Как решать окислительно-восстановительные реакции?

Окислительно-восстановительными называют реакции, в результате которых взаимодействующие химические элементы изменяют свои степени окисления путем передачи своих, или наоборот присоединения чужих электронов. Рассмотрению теоретических основ и решению практических задач в области окислительно-восстановительных реакций отведено значительное место в курсе общей химии средней школы. Для учеников очень важно овладеть навыками решения окислительно-восстановительных реакций.

Как решать окислительно-восстановительные реакции
Решение уравнений окислительно-восстановительных реакций зависит от исходных данных и поставленной задачи. Чаще всего задачи сводятся к определению формулы продуктов реакции на основе степеней окисления участвующих в ней элементов и уравниванию обоих частей уравнения на основе коэффициентов, подобранных на основе метода электронного баланса.

1. Решение данного типа уравнений невозможно без четкого понимания основных терминов и определений. Мы рассказывали о них в статьях как определить окислитель и восстановитель и как найти степень окисления элемента.
   
2. Если по условиям задача химическая формула продукта реакции вам неизвестна, то определите ее сами, учитывая степени окисления вступающих во взаимодействие элементов. Рассмотрим это на примере окисления железа.
   
   Fe + O₂ → FeO

   
   
3. Железо, вступая во взаимодействие с молекулами кислорода, образует химическое соединение под названием оксид. Проставим степени окисления для участвующих в реакции химических элементов и этим же элементам, но уже входящим в состав продукта реакции.
   
   Fe⁰ + O₂⁰ → Fe⁺³O^-2

   
   
4. Из схемы реакции видно, что данная реакция является окислительно-восстановительной, так как степень окисления изменилась у обоих участвующих в ней веществ: и у железа, и у кислорода.
   
5. Железо приобретает заряд +3, следовательно оно отдает три электрона и является восстановителем для кислорода, который приобретает заряд -2, а следовательно принимает два электрона.
   
   Fe⁰ - 3e → Fe⁺³
   O₂⁰ + 4e → O^-2

   
   
6. Чтобы химическая формула оксида железа приобрела правильный вид необходимо правильно расставить индексы для данного продукта реакции. Выполняется это через нахождение наименьшего общего кратного. Находим, что между 3 и 2 наименьшее общее кратное равно 6. Индексы определяем следующим образом: делим наименьшее общее кратное на степень окисления каждого элемента и записываем в формулу. В результате получаем правильную формулу оксида железа.
   
   Fe + O₂ → Fe₂O₃

   
   
7. Теперь схему необходимо проверить по методу электронного баланса и при необходимости уравнять ее левую и правую части. Как видно из п.5 железо отдает три электрона, а молекула кислорода принимает четыре электрона. Очевидно, что схема реакции нуждается в уравнивании с помощью коэффициентов.
   
8. Подбор коэффициентов также выполняют через определение наименьшего общего кратного для полученных и переданных электронов.
   
   Fe⁰ - 3e → Fe⁺³ | НОК=12 | 4
   O₂⁰ + 4e → O^-2 | НОК=12 | 3

   
   
   В нашем примере общее кратное (НОК) между участвующими в реакции электронами будет равно 12. Получим коэффициенты, разделив НОК на количество электронов и перенесем их в уравнение.
   
   4∙Fe + 3∙O₂ = Fe₂O₃

   
   
9. Для полного соблюдения электронного баланса остается установить коэффициент 2 в правой части.
   4∙Fe + 3∙O₂ = 2∙Fe₂O₃

   
   
10. Проверим выполнение условия электронного баланса.
    
    4∙Fe⁰ - 4∙3e → 2∙Fe₂⁺³
    3∙O₂⁰ + 3∙4e → 2∙O_3^-2

    
    
    Количество отданных железом электронов уравнялось с количеством принятых кислородом и составило 12. Следовательно, электронный баланс достигнут подбором коэффициентов.

Пусть вас не смущает простата рассмотренного примера. Главное уяснить принцип решения окислительно-восстановительных реакций и вы сможете решать более трудные задачи. Главное соблюдать следующий алгоритм.

• Запишите схему уравнения и проставьте степени окисления элементов.
• Определите точную химическую формулу продукта реакции на основе степеней окисления, входящих в ее состав элементов.
• Подберите индексы к элементам формулы готового вещества.
• Определите какие элементы изменили степени окисления, кто из них выступил окислителем, а кто восстановителем.
• Выпишите элементы, изменившие свои степени окисления и определите сколько электронов отдал или получил каждый из них.
• Определите коэффициенты, которую нужно установить, чтобы выполнялось условие электронного баланса.
• Запишите уравнение реакции в конечном виде с расставленными коэффициентами.

Наибольшей сложностью в решении окислительно-восстановительных реакций может стать определение формулы продукта или продуктов взаимодействия. Даже опытные химики в некоторых случаях не могут предсказать как будут взаимодействовать вещества без лабораторных опытов. Поэтому, в школьном курсе химии для элементов, вступающих в сложные взаимодействия, чаще всего уже даются точные формулы готового продукта и все, что требуется для решения – это уравнять реакцию.