Основные классы неорганических соединений и типы химических реакций

N-3H3 + O20 ® N+2O-2 + H2O-2.

Из изменения величины СО видно, что азот в молекуле аммиака окислился, а молекула кислорода – восстановилась, то есть аммиак является восстановителем, а кислород – окислителем. Из этой схемы также вытекает, что атом азота, изменяя СО от -3 до +2, отдает кислороду пять электронов. Поскольку водород СО не меняет, то молекула аммиака будет отдавать всего 5 электронов. Атом кислорода принимает 2 электрона (СО меняется от 0 до -2), следовательно, молекула кислорода будет принимать 4 электрона. Запишем указанные процессы в виде схемы:

N-3 - 5ē ® N+2 5 20 O20 + 4ē ® 2O-2 4

4 окисление – восстановитель  5 восстановление - окислитель

Согласно принципу электронного баланса  количества молекул окислителя и  восстановителя нужно взять такими, чтобы числа принимаемых и  отдаваемых электронов были равными. Для этого находится общее кратное, а затем делится на число отдаваемых или приобретаемых электронов; полученные коэффициенты ставятся соответственно перед молекулой восстановителя и окислителя. Из этой схемы видно, что 4 молекулы NH3 отдают 20 электронов, которые принимаются 5 молекулами О2. Коэффициенты электронного баланса называются основными коэффициентами. Они никаким изменениям не подлежат:

4NH3 + 5O2 ® NO + H2O.

Все остальное уравнивается в соответствии с их величиной:

4NH3 + 5O2 ® 4NO + 6H2O.

При окислении сульфида мышьяка As2S3 азотной кислотой HNO3 образуются мышьяковистая  кислота H3AsO4, серная H2SO4 и оксид азота NO.

Составим схему реакции, указывая СО над символами тех элементов, у которых в процессе реакции  они изменяются:

As2+3S3-2 + HN+5O3 ® H3As+5O4 + H2S+6O4 + N+2O.

Подсчитаем количество электронов, отдаваемых молекулой восстановителя и принимаемых молекулой окислителя. Мышьяк изменяет СО от +3 до +5, отдавая 2 электрона. Два атома в молекуле мышьяка As2S3 отдадут 4 электрона. Сера меняет СО от -2 до +6, отдавая 8 электронов. Три атома серы этой молекулы отдают 24 электрона. Всего одна молекула As2S3 отдает 28 электронов. Принимает электроны азот в HNO3, изменяя СО от +5 до +2. Следовательно, каждая молекула HNO3 принимает 3 электрона. Запишем это в виде схемы:

As2+3S3-2 - 28ē = 2As+5 + 3S+6 (окисление) 84 N+5 + 3ē = N2+ (восстановление)

3 28

Очевидно, что для соблюдения электронного баланса надо взять 3 молекулы As2S3 (3·28=84) и 28 молекул HNO3 (3·28=84), все остальные коэффициенты уравниваются в соответствии с этими основными коэффициентами:

3As2S3 + 28HNO3 => 6H3AsO4 + 9H2SO4 + 28NO.

Подсчет атомов водорода показывает, что в левой части их 28, а  в правой – 36. Кислорода в правой части 84 атома, в правой – 88. Если водород или кислород не входят в уравнение реакции в виде простых веществ, то они уравниваются добавлением нужного количества молекул воды в ту часть уравнения, где их недостает. Поэтому подсчет атомов кислорода или водорода проводят в последнюю очередь, причем уравнивание водорода добавлением молекул воды приводит к автоматическому уравниванию кислорода и наоборот. Если водород или кислород входят в уравнение реакции в виде простых веществ, то их необходимо уравнивать независимо друг от друга.

Окончательно рассматриваемое  уравнение реакции будет иметь  вид:

3As2S3 + 28HNO3+ 4Н2О = 6H3AsO4+ 9H2SO4 + 28NO.

Если числа электронов, отдаваемых молекулой восстановителя и принимаемых  молекулой окислителя, имеют общий  делитель, то на него можно сократить  основные коэффициенты, например:

8 24 6

4 3

(восстановление) (окисление)

Наибольший общий делитель равен 2. Коэффициенты в уравнении будут

4HСlO3 + 3H2S = 4HCl + 3H2SO4.

