1. Метод электронного баланса.

Здесь подсчет числа присоединяемых и теряемых электронов производится на основании значений степеней окисления элементов до и после реакции. Обратимся к простейшему примеру:

Na⁰ + Cl  Na⁺ Cl

2 Na⁰ – eˉ  Na⁺ –окисление

2

1 Cl₂ + 2eˉ  2 Cl–восстановление

2 Na + Cl₂ = 2Na⁺ + 2Cl

2 Na + Cl₂ = 2NaCl

Данный метод используют в том случае, если реакция протекает не в растворе (в газовой фазе, реакции термического разложения и т.д.).

Алгоритм подбора коэффициентов в уравнениях ОВР методом электронного баланса:

1. Записать молекулярную схему реакции.

2. Определить с.о. элементов.

3. Отметить символы элементов, изменивших с.о. в ходе реакции.

4. На основании сравнения с.о. элементов, определить окислитель и продукт восстановления, восстановитель и продукт окисления.

5. Составить электронные уравнения процессов восстановления, окисления, соблюдая при этом баланс по элементам и зарядам.

6. Найти наименьшее общее кратное (НОК) для числа принятых и отданных электронов.

7. Найти основные коэффициенты при каждом электронном уравнении. Для этого полученное в пункте 6 число НОК разделить на число электронов, фигурирующих в данном электронном уравнении.

8. Умножить электронные уравнения на основные коэффициенты, полученные в п.7, и просуммировать их между собой (т.е. получить суммарное электронное уравнение). В суммарном уравнении электроны отсутствуют, т.к. сокращаются.

9. Подставить коэффициенты из суммарного электронного уравнения в молекулярное уравнение. Остальные коэффициенты подбираем в последовательности: соль, кислота или основание, вода.

10. Осуществить проверку числа атомов кислорода в правой и левой частях уравнения.

Примеры:

1. Молекулярная схемареакции:

_{+3 +2 0 +4}

BiCl₃ + Na₂SnO₂ + NaOH → Bi + NaCl + Na₂SnO₃ +H₂O

ок-ль восст-ль продукт продукт

восст-ия ок-ия

Электронные уравнения:

осн. коэффициенты	НОК
2	6	Bi^+3+3℮ =Bi	процесс восстановления
3		Sn^+2-2℮ =Sn^+4	процесс окисления
		2 Bi^+3+ 3Sn^+2= 2Bi+3Sn^+4	Суммарная схема электронного баланса

Молекулярное уравнение реакции:

2BiCl₃ + 3Na₂SnO₂ + 6NaOH → 2Bi + 6NaCl + 3Na₂SnO₃ +3H₂O

Проверка:O: 12 = 12.

2. Метод ионно-электронный (метод полуреакций; метод ионно-электронного баланса).

Данный метод учитывает среду раствора, дает представление о характере частиц реально существующих и взаимодействующих в растворах. Остановимся на нем более подробно.

Алгоритм подбора коэффициентов в уравнениях ОВР методом ионно-электронного баланса:

1. Составить молекулярную схему реакции с указанием исходных веществ и продуктов реакции.

2. Составить полную ионно-молекулярную схему реакции, записывая слабые электролиты, малорастворимые, нерастворимые и газообразные вещества в молекулярном виде, а сильные электролиты – в ионном.

3. Исключив из ионно-молекулярной схемы ионы, не изменяющиеся в результате реакции (без учета их количества), переписать схему в кратком ионно-молекулярном виде.

4. Отметить элементы, изменяющие в результате реакции степень окисления; найти окислитель, восстановитель, продукты восстановления, окисления.

5. Составить схемы полуреакций окисления и восстановления, для этого:

а) указать восстановитель и продукт окисления, окислитель и продукт восстановления;

б) уравнять число атомов каждого элемента в левой и правой частях полуреакций (выполнить баланс по элементам) в последовательности: элемент, изменяющий степень окисления, кислород, другие элементы; при этом следует помнить, что в водных растворах в реакциях могут участвовать молекулы Н₂О, ионы Н⁺ или ОН ^– в зависимости от характера среды:

Процесс	Кислая среда	Нейтральная среда	Щелочная среда
Связывание избытка кислорода	О^-2+2Н^+=Н2О	О^-2+Н2О=2ОН ˉ	О^-2+Н2О=2ОН ˉ
Восполнение недостатка кислорода	Н2О= О^-2+2Н^+	Н2О = О^-2+2Н^+	2ОН ˉ=О^-2+Н2О

в) уравнять суммарное число зарядов в обеих частях полуреакций; для этого прибавить или отнять в левой части полуреакций необходимое число электронов (баланс по зарядам).

6. Найти наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и полученных электронов.

7. Найти основные коэффициенты при каждой полуреакции. Для этого полученное в п.6 число (НОК) разделить на число электронов, фигурирующих в данной полуреакции.

8. Умножить полуреакции на полученные основные коэффициенты, сложить их между собой: левую часть с левой, правую – с правой (получить ионно-молекулярное уравнение реакции). При необходимости “привести подобные” ионы с учетом взаимодействия между ионами водорода и гидроксид-ионами: H⁺+OH ˉ= H₂O.

9. Расставить коэффициенты в молекулярном уравнении реакции.

