Правила составления окислительно-восстановительных реакций

Основные понятия

Выделяют два процесса: окисление и восстановление.

Например, нейтрально заряженный атом при отдаче своих электронов приобретает положительный заряд: ${Zn^0 - 2e = Zn^{2+}}$

Отрицательно заряженный атом при отдаче своих электронов приобретает нейтральный заряд: ${Cl^- -e = Cl^0}$

Положительно заряженный атом увеличивает свой заряд на число отданных им электронов: ${Mn^{4+} - 2e = Mn^{6+}}$

В данном случае протекает обратный процесс.

Атом с нейтральным зарядом будет иметь отрицательный заряд: ${Br^0 + e = Br^-}$

Положительно заряженный атом будет уменьшать свой заряд на число присоединенных электронов: ${Mn^{7+} + 5e = Mn^{2+}}$

Отрицательно заряженный атом будет становиться нейтральным: ${H^+ + e = H^0}$

Правила составления ОВР

Рассмотрим два варианта составления ОВР.

Подбор коэффициентов с помощью электронно-ионного баланса.

Составим уравнение реакции:

${Cu_2S + {HNO_3}_{конц} = Cu(NO_3)_2 + H_2SO_4 + NO}$

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.

Реакция окисления:

Сульфид меди - нерастворимое вещество, поэтому оно записывается в молекулярной форме: ${Cu_2S = 2Cu^{2+} + SO_4^{2-}}$

В левую часть необходимо добавить воду для того, чтобы уравнять кислород; справа добавляется ион водорода, так как у реакции кислая среда: ${Cu_2S + 4H_2O = 2Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 8H^+}$

Здесь появились коэффициенты: перед медью - 2, так как в левой части уравнения ${Cu_2S}$, 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: ${Cu_2S + 4H_2O - 10e = 2Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 8H^+}$

Реакция восстановления:

Проводим аналогичную работу, как с реакцией окисления.

${NO_3^- = NO}$

${NO_3^- + 4H^+ = NO + 2H_2O}$

${NO_3^- + 4H^+ + 3e = NO + 2H_2O}$

По окончании получаем две реакции: ${Cu_2S + 4H_2O - 10e = 2Cu^{2+} + SO_4^{2-} + 8H^+}$ и ${NO_3^- + 4H^+ + 3e = NO + 2H_2O}$

Общий множитель реакций 30, следовательно, необходимо домножить коэффициенты первой реакции на 3, второй - на 10.

${3Cu_2S + 12H_2O + 10NO_3^- + 40H^+ = 6Cu^{2+} + 3SO_4^{2-} + 24H^+ + 10NO + 20H_2O }$

Сокращаем ионы водорода на 24 и воду на 12. В результате получаем сокращенное уравнение ОВР:

${3Cu_2S + 10NO_3^- + 16H^+ = 6Cu^{2+} + 3SO_4^{2-} + 10NO + 8H_2O}$

Окончательное уравнение выглядит следующим образом:

${3Cu_2S + 22HNO_3 = 6Cu(NO_3)_2 + 3H_2SO_4 + 10NO + 8H_2O}$

Подбор коэффициентов с помощью электронного баланса.

Составим уравнение реакции:

${Cu_2S + {HNO_3}_{конц} = Cu(NO_3)_2 + H_2SO_4 + NO}$

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: ${2Cu^+ -2e = 2Cu^{2+}}$ и ${S^{-2} -8e = S^{+6}}$. Суммарно: ${2Cu^+ + S^{-2} -10e = 2Cu^{2+} + S^{6+}}$

Общий множитель - 30. Домножаем уравнение восстановления на 10, а окисления - на 3. Получаем:

${10N^{+5} + 6Cu^+ + 3S^{-2} = 10N^{+2} + 6Cu^{2+} + 3S^{+6}}$

Получаем уравнение:

${3Cu_2S + 22HNO_3 = 6Cu(NO_3)_2 + 3H_2SO_4 + 10NO}$

Необходимо уравнять водород и кислород. Для этого добавим в правую часть ${8H_2O}$.

Окончательное уравнение:

${3Cu_2S + 22HNO_3 = 6Cu(NO_3)_2 + 3H_2SO_4 + 10NO + 8H_2O}$