Сложные ОВР

Одними из самых сложных окислительно-восстановительных реакций являются реакции, в которых образуются кислые соли. Рассмотрим некоторые из этих реакций подробно.

 

Реакция 1.

3PH3 + 8KMnO4 →  

 

Mn⁺⁷ восстанавливается до Mn⁺⁴, т.е. с образованием осадка MnO2, так как реакция протекает в нейтральной среде (правило).

 

Наиболее устойчивой степенью окисления фосфора является ст. ок. +5, поэтому в реакциях с любыми окислителями все соединения, имеющие фосфор в других степенях окисления, окисляются до ст. ок. +5, т.е. в растворе это ионы PO4^3–. Соединения, которые содержат данные ионы и теоретически могут образовываться в данной реакции: H3PO4, KH2PO4, K2HPO4, K3PO4.

 

Электронный баланс:
3| P^–3 -8e → P⁺⁵
8| Mn⁺⁷ + 3e → Mn⁺⁴

 

Но как понять, что будет образовываться средняя, а не кислая соль или кислота? Для этого для начала предположим, что образуются H3PO4 и KOH.

Расставляем коэффициенты согласно электронному балансу: коэффициент 3 перед PH3 и H3PO4, 8 перед KMnO4, MnO2 и KOH.

 

3PH3 + 8KMnO4 → (8MnO2 + 3H3PO4 + 8KOH)  - предполагаемые продукты.

 

Далее рисуем 3 молекулы H3PO4 и 8 KOH, согласно коэффициентам в реакции:

На следующем этапе вычеркиваем атомы H и OH, они взаимоуничтожаются. Имеем 9 атомов водорода (в трёх молекулах H3PO4) и 8 групп OH. 8 атомов Н и 8 групп ОН сокращаются, а один атом H остаётся. Это означает, что образуется кислая соль.

 

Важно: сначала вычеркиваем по одному атому Н из каждой молекулы H3PO4:

Видим, что остались два иона PO4^3– и один ион HPO4^2–:

Подставляя оставшиеся ионы калия, получаем среднюю и кислую соли: 2K3PO4 и K2HPO4. В уравнении заменяем фосфорную кислоту и щелочь на получившиеся соли:

3PH3 + 8KMnO4 → 8MnO2 + 2K3PO4 + K2HPO4.

 

Далее вычислим количество атомов кислорода в реагентах: 32 и продуктах: 16+8+4=28. Видим, что в продуктах не хватает четырёх атомов кислорода, следовательно, дописываем 4 молекулы воды:

 

3PH3 + 8KMnO4 → 8MnO2 + 2K3PO4 + K2HPO4 + 4H2O.

Проверяем, что атомы водорода уравнялись.

 

Подробнее про эту схему определения продуктов реакции можно посмотреть в лекции Ивана Ермолаева по ссылке.

 

 

Реакция 2.

NaHSO3 + KMnO4 →  

 

Знаем, что KMnO4 - сильный окислитель, который окислит S⁺⁴ до S⁺⁶, т.е. до сульфат иона. Так как реакция протекает в нейтральной среде, выпадает осадок MnO2.

 

Электронный баланс:

3| S⁺⁴ -2e → S⁺⁶

2| Mn⁺⁷ + 3e → Mn⁺⁴

 

Аналогично предыдущему примеру, предполагаем, что в реакции образуются H2SO4, KOH и NaOH, так как на самом деле мы не знаем какая соль образуется: средняя или кислая. Расставляем коэффициенты согласно электронному балансу: 3 перед NaHSO3, H2SO4 и NaOH; 2 перед KMnO4, MnO2 и KOH. Как результат этого шага, мы уравняли количества атомов S, Mn, K и Na:

 

3NaHSO3 + 2KMnO4 → 2MnO2 + (3H2SO4 + 2KOH + 3NaOH) - предполагаемые продукты.

 

Далее нужно нарисовать 3 молекулы H2SO4, 2 молекулы KOH и 3 молекулы NaOH:

H  H  SO4    KOH    NaOH

H  H  SO4    KOH    NaOH

H  H  SO4                NaOH

 

Видим, что имеем 6 атомов Н и 5 групп ОН, т.е. снова имеем атомов водорода на один больше, чем групп ОН. Это говорит о том, что образуется кислая соль. Если вычеркнуть все H и ОН, останутся 2SO4^2–, HSO4^–, 2K⁺ и 3Na⁺.

 

Эти тоны теперь нужно соединить в молекулы для написания реакции: K2SO4, Na2SO4 и NaHSO4.  В уравнении заменяем серную кислоту и две щелочи на получившиеся соединения:

3NaHSO3 + 2KMnO4 → 2MnO2 + K2SO4 + Na2SO4 + NaHSO4.

 

Далее вычислим количество атомов кислорода в реагентах: 9+8=17 и продуктах: 4+4+4+4=16. Видим, что в продуктах не хватает одного атома кислорода, следовательно, дописываем одну молекулу воды:

 

3NaHSO3 + 2KMnO4 → 2MnO2 + K2SO4 + Na2SO4 + NaHSO4 + H2O.

Проверяем, что атомы водорода уравнялись.