10. Провести проверку по частицам, не участвующим в ОВР, исключенным из полной ионно-молекулярной схемы (п.3). При необходимости коэффициенты для них находят подбором.

11. Провести окончательную проверку по кислороду.

Примеры:

1. Кислая среда.

Молекулярная схема реакции:

KMnO₄ + NaNO₂ + H₂SO₄  MnSO₄ + NaNO₃ + H₂O + K₂SO₄

Полная ионно-молекулярная схема реакции:

K⁺+MnO+ Na⁺+NO+2H⁺+ SO Mn²⁺ + SO+ Na⁺ + NO+ H₂O + 2K⁺ +SO.

Краткая ионно-молекулярная схема реакции:

_{+7 +3 +5}

MnO+NO+2H⁺  Mn²⁺ + NO+ H₂O

ок-ль в-ль прод.в-ния прод.ок-ия

В ходе реакции степень окисления Mn понижается от +7 до +2 (марганец восстанавливается), следовательно, MnО– окислитель;Mn²⁺ – продукт восстановления. Степень окисления азота повышается от +3 до +5 (азот окисляется), следовательно, NO– восстановитель, NO – продукт окисления.

Уравнения полуреакций:

2 НОКMnO + 8H⁺+ 5e^-Mn²⁺ + 4H₂O–процесс восстановления

10 +7 +(-5) = +2

5 NO + H₂O– 2e^-NO + 2H⁺–процесс окисления

-1 -(-2) = +1

2MnO+ 16H⁺ + 5NO+ 5H₂O = 2Mn²⁺ +8H₂O + 5NO + 1OH⁺ (полное ионно-молекулярное уравнение).

В суммарном уравнении исключаем число одинаковых частиц, находящихся как в левой, так и в правой частях равенства (приводим подобные). В данном случае это ионы Н⁺ и Н₂О.

Краткое ионно-молекулярное уравнение будет иметь вид

2MnO + 6H⁺ + 5NO 2Mn²⁺ + 3H₂O + 5NO.

В молекулярной форме уравнение имеет вид

2KMnO₄ + 5 NaNO₂ + 3 H₂SO₄ = 2MnSO₄+5NaNO₃ + 3H₂O + K₂SO₄.

Проверка:

• Баланс по частицам, которые не участвовали в ОВР: K⁺(2 = 2), Na⁺(5 = 5), SO(3 = 3).

• Баланс по кислороду: 30 = 30.

2. Нейтральная среда.

Молекулярная схема реакции:

KMnO₄ + NaNO₂ + H₂O  MnO₂ + NaNO₃ + KOH

Ионно-молекулярная схема реакции:

K⁺ + MnO+ Na⁺ + NO+ H₂O  MnO₂ + Na⁺ + NO+ K⁺ + OH

Краткая ионно-молекулярная схема:

_{+7 +3 +4 +5}

MnO+ NO+ H₂O  MnO₂ + NO+ OH^-

ок-ль в-ль продукт в-ния продукт ок-ия

Уравнения полуреакций:

2 НОКMnO+ 2H₂O+ 3eˉMnO₂+4OH-процесс восстановления

6 -1 +(-3) = -4

3 NO+H₂O– 2eˉNO+ 2H⁺-процесс окисления

-1 - (-2) = +1

2MnO+ 4H₂O + 3NO+ 3 H₂O  2MnO₂ + 8 OH^- + 3NO+ 6H⁺.

Приводим подобные, учитывая:

8 ОН+ 6Н⁺ = 6Н₂О + 2ОН.

Краткое ионно-молекулярное уравнение:

2MnO + 3NO + H₂O  2MnO₂ + 3NO + 2OH.

В молекулярной форме уравнение имеет вид

2KMnO₄ + 3NaNO₂ + H₂O  2MnO₂ + 3NaNO₃ + 2KOH.

Проверка:

• Баланс по кислороду: 15 = 15.

• Баланс по частицам, которые не участвовали в ОВР: Na⁺ (3 = 3); K⁺ (2 = 2).

3. Щелочная среда.

Молекулярная схема реакции:

KMnO₄ + NaNO₂ + KOH  K₂MnO₄ + NaNO₃ + H₂O.

Ионно-молекулярная схема реакции:

K⁺+MnO+ Na⁺+NO+ K⁺+ OH 2K⁺+MnO+ Na⁺+NO+ H₂O.

Краткая ионно-молекулярная схема реакции:

_{+7 +3 +6 +5}

MnO+ NO+OH MnO+ NO+ H₂O

oк-ль в-ль продукт в-ния продукт ок-ия

Уравнения полуреакций:

2 НОКMnO+ 1e^-MnO–процесс восстановления

2

1 NO+ 2OH- 2e^-NO+H₂O–процесс окисления

-3 - (-2) = -1

2 MnO + NO +2OH 2MnO + NO + H₂O (краткое ионно-молекулярное уравнение).

В молекулярной форме уравнение имеет вид

2KMnO₄ + NaNO₂ + 2KOH  2K₂MnO₄ + NaNO₃ + H₂O

Проверка:

• Баланс по кислороду: 12 = 12.

• Баланс по частицам, которые не участвовали в ОВР: К⁺ (4 = 4); Na⁺ (1 = 1).