Учебное пособие: Окислительно-восстановительные реакции

В данной реакции степень окисления атомов серы S^2- повысилась с 2- до 6+; следовательно, S^2- является восстанови­телем. А степень окисления атомов азота N⁵⁺ понизилась с 5+ до 2+; следовательно, N⁵⁺ является окислителем. На основании этого составляем схему электронного баланса реакции:

N⁵⁺ + 3e® N^{2+ │} 40 окислитель, процесс восстановления

S^2- - 40e ®S⁶⁺ │ 3 восстановитель, процесс окисления

Пользуясь правилом электронного баланса, определяем общее число перемещающихся электронов нахождения наименьшего кратного. В данном случае оно равно 120.

4. Находим основные коэффициенты, то есть коэффициенты при окислителе и восстановителе

3 Sb₂ S₅ + 40 HNO₃ = H₃ SbO₄ + NO + H₂ SO₄ .

5. Согласно закону сохранения массы расставляем коэффици­енты в правой части уравнения (продукты реакции) перед окисленной и восстановленной формами:

3 Sb₂ S₅ + 40 HNO₃ = H₃ SbO₄ + 40 NO + 15 H₂ SO₄ .

6. Проверяем число атомов каждого элемента (кроме водорода и кислорода) в исходных веществах и продуктах реакции и подводим баланс по этим элементам, расставляя коэффициенты:

3 Sb₂ S₅ + 40 HNO₃ = 6 H₃ SbO₄ + 40 NO + 15 H₂ SO₄ .

7. Проверяем число атомов водорода в левой и правой частях уравнения и определяем число участвующих в реакции молекул воды

3 Sb₂ S₅ + 40 HNO₃ + 4 Н₂ О = H₃ SbO₄ + 40 NO + 15 H₂ SO₄ .

8. Проверяем сумму атомов кислорода в левой и правой частях уравнения. Если баланс по кислороду сходится, то уравнение реак­ции составлено правильно.

Все вышеописанные операции производятся последовательно с одним и тем же уравнением и переписывать реакцию несколько раз не имеет смысла. Уравнение реакции окисления сульфида сурьмы азотной кислотой, с учетом схемы электронного баланса, запишется следующим образом:

3 Sb₂ S₅ + 40 HNO₃ + 4 Н₂ О = H₃ SbO₄ + 40 NO + 15 H₂ SO₄ .

3	5S2- - 40ē = 5S6+	восстановитель (окисление)
40	N5+ + 3ē = N2+	окислитель (восстановление)

Особые случаи составления уравнений окислительно-восстановительных реакций

Рассмотренная методика составления окислительно-восстановительных реакций применима к большинству простых и сложных процессов. Но в некоторых специальных случаях необходимы допол­нительные пояснения.

1. Если число электронов, отдаваемое восстановителем, и чис­ло электронов, присоединяемое окислителем, имеют общий наиболь­ший делитель, то при нахождении коэффициентов оба числа делят на него. Например, в реакции

HCl⁷⁺ O₄ + 4S⁴⁺ O₂ + 4H₂ O = 4H₂ S⁶⁺ O₄ + HCl^1-

основными коэффициентами для восстановителя и окислителя будут не 6 и 2, а 4 и 1.

Если число участвующих в реакции электронов нечетно, а в результате получается четное число атомов, то коэффициенты удваиваются. Например, в реакции

2Fe³⁺ Cl₃ + 2HJ^1- = J₂ ⁰ + 2Fe²⁺ Cl₂ + 2HCl

основными коэффициентами будут не 1 и 1, а 2 и 2.

2. Окислитель или восстановитель иногда дополнительно расходуется на связывание получающихся продуктов (солеобразование).
Например, в реакции

Cu + 2HNO₃ + 6HNO₃ = 3Cu(NO₃ )₂ + 2NO + 4H₂ O

на окисление на связывание на 3 атома восстановителя Сu⁰ требуется для окисления 2 моле­кулы окислителя HNO₃ ; кроме того, на образование нитрата меди - трех молекул - требуется еще 6 молекул HNO₃ для связывания трех атомов меди. Таким образом, общий расход азотной кислоты: 2 молекулы на окисление плюс 6 молекул на связывание (солеобразование), то есть всего 8 молекул HNO₃ . И оконча­тельно уравнение примет вид:

3Cu + 8HNO₃ = 3Cu(NO₃ )₂ + 2NO + 4H₂ O.

З. Если в реакции число элементов, изменяющих свою степень окисления, больше двух, то устанавливают общее число электронов, отдаваемых восстановителями, и общее число электронов, присоединяемых окислителями, а в остальном соблюдается общий порядок составления уравнения реакции. Например,

3As³⁺ ₂ S^2- ₃ + 28HN⁵⁺ O₃ + 4H₂ O ® 6H₃ As⁵⁺ O₄ + 9H₂ S⁶⁺ O₄ + 28N²⁺ O

2As³⁺ - 4e® 2As⁵⁺ -28e 3