Примеры решения задач

Пример 1. Уравнять реакцию методом ионно-электронного баланса, вычислить молярные эквивалентные массы окислителя и восстановителя

As₂S₃ + HNO₃ ® H₃AsO₄ + H₂SO₄ + NO

Р е ш е н и е

Определяем степени окисления элементов, выявляем окислитель и восстановитель

В данном процессе окислитель – НNO₃, восстановитель – As₂S₃.

Составляем ионную схему реакции

As₂S₃¯ + H⁺ + NO® H⁺ + AsO+ SO+ NO­

Записываем ионно-электронные полуреакции и балансируем количество принятых и отданных электронов

[As₂S₃ + 20H₂O]⁰ – 28ē ® [2AsO+ 3SO+ 40H⁺]²⁸⁺ ½´3

[NO+ 4H⁺]³⁺ + 3ē ® [NO + 2H₂O]⁰ ½´28

Складываем полуреакции и упрощаем суммарную схему

3As₂S₃ + 60H₂O + 28NO+ 112H⁺ ® 6AsO+ 9SO+ 120H⁺ + 28NO + 56H₂O

3As₂S₃ + 4H₂O + 28NO® 6AsO+ 9SO+ 8H⁺ + 28NO

Переносим коэффициенты в молекулярное уравнение и уравниваем количество атомов каждого элемента

3As₂S₃ + 28HNO₃ + 4Н₂О = 6H₃AsO₄ + 9H₂SO₄ + 28NO

Вычисляем молярные эквивалентные массы окислителя и восстановителя по формуле (1)

М_{Э, окислителя} = г/моль;

М_{Э, восстановителя} = г/моль.

Пример 2. Определите направление протекания ОВР, ионная схема, которой следующая

Fe³⁺ + Cl^– « Fe²⁺ + Cl₂

Р е ш е н и е

В данном процессе ион Fe³⁺ - окислитель, а ион Cl^– - восстановитель. По справочнику [8] находим потенциалы соответствующих полуреакций

Fe³⁺ + 1ē = Fe²⁺, E = 0,77 В

Cl₂ + 2ē = 2Cl^–, E = 1,36 В

По формуле (3) вычислим ЭДС данного процесса

В.

Так как значение DЕ⁰ < 0, то реакция идет самопроизвольно в обратном направлении.

Пример 3. Уравняйте окислительно-восстановительную реакцию, используя метод электронного баланса и ионно-электронных уравнений. Вычислите молярные эквивалентные массы окислителя и восстановителя, ЭДС и DG реакции, а также укажите направление протекания данной ОВР:

KMnO₄ + KBr + H₂O = MnO₂ + Br₂ + KOH.

Р е ш е н и е

Метод электронного баланса

Записываем схему реакции, определяем С.О. элементов, выявляем окислитель и восстановитель

Степень окисления изменяется у марганца (уменьшается) и у брома (увеличивается), таким образом, KMnO₄ – окислитель, а КBr – восстановитель.

Составляем полуреакции окисления и восстановления

(восстановление)

(окисление)

Балансируем количество принятых и отданных электронов

2

3

Записываем суммарную реакцию электронного баланса

Расставляем коэффициенты в молекулярном уравнении реакции и уравниваем количество всех атомов

2KMnO₄ + 6KBr + 4H₂O = 2MnO₂ + 3Br₂ + 8KOH

Метод ионно-электронных уравнений

Молекулярная схема реакции

Ионная схема процесса

K⁺ + MnO+ K⁺ + Br ^– + H₂O  MnO+ Br+ K⁺ + OH^–

Составляем уравнения ионных полуреакций

MnO+ 2Н₂O⁰ MnO+ 4OH^–

2Br ^–  Br

Затем уравниваем заряды

[MnO+ 2Н₂O⁰]^1– + 3 ē  [MnO+ 4OH^–]^4–

[2Br ^–]^2– – 2 ē  Br

Балансируют количество принятых и отданных

[MnO+ 2Н₂O⁰]^1– + 3 ē  [MnO+ 4OH^–]^4– ´ 2

[2Br ^–]^2– – 2 ē  Br ´ 3

Записываем суммарную реакцию ионно-электронного баланса

2MnO+ 4Н₂O⁰ + + 6 ē + 2Br ^– – 6 ē  2MnO+ 8OH^– + 3Br

Расставляем коэффициенты в молекулярном уравнении реакции

2KMnO₄ + 6KBr + 4H₂O = 2MnO₂ + 3Br₂ + 8KOH.

Вычисляем молярные эквивалентные окислителя и восстановителя массы по формуле (1)

М_{Э, окислителя} = г/моль;

М_{Э, восстановителя} = г/моль.

По справочнику [8] находим потенциалы полуреакций

MnO+ 2Н₂O⁰ + 3 ē ® MnO + 4OH^–, E = 0,60 В

Br + 2ē = 2Br ^–, E = 1,09 В

По формуле (3) вычисляем ЭДС данной ОВР

В.

По формуле (2) рассчитываем DG процесса

283710 Дж =283,71 кДж

Так как значение DЕ⁰ < 0 и DG > 0, то реакция идет самопроизвольно в обратном направлении.

Пример 4. Можно ли с помощью FeCl₃ окислить H₂S до элементарной серы?

Р е ш е н и е

Составим ионную схему реакции

Fe³⁺ + H₂S  Fe²⁺ + S + H⁺

Ион Fe³⁺ в данном процессе выполняет роль окислителя, а молекула H₂S – роль восстановителя.

Находим окислительно-восстановительные потенциалы соответ-ствующих полуреаций

E = 0,77 В; E = 0,17 В.

Потенциал окислителя больше потенциала восстановителя, следовательно, сероводород можно окислить при помощи хлорида железа (III) до элементарной серы.