Как правильно расставить коэффициенты в уравнении реакции окисления-восстановления

Решение задач на составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

Задание 231.

Реакции выражаются схемами:
Р + НClО₃ + Н₂О ⇔ Н₃РО₄ + НCl;

Н₃AsO₃ + KMnO₄ +Н₂SO₄ ⇔ Н₃AsO₄ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O

Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое — восстановителем; какое вещество окисляется, какое — восстанавливается.
Решение:
Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях. Коэффициенты для восстановителя и окислителя идентичны для продуктов окисления и восстановления. . Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором.

а)Р + НClО₃ + Н₂О ⇔ Н₃РО₄ + НCl;

уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

6P⁰ + 5I⁺⁵ = 6P⁺⁵ + I^-1

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов тридцать. Разделив это число на 6, получаем коэффициент 5 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 30 на 5 получаем коэффициент 6 для восстановителя и продукта его окисления. Молекулярное уравнение реакции: 

6Р + 5НClО₃ + 9Н₂О ⇔ 6Н₃РО₄ + 5НCl

В данной реакции: P  – восстановитель, НIО₃  – окислитель; P  окисляется до Н₃PO₄, НIО₃  – восстанавливается до HI. 

б) Н₃AsO₃ + KMnO₄ + Н₂SO₄ ⇔ Н₃AsO₄ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

5As³⁺ +  2Mn⁷⁺  = 5As⁵⁺ + 2Mn²⁺

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов десять. Разделив это число на 5, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 10 на 2 получаем коэффициент 5 для восстановителя и продукта его окисления. Молекулярное уравнение реакции: 

 5Н₃AsO₃ +2KMnO₄ + 3Н₂SO₄ ⇔ 5Н₃AsO₄ + K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 3H₂O

В данной реакции: Н₃AsO₃  – восстановитель, KMnO₄ – окислитель; Н₃AsO₃  окисляется до Н₃AsO₄, KMnO₄ – восстанавливается до MnSO₄.

Задание 232.
Реакции выражаются схемами:
NaCrO₂ + Br₂ + NaOH ⇔ Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O
FeS + HNO₃ ⇔ Fe(NO₃)₂ + S + NO + H₂O
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое — восстановителем; какое вещество окисляется, какое — восстанавливается.
Решение:
Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях. Коэффициенты для восстановителя и окислителя идентичны для продуктов окисления и восстановления. . Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором.

а) NaCrO₂ + Br₂ + NaOH ⇔ Na₂CrO₄ + NaBr + H₂O

уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

2Cr³⁺ + 3Br₂⁰ = 2Cr⁶⁺ + 6Br^—

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов шесть. Разделив это число на 2, получаем коэффициент 3 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 6 на 3 получаем коэффициент 2 для восстановителя и продукта его окисления. Молекулярное уравнение реакции: 

2NaCrO₂ + 3Br₂ +8NaOH ⇔ 2Na₂CrO₄ + 6NaBr +4H₂O

В данной реакции: NaCrO₂  – восстановитель, Br₂ – окислитель; NaCrO₂  окисляется до Na₂CrO₄, Br₂ – восстанавливается до NaBr.

б) FeS + HNO₃ ⇔ Fe(NO₃)₂ + S + NO + H₂O

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

3S^2- +  2N⁵⁺  = 3S⁰ + 2N²⁺

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов шесть. Разделив это число на 3, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 6 на 2 получаем коэффициент 3 для восстановителя и продукта его окисления. Молекулярное уравнение реакции: 

FeS + HNO₃ ⇔ Fe(NO₃)₂ + S + NO + H₂O

В данной реакции: FeS  – восстановитель, HNO₃ – окислитель; FeS  окисляется до S, HNO₃ – восстанавливается до NO.

Задание 233.
Реакции выражаются схемами:
HNO₃ + Zn  ⇔ N₂O + Zn(NO₃)₂ + H₂O;
FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄ ⇔ Fe₂(SO₄)₃ + KCl + H₂O
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое — восстановителем; какое вещество окисляется, какое — восстанавливается.
Решение:
Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях. Коэффициенты для восстановителя и окислителя идентичны для продуктов окисления и восстановления. . Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором.

а) HNO₃ + Zn  ⇔ N₂O + Zn(NO₃)₂ + H₂O

уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

4Zn⁰ + 2N⁵⁺ = 4Zn²⁺ + 2N⁺

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов восемь. Разделив это число на 4, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 8 на 2 получаем коэффициент 4 для восстановителя и продукта его окисления. Молекулярное уравнение реакции: 

10HNO₃ +4Zn  ⇔ N₂O +4Zn(NO₃)₂ +5H₂O;

В данной реакции: Zn  – восстановитель, HNO₃ – окислитель; Zn  окисляется до Zn(NO₃)₂, HNO₃ – восстанавливается до N₂O.

б) FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄ ⇔ Fe₂(SO₄)₃ + KCl + H₂O

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

6Fe²⁺ +  Cl⁵⁺  =  6Fe³⁺ + Cl^—

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов шесть. Разделив это число на 6, получаем коэффициент 1 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 6 на 1 получаем коэффициент 6 для восстановителя и продукта его окисления. Молекулярное уравнение реакции: 

6FeSO₄ + KClO₃ + 3H₂SO₄ ⇔3Fe₂(SO₄)₃ + KCl + 3H₂O

В данной реакции: FeSO₄  – восстановитель, KClO₃ – окислитель; FeSO₄  окисляется до Fe₂(SO₄)₃, KClO₃ – восстанавливается до KCl.

Задание 234.
Реакции выражаются схемами:
K₂Cr₂O₇ + HCl  ⇔  Cl₂ + CrCl₃ + KCl + H₂O;
Au + HNO₃ + HCl ⇔ AuCl₃ + NO + H₂O
Составьте электронные уравнения. Расставьте коэффициенты в уравнениях реакций. Для каждой реакции укажите, какое вещество является окислителем, какое — восстановителем; какое вещество окисляется, какое — восстанавливается.
Решение:
Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях. Коэффициенты для восстановителя и окислителя идентичны для продуктов окисления и восстановления. . Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором.

а) K₂Cr₂O₇ + HCl  ⇔  Cl₂ + CrCl₃ + KCl + H₂O

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

2Cr⁶⁺ + 6Cl^— = 2Cr³⁺ + 3Cl2⁰

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов шесть. Разделив это число на 3, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 6 на 2 получаем коэффициент 3 для восстановителя и продукта его окисления. Молекулярное уравнение реакции: 

K₂Cr₂O₇ + 14HCl  ⇔  3Cl₂ + 2CrCl₃ +2KCl + 7H₂O

В данной реакции: HCl  – восстановитель, K2C_r2O₇ – окислитель; HCl  окисляется до Сl₂, K₂Cr₂O₇ – восстанавливается до CrCl₃.

б) Au + HNO₃ + HCl ⇔ AuCl₃ + NO + H₂O

Уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

Au⁰ +  N⁵⁺  = Au³⁺ + N²⁺

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Здесь число отданных электронов и число принятых электронов равно 3, поэтому коэффициенты при восстановителе и окислителе, и перед продуктами окисления и восстановления равны 1. Молекулярное уравнение реакции: 

Au + HNO₃ + 3HCl ⇔ AuCl₃ + NO + 2H₂O

В данной реакции: Au  – восстановитель, HNO₃ – окислитель; Au  окисляется до AuCl₃, HNO₃ – восстанавливается до NO.

Задание 235.
Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между веществами: а) NH₃ и КМnO₄ б) HNO₂ и HI; в) НСI и Н₂S? Почему? На основании электронных уравнений расставьте коэффициенты в уравнении реакции, идущей по схеме:
КМnO₄ + КNO₂ + Н₂SO₄ ⇔  МnSO₄ + КNO₃ + К₂SO₄ + Н₂O
Решение:
а) Степень окисления в NH₃ n(N) = -3 (низшая); в KMnO₄ n(Mn) = +7 (высшая). Так как азот находится в своей низшей степени окисления, а марганец – в своей высшей степени окисления, то взятые вещества могут взаимодействовать друг с другом, причём NH3 является окислителем, а KMnO₄ – восстановителем.  

б) в HNO₂ n(N) = +3 (промежуточная); в HI n(I) = -1 (низшая). Следовательно, взаимодействие этих веществ возможно, причем HI является окислителем, а HNO₂ – восстановителем.

в) в HCl n(Cl) = -1 (низшая); в H₂S n(S) = -2 (низшая). Так как и хлор, и сера находятся в своей низшей степени окисления, то оба вещества проявляют только восстановительные свойства и взаимодействовать друг с другом не могут.

г) КМnO₄ + КNO₂ + Н₂SO₄ ⇔  МnSO₄ + КNO₃ + К₂SO₄ + Н₂O
Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях. Коэффициенты для восстановителя и окислителя идентичны для продуктов окисления и восстановления. . Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором.

уравнения электронного баланса:

Ионно-молекулярное уравнение:

2Mn⁷⁺ + 5N³⁺ = 2Mn²⁺ + 5N⁵⁺

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов десять. Разделив это число на 5, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 10 на 2 получаем коэффициент 5 для восстановителя и продукта его окисления. Молекулярное уравнение реакции: 

 2КМnO₄ + 5КNO₂ + 3Н₂SO₄ ⇔  2МnSO₄ + 5КNO₃ + К₂SO₄ + 3Н₂O