Приклади виконання завдань

Приклад 1. Скласти рівняння реакції окиснення сульфіту натрію перманґанатом калію в кислому середовищі методом іонно-електронного балансу. Реакція йде за схемою

Nа₂SO₃ + KMnО₄ + H₂SO₄ ® Nа₂SO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

Розв’язання. Для написання ОВР визначають сполуки, у яких атоми елементів змінюють ступені окиснення. Це сірка (+4 ® +6) і марганець (+7 ® +2). Сірка в ході реакції окислюється, а марганець відновлюється. Потім виписують молекули та йони, у яких відбуваються зміни ступенів окиснення атомів і пишуть рівняння півреакцій.

Рівняння півреакції окиснення сірки: SО₃^2– + H₂O – 2е^– ® SО₄^2– + 2Н⁺.

Нестачу атомів кисню у лівій частині поповнюють за рахунок води, а в правій частині з’являються два протони (надлишковий додатний заряд), що врівноважується відніманням двох електронів у лівій частині.

Рівняння півреакції відновлення: MnО₄^- + 8Н⁺ + 5е^– ® Mn²⁺ + 4H₂O.

Міркують аналогічно: надлишковий кисень зв’язується вісьмома йонами Н⁺. Таким чином, додані йони водню перетворюються у чотири молекули води. Сумарний заряд у правій частині дорівнює +7, у лівій – +2. Отже, у підсумку реакції відновлення повинно бути використано 5 електронів. Оскільки відношення чисел електронів, прийнятих при відновленні та відданих при окисненні, становить 5 : 2, то, додаючи рівняння півреакцій окиснення та відновлення, перше з них треба домножити на 5, а друге – на 2.

SО₃^2– + H₂O – 2е^– ® SО₄^2– + 2Н⁺. 5

MnО₄^– + 8Н⁺ + 5е^– ® Mn²⁺ + 4H₂O. 2

5SО₃^2– + 5H₂O + 2MnО₄^– + 16Н⁺ ® 5SО₄^2– + 10Н⁺ + 2Mn²⁺ + 8H₂O.

Скоротивши подібні доданки в обох частинах рівняння, маємо

5SО₃^2– + 2MnО₄^– + 6Н⁺ ® 5SО₄^2– + 2Mn²⁺ + 3H₂O.

Чи у формульному вигляді:

5Nа₂SO₃ + 2KMnО₄ + 3H₂SO₄ ® 5Nа₂SO₄ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O.

Приклад 2. Скласти рівняння реакції окиснення сульфіту натрію перманґанатом калію у нейтральному середовищі методом іонно-електронного балансу. Реакція йде за схемою: Nа₂SO₃ + KMnО₄ + H₂O ® Nа₂SO₄ + MnО₂¯ + КОН.

Розв’язання. У ході реакції окиснюється сірка (+4 ® +6) та відновлюється марганець (+7 ® +4). Виписуємо молекули та йони, у яких відбувається зміна ступенів окиснення, і пишемо рівняння півреакцій.

Рівняння півреакції окиснення сірки: SО₃^2– + H₂O – 2е^– ® SО₄^2– + 2Н⁺.

Вихідний іон містить менше атомів кисню, і нестачу їх усувають за рахунок води, надлишковий водень у правій частині подано у вигляді катіонів водню, а у лівій частині виявляються два надлишкових електрони.

Рівняння півреакції відновлення: MnО₄^– + 2H₂O + 3е^– ® MnО₂¯ + 4ОН^–.

Вихідний іон містить більше атомів кисню, ніж продукт реакції, тому вивільнюваний кисень зв’язують двома молекулами води до гідроксид-іонів. Сумарний заряд у правій частині дорівнює (–1), а в лівої – (– 4). Отже, у підсумку реакції відновлення повинно бути використано 3 електрони. Оскільки відношення чисел електронів, прийнятих при відновленні та відданих при окисленні, становить 3 : 2, то, при додаванні рівнянь півреакцій окиснення та відновлення, перше множимо на 3, а друге – на 2.

