Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций методом электронно-ионного баланса

Задача 415.
Закончите уравнение, расставив коэффициенты методом электронно-ионного баланса:
SO₂ + KMnO₄ + Н₂О → MnO₂↓ + K₂SO₄ + ....
Решение:
Определяем атомы элементов, в которых произошло измениение степени окисления при реакции. Здесь у марганца произошло уменьшение степени окисления с +7 в KMnO₄ до +4 в MnO₂ (Mn⁺⁷ = Mn⁺⁴⁾, а степень окисления серы увеличилас с +4 в SO₂ до +6 в K₂SO₄ (S⁺⁴ = S⁺⁶). 
Составим уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

2 | MnO₄^- + 2H₂O + 3е = MnO₂ + 4OH^-
3 | SO₂ + 2Н₂О - 2е = SO₄^2- + 4H⁺

2MnO₄^- + 4H₂O + 3SO₂ + 6Н₂О = 2MnO₂ + 8OH^- + 3SO₄^2- + 12H⁺ (ионно-молекулярная форма).

Соединение 8-ми ионов гидроксония с 8-ю ионами водорода образуется 8 молекул воды): 

2MnO₄^- + 4H₂O + 3SO₂ + 6Н₂О = 2MnO₂ + 8Н₂О + 3SO₄^2- + 4H⁺ .

После приведения членов в двух частях равенства, получим:

2MnO₄^2- + 2H₂O + 3SO₂ = 2MnO₂ + 4Н⁺ + 3SO₄^2- .

На основании ионо-молекулярного уравнения составим молекулярное:

2KMnO₄ = 3SO₂ + 2Н₂О = 2MnO₂↓ + K₂SO₄ + 2Н₂SO₄. (молекулярная форма).

Таким образом, при взаимодействии перманганата калия с сернистым газом в нейтральной среде происходит окислительно-восстановительная реакция с образованием соединения марганца со степенью окисления +4 (MnO₂) и соединений серы со степенью окисления +6 (K₂SO₄ и Н₂SO₄). Реакция среды из нейтральной становится кислой.
 

Задача 416.
Закончите уравнения реакций, расставив коэффициенты методом электронно-ионного баланса:
FeCl₂ + HNO₃ + HCl = FeCl₃ + NO + H₂O;
MnCl₂ + KClO + KOH = K₂MnO₄ + KCl + H₂O;
Se + AuCl₃ + H₂O = Au + H₂SeO₃ + HCl.
Решение:
1. FeCl₂ + HNO₃ + HCl = FeCl₃ + NO + H₂O
Определяем атомы элементов, в которых произошло измениен степени окисления. Здесь у железа произошло увеличение степени окисления с +2 в FeCl₂ до +3 в FeCl₃ (Fe⁺² = Fe⁺³), а степень окисления азота уменьшилась с +5 в HNO₃ до +2 в NO (N⁺⁵ = N⁺²). 

Уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

Восстановитель 3|Fe²⁺ - 1e = Fe³⁺ окисление;
       окислитель 1|NO₃^- + 3e + 4H⁺ = NO + 2H₂O - восстановление.

3Fе²⁺ + NO₃^- + 4H⁺ = 3Fe³⁺ + NO + 2H₂O (ионно-молекулярная форма);
После приведения членов равенства получим окончательную молекулярную форму уравнения:

3FeCl₂ + HNO₃ + 3HCl = 3FeCl₃ + NO + 2H₂O (молекулярная форма).

2. MnCl₂ + KClO + KOH = K₂MnO₄ + KCl + H₂O
Определяем атомы элементов, в которых произошло измениен степени окисления. Здесь у марганца произошло увеличение степени окисления с +2 в MnCl₂ до +6 в K₂MnO₄ (Mn⁺² = Mn⁺⁶), а степень окисления хлора уменьшилась с +1 в KCO до -1 в KCl (Cl⁺1 = Cl^-1). 

Уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

Восстановитель 1|2|Mn²⁺ - 4e + 4OH^- = MnO₄^2- + 4H⁺ окисление;
       окислитель 2|4|ClO^- + 2e + Н₂O = Cl^- + 2OH^- - восстановление.

Mn²⁺ + 4OH^- + 2ClO^- + 2H₂O = MnO₄^2- + 4H⁺ + 2Cl^- + 4OH^- (ионно-молекулярная форма).

