Решение ОВР с учетом характера среды

Рассмотрим принцип влияния химической среды на примере окислительно-восстановительной реакции, которая имеет разные продукты в зависимости от химической среды раствора.

Кислая среда

KMn⁺⁷O₄ + NaN⁺³O₂ + H₂SO₄ → NaN⁺⁵O₃ + Mn⁺²SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Степень окисления изменяют марганец Mn⁺⁷, который входит в состав реально существующего иона MnO₄^- и является типичным окислителем, и азот N⁺³, который входит в состав иона NO₂^- и является восстановителем.

Схема реакции восстановления: MnO₄^- + 5e → Mn²⁺.

Данная схема показывает форму существования марганца до и после восстановления, но не учитывает атомы кислорода, которые в левой части полуреакции входят в состав перманганат-иона MnO₄^- , а в правой части - их нет. Для связывания атомов кислорода в кислой среде используют катионы водорода H⁺, причем для связывания одного атома кислорода необходимо два катиона водорода – получаем молекулу воды: О^-2 + H⁺ = H₂O.

В данной реакции необходимо связать четыре атома кислорода, поэтому надо взять 8H⁺ и первую полуреакцию запишем:

MnO₄^- + 5e + 8H⁺ = Mn²⁺ + 4H₂O.

Схема реакции окисления: NO₂^- - 2e → NO₃^-.

В левой части два атома кислорода, а в правой – три. В кислой среде недостающий кислород берем из молекул воды H₂O, полуреакция принимает вид:

NO₂^- - 2e + H₂O = NO₃^- + 2Н⁺.

На основании двух полуреакций составим электронно-ионный баланс.

16H⁺ в левой части уравнения и 10H⁺ в правой, поэтому, вычитая, получим в результате 6H⁺ (16H⁺ -10H⁺ = 6H⁺). Такое же действие проводим с молекулами воды (5H₂O – 8H₂O = 3H₂O). В правой части остаются 3 молекулы воды. Исходя из полученного баланса, расставляем коэффициенты в уравнение:

2KMnO₄ + 5NaNO₂ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5NaNO₃ + K₂SO₄ + 3H₂O

Щелочная среда

KMn⁺⁷O₄ + NaN⁺³O₂ + NaОН → К₂Mn⁺⁶O₄ + Na₂Mn⁺⁶O₄ + NaN⁺⁵O₃ + H₂O.

Степень окисления изменяют марганец Mn⁺⁷, который входит в состав реально существующего иона MnO₄^- и является типичным окислителем, и азот N⁺³, который входит в состав иона NO₂^- и является восстановителем.

Схема реакции восстановления: MnO₄^- + 1e → MnO₄^2-..

В данном случае при переходе марганца из перманганат-иона MnO₄^- в манганат-ион MnO₄^2- атомный состав кислотного остатка не меняется, изменяется только его заряд. Поэтому никаких дополнительных действий производить не надо.

Схема реакции окисления: NO₂^- - 2e → NO₃^-.

Состав кислотного остатка в восстановителе изменяется – увеличивается на один атом кислорода. В щелочной среде недостающий кислород берем из гидроксогрупп, причем на каждый требующийся кислород необходимо взять две гидроксогруппы: 2ОН^- = О^-2 + H₂O. С учетом вышесказанного вторая полуреакция приобретает вид:

NO₂^- - 2e + 2OH^- = NO₃^- + H₂O.

На основании двух полуреакций составим электронно-ионный баланс.

Исходя из полученного баланса, расставляем коэффициенты в уравнение:

2KMnO₄ + NaNO₂ + 2NaOH = K₂MnO₄ + Na₂MnO₄ + NaNO₃ + H₂O.

Нейтральная среда

KMn⁺⁷O₄ + NaN⁺³O₂ + H₂O → Mn⁺⁴O₂↓ + NaN⁺⁵O₃ + KOH.

Степень окисления изменяют марганец Mn⁺⁷, который входит в состав реально существующего иона MnO₄^- и является типичным окислителем, и азот N⁺³, который входит в состав иона NO₂^- и является восстановителем.

Схема реакции восстановления: MnO₄^- + 3e → MnO₂ .

В перманганат-ионе присутствуют четыре атома кислорода, а в диоксиде марганца MnO₂ всего два атома кислорода. Поэтому надо связать кислород, высвобождающийся в реакции. Для связывания атомов кислорода в нейтральной среде используют молекулы воды, причем молекула воды присоединяет атом кислорода и превращается в две гидроксогруппы: О^-2 + H₂O = 2ОН^-.

В данной реакции необходимо связать два атома кислорода, поэтому надо взять две молекулы воды: MnO₄^- + 3e + 2Н₂О = MnO₂ + 4OH^-.

Схема реакции окисления: NO₂^- - 2e + H₂O → NO₃^- + 2Н⁺.

Состав кислотного остатка в восстановителе изменяется – увеличивается на один атом кислорода. В нейтральной среде недостающий кислород берем из молекул воды, при этом высвобождается два катиона водорода: H₂O = О^-2 + 2Н⁺ .

Полуреакция окисления: NO₂^- - 2e + H₂O = NO₃^- + 2Н⁺ .

На основании двух полуреакций составим электронно-ионный баланс.

Исходя из полученного баланса, расставляем коэффициенты в уравнение:

2KMnO₄ + 3NaNO₂ + H₂O = 2MnO₂↓ + 3NaNO₃ + 2KOH.

Обычно, правильность расстановки коэффициентов в уравнении определяют по равенству атомов кислорода в левой и правой частях уравнения реакции. В данной реакции кислорода по 15 атомов в обеих частях уравнения.