SО₃^2– + H₂O – 2е^– ® SО₄^2– + 2Н⁺. 3

MnО₄^–+ 2H₂O + 3е^– ® MnО₂¯ + 4ОН^– . 2

3SО₃^2– + 3H₂O + 2MnО₄^– + 4H₂O ® 3SО₄^2– + 6Н⁺ + 2MnО₂¯ + 8ОН^–.

Скоротивши подібні доданки в обох частинах рівняння, з огляду на те, що 6Н⁺ + 6ОН^– = 6H₂O, маємо: 3SО₃^2– + 2MnО₄^– + H₂O ® 3SО₄^2– + 2MnО₂¯ + 2ОН^–.

Чи у формульному вигляді:

3Nа₂SO₃ + 2KMnО₄ + H₂O ® 3Nа₂SO₄ + 2MnО₂¯ + 2КОН.

Приклад 3. Скласти рівняння реакції окиснення сульфіту натрію перманґанатом калію в лужному середовищі методом іонно-електронного балансу. Реакція йде за схемою: Nа₂SO₃ + KMnО₄ + КОН ® Nа₂SO₄ + К₂MnО₄ + H₂O.

Розв’язання. У перебігу реакції окиснюється сульфур (+4 ® +6) і відновлюється манґан (+7 ® +6). Виписуємо молекули та йони, у яких відбуваються зміни ступенів окиснення, і пишемо рівняння півреакцій.

Рівняння півреакції окиснення сульфіту: SО₃^2– + 2ОН^- – 2е^– ® SО₄^2– + H₂O.

Вихідний іон містить менше атомів кисню, і нестачу їх усувають за рахунок гідроксид-іонів, надлишковий водень у правій частині зв’язується у вигляді молекули води, а у лівій частині треба відняти два електрони.

Рівняння півреакції відновлення перманґанату: MnО₄^– + е^- ® MnО₄^2–.

Рівність кількостей атомів кожного елемента дотримано, тому зрівнюють заряди додаванням одного електрона у ліву частину. Отже, відношення чисел електронів, прийнятих при відновленні та відданих при окисленні, складає 1 : 2, і при додаванні рівнянь півреакцій окиснення та відновлення, перше множиться на 1, а друге – на 2.

SО₃^2– + 2ОН^– – 2е^– ® SО₄^2– + H₂O. 1

MnО₄^– + е^– ® MnО₄^2–. 2

SО₃^2– + 2ОН^– + 2MnО₄^– ® SО₄^2– + H₂O + 2MnО₄^2–.

Чи у формульному вигляді:

Nа₂SO₃ + 2KMnО₄ + 2КОН ® Nа₂SO₄ + 2К₂MnО₄ + H₂O.

Приклад 4. Чи можливо як окиснювач у кислому середовищі використовувати K₂Cr₂O₇ у наступних процесах:

а) 2F^– - 2e^- ® F₂; j⁰ = + 2,85 B;

б) 2Br^– - 2e^- ® Br₂; j⁰ = + 1,06 B?

Стандартний окисно-відновний потенціал системи:

j⁰(Cr₂O₇^2– + 14Н⁺/2Cr³⁺ + 7H₂O) = 1,33 B.

Розв’язання. Для визначення напрямку окисно-відновної реакції необхідно визначити ЕРС: ЕРС = j⁰(ок.) – j⁰(відн.),

де j⁰(ок.) і j⁰(відн.) – стандартні потенціали відповідно окисника і відновника. Реакція можлива, якщо ЕРС > 0. Для визначення можливості перебігу окисно-відновної реакції визначаємо ЕРС наступних систем:

а) F₂ | 2F^– || Cr₂O₇^2– + 14Н⁺ | 2Cr³⁺ + 7H₂O

ЕРС = 1,33 – 2,85 = – 1,52 В;

б) Br₂ | 2Br^– || Cr₂O₇^2– + 14Н⁺ | 2Cr³⁺ + 7H₂O

ЕРС = 1,33 – 1,06 = + 0,27 В.

Таким чином, дихромат калію (K₂Cr₂O₇) може бути використаний як окиснювач тільки для процесу: 2Br^– - 2e^- ® Br₂.