После приведения членов равенства получим окончательную молекулярную форму уравнения:

MnCl₂ + 2KClO + 4KOH =  K₂MnO₄ + 4KCl + 2H₂O (молекулярная форма).

3. Se + AuCl₃ + H₂O = Au + H₂SeO₃ + HCl
Определяем атомы элементов, в которых произошло измениен степени окисления. Здесь у селена произошло увеличение степени окисления с 0 в Se до +4 в H₂SeO₃ (Se⁰ = Se⁺⁴), а степень окисления золота уменьшилась с +3 в AuCl₃ до 0 в Au (Au⁺³ = Au⁰). 

Уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

Восстановитель 3|Se⁰ - 4e + 3H₂O- = SeO₃^2- + 6H⁺ окисление;
       окислитель 4|Au³⁺ + 3e  = Au⁰ - восстановление.

3Se⁰ + 4Au³⁺ + 9H₂O = 4Au⁰ + 3SeO₃^2- + 18H⁺ (ионно-молекулярная форма).

После приведения членов равенства получим окончательную молекулярную форму уравнения:

3Se + 4AuCl₃ + 9H₂O = 4Au + 3H₂SeO₃ + 12HCl (молекулярная форма).
 

Задача 417.
Решить методом полуреакций:
1. NaBiO₃ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂SO₄ = Bi₂(SO₄)₃ + H₂Cr₂O₇ + Na₂SO₄ + H₂O;
2. KNO₂  +  H₂SO₄  = NO + NO₂ + K₂SO₄ + H₂O;
3. Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = S + Na₂SO₄ + H₂O.
Решение:
1. NaBiO₃ + Cr₂(SO₄)₃ + H₂SO₄ = Bi₂(SO₄)₃ + H₂Cr₂O₇ + Na₂SO₄ + H₂O
Уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

6| BiO₃^- + 6H⁺ + 2e- = Bi³⁺ + 3H₂O;
2| 2Cr³⁺ + 7H₂O - 6e- = Cr₂O₇^2- + 14H⁺.

6BiO₃^- + 4Cr³⁺ + 8H+ = 6Bi³⁺ + 2Cr2O₇^2- + 4H₂O (ионно-молекулярная форма);
6NaBiO₃ + 2Cr₂(SO₄)₃ + 6H₂SO₄ = 3Bi₂(SO₄)₃ + 2H₂Cr₂O₇ + 3Na₂SO₄ + 4H₂O (молекулярная форма).

2. KNO₂  +  H₂SO₄  = NO + NO₂ + K₂SO₄ + H₂O
Уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

1| NO₂^- + 2H⁺ + 1e- = NO + H₂O;
1| NO₂^- - 1e- = NO₂.

2NO₂^- + 2H⁺ = NO + NO₂ + H₂O (ионно-молекулярная форма);
2KNO₂ + H₂SO₄ = NO + NO₂ + K₂SO₄ + H₂O (молекулярная форма).

3. Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = S + Na₂SO₄ + H₂O
Уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

2| S₂O₃^2- + 6H⁺ + 4e- = 2S⁰ + 3H₂O;
1| S2O₃^2- + 5H₂O - 8e- = 2SO₄^2- + 10H⁺.

3S₂O₃^2- + 2H⁺ = 4S⁰ + 2SO₄^2- + H₂O (ионно-молекулярная форма);
3Na₂S₂O₃ + H₂SO₄ = 4S + 3Na₂SO₄ + H₂O (молекулярная форма).
 

Задача 418.
Закончите уравнения, расставив коафициенты методом электронно-ионного баланса:
Mn + HNO₃ = Mn(NO₃)₂ + NO + H₂O;
Mn + NaOH + H₂O = Na₂[Mn(OH)₆] + H₂.
Решение:
Mn + HNO₃ = Mn(NO₃)₂ + NO + H₂O
Запишем растворимые вещества в ионном виде, получим:

Mn + H⁺ + NO₃^- = Mn²⁺ + 2NO₃^- + H₂O.

Здесь у марганца произошло увеличение степени окисления с 0 в Mn до +2 в Mn(NO₃)₂ (Mn⁰ = Mn⁺²), а степень окисления азота уменьшилась с +5 в HNO₃ до +2 в NO (N⁺⁵ = N⁺²). 

Уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

3|Mn⁰ - 2e = Mn⁺² - окисление;
2|NO₃^- + 3e + 4H⁺ = NO + 2H₂O  - восстановление.

3Mn⁰ + 2NO₃^- + 8H⁺ = 3Mn²⁺ + 2NO + 4H₂O (ионно-молекулярное уравнение).

По ионному уравнению составляем молекулярное уравнение:

3Mn + 8HNO₃ = 3Mn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

2. Mn + NaOH + H₂O = Na₂[Mn(OH)₆] + H₂
Запишем растворимые вещества в ионном виде, получим:

Mn + Na⁺ + OH^- + H₂O = 2Na⁺ + [Mn(OH)₆]^2- + H₂.

Здесь у марганца произошло увеличение степени окисления с 0 в Mn до +4 в Na₂[Mn(OH)₆] (Mn⁰ = Mn⁺⁴), а степень окисления водорода уменьшилась с +2 в Н₂О до 0 в Н₂ (Н⁺¹ = Н⁰). 

Уравнения ионно-молекулярного баланса (уравнения полуреакций):

1|Mn⁰ - 4e + 6ОН^- = [Mn(OH)₆]^2- - окисление;
4|Н₂О + 1e  = Н⁰ + ОН^-  - восстановление.

Mn⁰ + 6ОН^- + 4Н₂О = [Mn(OH)₆]^2- + 4Н⁰ + 4ОН^- (ионно-молекулярное уравнение).

После приведения в левой и правой частях равенств запишем ионно-молекулярное уравнение:

Mn⁰ + 2ОН^- + 4Н₂О = [Mn(OH)₆]^2- + 4Н⁰.

По ионному уравнению составляем молекулярное уравнение:

Mn + 2NaOH + 4H₂O = Na₂[Mn(OH)₆] + 2H₂.
 

Задача 419.
Составьте уравнения полуреакций окисления и восстановления с учетом характера среды; назовите процессы:
Р → H₃PO₄ + Н₂.
Решение:
Красного фосфор окисляется водой с образованием ортофосфорной кислоты и водорода. Реакция протекает при температуре 700 — 900 °C в присутствии катализатора (порошок меди или платины, титана, циркония). Ракция красного фосфора с водой протекает по схеме:

Р + Н₂О = Н₃РО₄ + Н₂. 

При этом степень окисления фосфора увеличивается с 0 в Р до +5 в Н₃РО₄ (Р⁰ = Р⁺⁴).

Уравнения ионно-молекулярного баланса:

       Восстановитель 2| P⁰ + 4Н₂O — 5e = РО₄^2- + 8H⁺  окисление;
             Окислитель 5|Н₂О + 2e = H₂⁰ + O₂^-  восстановление.

2P⁰ + 8H₂O + 5H₂O → 2РО₄^2- + 16H⁺ + 5H₂⁰ + 5O₂^- (ионно-молекулярное уравнение).

Сократив одинаковые частицы в левой и правой части уравнения, и, приведя в соответствие количества молей, получаем окончательно ионно-молекулярное уравнение:

2Р⁰ + 8H₂O  → 2РО₄^2- + 6H⁺ + 5H₂⁰;

По ионному уравнению составляем молекулярное уравнение:

2P + 8H₂O → 2H₃РО₄ + 5H₂ (молекулярное уравнение).
 

Задача 420. 
К розовому раствору вещества A прибавили бесцветный раствор Б, при этом получили раствор зелёного цвета. Через несколько минут содержимое стакана приобрело жёлто-бурую окраску. Образованием какого вещества обусловлена конечная окраска?
Решение:
Известно, что водные растворы перманганатов имеют розовую окраску, которая определяется присутствием перманганат-ионов (MnO₄^-). Перманганат-ион (MnO₄^-) в щелочной среде переходит в манганат-ион (MnO₄^2-), который окрашивает раствор в зеленый цвет:

KMnO₄ + K₂SO₃ + KOH = K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

При стоянии раствора манганата идет реакция диспропорционирования, и, зеленый раствор приобретает желто-бурую окраску за счет образования диоксида марганца (MnO₂):

3K₂MnO₄ + 2H₂O = 2KMnO₄ + MnO₂ + 4KOH.