Составление молекулярных уравнений ОВР
Схема электронного баланса показывает, какие частицы отдают и принимают электроны, но ещё не является уравнением реакции. Чтобы получить полное молекулярное уравнение ОВР, нужно определить вещества, расставить коэффициенты, проверить атомы и заряд, а также указать среду реакции.
Молекулярное уравнение записывает реакцию формулами реально участвующих веществ: молекул, кислот, оснований, солей и простых веществ. В ОВР одновременно изменяются степени окисления элементов: один участник отдаёт электроны, другой принимает их. Подробно признаки окислительно-восстановительной реакции рассматриваются на соседней странице.
От электронного баланса к молекулярному уравнению
Работу удобно выполнять в определённом порядке. Сначала записывают схему реакции: исходные вещества и предполагаемые продукты. Затем находят элементы, изменяющие степени окисления, и составляют электронный баланс. На этом этапе полезно повторить правила определения степеней окисления.
- Запишите формулы всех реагентов и продуктов, учитывая условие реакции: кислую, щелочную или нейтральную среду.
- Определите степени окисления изменяющихся элементов.
- Запишите переходы: повышение степени окисления соответствует отдаче электронов, понижение — принятию.
- Подберите множители так, чтобы число отданных электронов стало равно числу принятых.
- Перенесите найденные множители к соответствующим веществам в молекулярной схеме.
- Доуравняйте остальные элементы и проверьте количество атомов каждого элемента.
- Проверьте, что коэффициенты имеют наименьшие целые значения.
В любой ОВР суммарное число электронов, отданных восстановителем, равно суммарному числу электронов, принятых окислителем. Коэффициенты электронного баланса становятся основой коэффициентов перед веществами, содержащими изменяющиеся элементы.
Как расставлять коэффициенты
Важно различать индексы и коэффициенты. Индекс входит в состав формулы вещества и при уравнивании не изменяется: нельзя превращать \(\mathrm{H_2SO_4}\) в \(\mathrm{H_2SO_3}\). Коэффициент ставят перед формулой и умножают на все атомы этой формулы.
| Этап | Что проверяем | Пример вопроса |
|---|---|---|
| Состав веществ | Правильно ли определены реагенты и продукты? | Какой продукт образует окислитель? |
| ОВР-часть | Сошлись ли электроны? | Кто отдаёт электроны? |
| Остальные атомы | Совпадает ли число атомов? | Сколько атомов кислорода слева и справа? |
| Итог | Наименьшие ли коэффициенты? | Можно ли сократить их на общий делитель? |
Если реакция протекает в растворе кислоты, источником водорода часто является \(\mathrm{H_2O}\) или \(\mathrm{H^+}\) в ионной записи, а в молекулярном уравнении — соответствующая кислота. В щелочной среде учитывают \(\mathrm{OH^-}\) и воду. Специальные алгоритмы разобраны на страницах о кислой среде, щелочной среде и нейтральной среде.
Что означает повышение степени окисления элемента в электронном балансе?
Разобранный пример: перманганат калия и соляная кислота
Составим молекулярное уравнение реакции \(\mathrm{KMnO_4}\) с концентрированной \(\mathrm{HCl}\). В кислой среде перманганат восстанавливается до \(\mathrm{MnCl_2}\), а хлорид-ионы окисляются до \(\mathrm{Cl_2}\). Поэтому схема имеет вид: \(\mathrm{KMnO_4 + HCl -> KCl + MnCl_2 + Cl_2 + H_2O}\).
Марганец в \(\mathrm{KMnO_4}\) имеет степень окисления \(+7\), а в \(\mathrm{MnCl_2}\) — \(+2\): он принимает 5 электронов. Хлорид-ион содержит хлор со степенью окисления \(-1\); в \(\mathrm{Cl_2}\) она становится 0, поэтому два иона хлора отдают 2 электрона.
Проверяйте не только атомы, но и смысл реакции. В примере хлорид-ионы должны присутствовать в достаточном количестве: часть входит в \(\mathrm{KCl}\) и \(\mathrm{MnCl_2}\), а часть превращается в \(\mathrm{Cl_2}\). Поэтому коэффициент перед кислотой нельзя выбирать только по электронному балансу.
Окислитель, восстановитель и побочные ионы
Окислитель принимает электроны и сам восстанавливается. Восстановитель отдаёт электроны и сам окисляется. В молекулярном уравнении одно и то же вещество может выполнять несколько функций: \(\mathrm{HCl}\) в рассмотренной реакции даёт \(\mathrm{Cl^-}\), часть которого является восстановителем, а \(\mathrm{H^+}\) участвует в образовании воды.
Не все ионы обязательно изменяют степень окисления. Например, \(\mathrm{K^+}\) в реакции перманганата остаётся \(\mathrm{K^+}\) и переходит в \(\mathrm{KCl}\). Такие частицы называют ионами-«зрителями», но в молекулярном уравнении их необходимо сохранить, поскольку они входят в состав исходных и конечных веществ.
1. Меняют индексы вместо коэффициентов. 2. Ставят коэффициенты только по электронному балансу и забывают проверить кислород, водород и ионы. 3. Путают окислитель с восстановителем. 4. Не учитывают среду реакции. 5. Записывают неверные продукты: например, предполагают \(\mathrm{MnO_2}\) там, где в кислой среде образуется \(\mathrm{Mn^{2+}}\). 6. Оставляют дробные или не сокращённые коэффициенты.
Алгоритм для экзамена
- Определите, является ли реакция ОВР, и найдите изменяющиеся элементы.
- Уточните среду и возможные продукты реакции.
- Составьте электронный баланс и уравняйте электроны.
- Расставьте коэффициенты перед основными окислителем и восстановителем.
- Доуравняйте металлы, неметаллы, водород и кислород.
- Проверьте атомы, заряд в ионной форме и минимальность коэффициентов.
Если молекулярное уравнение трудно составить сразу, сначала применяют ионно-электронный метод. Он особенно удобен для реакций в растворах, где нужно правильно добавить воду, \(\mathrm{H^+}\) или \(\mathrm{OH^-}\). После уравнивания сокращённого ионного уравнения его переводят в молекулярное, добавляя ионы, необходимые для образования исходных веществ.
Итоговая проверка
Главное
- Электронный баланс уравнивает отдачу и принятие электронов, но не заменяет молекулярное уравнение.
- Коэффициенты переносят из баланса к веществам, содержащим изменяющиеся элементы; индексы не меняют.
- После ОВР-части обязательно доуравнивают остальные элементы и учитывают среду реакции.
- Окислитель принимает электроны, восстановитель отдаёт их.
- Готовое уравнение проверяют по атомам, смыслу продуктов и наименьшим целым коэффициентам.