Электронный баланс в данном случае .

4. Если число участвующих в  реакции атомов нечетное, а в результате ее должно получиться четное число атомов хотя бы одного из изменяющихся СО элементов, то основные коэффициенты удваиваются:

3 3 1

6 2

(окисление) (восстановление)

6FeSO4 + 2HNO3 + 3H2SO4 = 3Fe2(SO4)3 + 2NO + 4H2O.

В рассмотренном примере в протекании окислительно-восстановительной реакции принимает участие серная кислота. Она необходима для связывания образовавшегося трехвалентного железа. Нужное количество молекул H2SO4 определяется после расстановки коэффициентов перед продуктами реакции в соответствии с основными коэффициентами в левой части уравнения. Водород или кислород уравниваются в последнюю очередь добавлением молекул воды.

5. Окислитель или восстановитель, кроме основной окислительно-восстановительной  реакции, расходуется также на связывание образующихся продуктов реакции. Например:

1 3 группы по два иона хлора,  всего шесть ионов хлора

(восстановление) (окисление)

K2Cr2O7 + 6HCl 2CrCl3 + 3Cl2 + 2KCl.

На связывание продуктов реакции  в соответствии с основными коэффициентами необходимо 8 молекул HCl, которые не окисляются (на образование 2 молекул CrCl3 и 2 молекул KCl). Таким образом:

K2Cr2O7 + 6HCl + 8HCl ® 2CrCl3 + 3Cl2 + 2KCl.

на восстановление на связывание

Уравниваем водород или кислород, добавив в правую часть уравнения 7 молекул воды H2O, и получим окончательно:

K2Cr2O7 + 14HCl ® 2CrCl3 + 3Cl2 + 2KCl + 7H2O.

6.

8 2

4 1

(окисление) (восстановление)

Основные коэффициенты 4 и 1:

4Сa + HNO3 4Ca(NО3)2 + NH4NO3.

На связывание продуктов реакции  требуется в соответствии с основными коэффициентами 9 молекул HNO3:

4Сa + HNO3 + 9HNO3 4Ca(NО3)2 + NH4NO3 + 3H2O.

на окисление на связывание

7. Оба элемента - и отдающий и  принимающий электроны - находятся  в одной молекуле. Для нахождения  основных коэффициентов подобные процессы рассматривают как бы идущими справа налево:

6 24 4

4 6

2 3

(окисление) (восстановление)

 Основные коэффициенты 2 и 3 ставятся  в правой части уравнения, левая  часть уравнивается по правой  части:

2KСlO3 = 2KCl + 3O2.

8. Один и тот же элемент окисляется и восстанавливается. Такие реакции называются реакциями диспропорционирования. В этом случае, так же как и в предыдущем, электронный баланс составляется справа налево:

4K2SO3+4 = 3K2SO4+6 + K2S-2

 

S+6 + 2ē = S+4 12 S-2 - 6ē = S+4

6 2

3 (восстановление) 1 (окисление)

Рассмотренный способ подбора коэффициентов  в окислительно–восстановительных реакциях не является единственным. Существуют и другие способы. Однако во всех случаях  главным остается нахождение основных коэффициентов электронного баланса.

Список литературы

Глинка Н.Л. Общая химия. – М.: Химия, 1978. - С. 261-270.

Карапетьянц М.Х. Введение в теорию химических процессов. – М.: Высшая школа, 1981. - С. 90-106.

Шиманович И.В., Павлович М.Л., Тикавый  П.Ф., Малашко П.М. Общая химия в формулах, определениях, схемах. – Мн.: Унiверсiтэцкае, 1996. - С. 14-32.

Кудрявцев А.А. Составление химических уравнений. – М.: Высшая школа, 1991. – 264 С.

Воробьев В.К., Елисеев С.Ю., Врублевский  А.В. Практические и самостоятельные  работы по химии. – Мн.: УП «Донарит», 2005. - С. 4-9, 65-75.

Для подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://referat.ru/