1. Записываем схему реакции без коэффициентов:

KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ → MnSO₄ + Fe₂(SO₄ )₃ + K₂SO₄ + H₂O.

2. Определяем СО элементов:

Как видно, СО меняется только у марганца и железа, у первого она понижается (восстановление), у второго – повышается (окисление).

3. Определяем число электронов, отдаваемых восстановителем FeSO₄ и принимаемых окислителем КМnО₄:

Mn+7 +5 е → Mn+2			1 · 2 = 2
Fe+2 – 1 е → Fe+3			5 · 2 = 10

По уравнению реакции число атомов железа до и после реакции нечетное, для того чтобы их привести к кратным четным значениям, коэффициенты удваиваются:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + H₂SO₄ → MnSO₄ + Fe₂(SO₄ )₃ + K₂SO₄ + H₂O.

4. Последовательность расстановки коэффициентов в дальнейшем следующая:

- уравниваем число атомов, изменивших степень окисления;

- уравниваем количество атомов щелочных металлов до и после реакции;

- подсчитываем число атомов серы после и до реакции, разность между этими значениями – коэффициент перед серной кислотой равен 8;

- последними уравниваем атомы водорода: подсчитываем число атомов водорода до и после реакции; коэффициент перед водой равен 8:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O.

5. Проверяем правильность подбора коэффициентов подсчетом чис-ла атомов кислорода слева и справа в уравнении реакции:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O.

Число атомов кислорода в левой и правой частях уравнения одинаково, поэтому данное уравнение является окончательным:

2KMnO₄ + 10FeSO₄ + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 8H₂O.

Пример 4. Расставить коэффициенты МЭБ:

В таких случаях, если больше чем два элемента изменяют степень окисления, определяют суммарное число электронов отданных или присоединенных элементами:

Fe+2 – e → Fe+3
2S–1 – 10 e → 2S+4
2O0+ 4 e → 2O–2

Конечное уравнение этой реакции:

4FeS₂ + 11O₂ = 2 Fe₂O₃ + 8SO₂.