Метод полуреакций
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 нитрат-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
Cr2O72- + 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- → CrO42- + 4H2O
Мне нравится этот метод как раз тем, что он даёт более полное представление о том, как именно протекают окислительно-восстановительные процессы в растворах.