Основные понятия
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) - это реакции, которые протекают с изменением степени окисления одного или всех элементов реакции.
Выделяют два процесса: окисление и восстановление.
Окисление - это процесс отдачи электрона.
Например, нейтрально заряженный атом при отдаче своих электронов приобретает положительный заряд: Zn0−2e=Zn2+
Отрицательно заряженный атом при отдаче своих электронов приобретает нейтральный заряд: Cl−−e=Cl0
Положительно заряженный атом увеличивает свой заряд на число отданных им электронов: Mn4+−2e=Mn6+
Восстановление - это процесс присоединения электронов.
В данном случае протекает обратный процесс.
Атом с нейтральным зарядом будет иметь отрицательный заряд: Br0+e=Br−
Положительно заряженный атом будет уменьшать свой заряд на число присоединенных электронов: Mn7++5e=Mn2+
Отрицательно заряженный атом будет становиться нейтральным: H++e=H0
Окислитель принимает электроны, поэтому он будет участвовать в процессе восстановления.
Восстановитель отдает электроны, поэтому он будет участвовать в процессе окисления.
Правила составления ОВР
Рассмотрим два варианта составления ОВР.
Подбор коэффициентов с помощью электронно-ионного баланса.
Составим уравнение реакции:
Cu2S+HNO3конц=Cu(NO3)2+H2SO4+NO
В данной реакции (в левой или правой части) может находиться вода, точно определить, где именно, можно будет после составления электронно-ионного баланса.
Составим уравнение электронно-ионного баланса.
Необходимо учитывать кислотность среды, записываются только те частицы, которые реально существуют в данной реакции, слабые электролиты записываются в молекулярной форме.
Реакция окисления:
Сульфид меди - нерастворимое вещество, поэтому оно записывается в молекулярной форме: Cu2S=2Cu2++SO2−4
В левую часть необходимо добавить воду для того, чтобы уравнять кислород; справа добавляется ион водорода, так как у реакции кислая среда: Cu2S+4H2O=2Cu2++SO2−4+8H+
Здесь появились коэффициенты: перед медью - 2, так как в левой части уравнения Cu2S, перед водой - 4, так как справа четыре кислорода в сульфат ионе, перед ионом водорода - 8, потому что в левой части восемь молекул водорода.
Подсчитываем заряды в левой и правой частях уравнения. Слева 0, так как все соединения представлены в молекулярной форме, справа +10. В итоге получается, что сульфид меди отдает 10 электронов, поэтому: Cu2S+4H2O−10e=2Cu2++SO2−4+8H+
Реакция восстановления:
Проводим аналогичную работу, как с реакцией окисления.
NO−3=NO
NO−3+4H+=NO+2H2O
NO−3+4H++3e=NO+2H2O
По окончании получаем две реакции: Cu2S+4H2O−10e=2Cu2++SO2−4+8H+ и NO−3+4H++3e=NO+2H2O
Общий множитель реакций 30, следовательно, необходимо домножить коэффициенты первой реакции на 3, второй - на 10.
3Cu2S+12H2O+10NO−3+40H+=6Cu2++3SO2−4+24H++10NO+20H2O
Сокращаем ионы водорода на 24 и воду на 12. В результате получаем сокращенное уравнение ОВР:
3Cu2S+10NO−3+16H+=6Cu2++3SO2−4+10NO+8H2O
Окончательное уравнение выглядит следующим образом:
3Cu2S+22HNO3=6Cu(NO3)2+3H2SO4+10NO+8H2O
Подбор коэффициентов с помощью электронного баланса.
Составим уравнение реакции:
Cu2S+HNO3конц=Cu(NO3)2+H2SO4+NO
Определим степени окисления, найдем окислитель и восстановитель и запишем процессы восстановления и окисления.
Окислитель - азот, восстановитель - медь и сера.
Процесс восстановления: N+5+3e=N+2
Процесс окисления: 2Cu+−2e=2Cu2+ и S−2−8e=S+6. Суммарно: 2Cu++S−2−10e=2Cu2++S6+
Общий множитель - 30. Домножаем уравнение восстановления на 10, а окисления - на 3. Получаем:
10N+5+6Cu++3S−2=10N+2+6Cu2++3S+6
Получаем уравнение:
3Cu2S+22HNO3=6Cu(NO3)2+3H2SO4+10NO
Необходимо уравнять водород и кислород. Для этого добавим в правую часть 8H2O.
Окончательное уравнение:
3Cu2S+22HNO3=6Cu(NO3)2+3H2SO4+10NO+8H2O