Схема "Кислородная восьмерка" и ее применение при изучении темы "Влияние среды раствора на протекание окислительно-восстановительных реакций"

Схема “Кислородная восьмерка” может быть использована в классах с углубленным изучением химии при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций ионно-электронным методом (метод полуреакций).

Восьмерка состоит из 2-х частей как бы указывающих химический знак элемента кислорода.

Верхняя часть меньше по размерам, нижняя больше. В каждой части указана среда, в которой протекает данный окислительно-восстановительный процесс: [H⁺] – кислая, H₂O – нейтральная, [OH^-] – щелочная.

Каждая часть восьмерки делится на две половинки стрелкой. Стрелка указывает, во что превращается освободившийся кислород или из чего пополняется его недостаток в левой или правой части полуреакции.

Разберем на примере окисления сульфита натрия перманганатом калия в кислой среде:

Na₂SO₃ + KMnO₄ + H₂SO₄ ––> Na₂SO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O.

После записи в ионном виде определяем окислители и восстановители:

(1) SO₃^2- ––> SO₄^2-
(2) MnO₄^- ––> Mn²⁺

Обращаем внимание на число атомов кислорода в левой части полуреакции. В ионе SO₃^2- их меньше, чем в ионе SO₄^2-, а значит, смотрим в меньшую верхнюю часть “восьмерки”. Так как среда кислая, то в левую часть полуреакции дописываем формулу одной молекулы воды по числу недостающих атомов кислорода (см. слева от стрелки в “восьмерке”), справа освобождаются два иона водорода:

(1) SO₃^2- + H₂O ––> SO₄^2- + 2H⁺

Во (2) полуреакции в левой части больше атомов кислорода, чем в правой, значит, смотрим в большую нижнюю часть “восьмерки ” и составляем для кислой среды:

(2) MnO₄^- + 8H⁺ ––> Mn²⁺ + 4H₂O

Затем, согласно методу, указываем число передающихся электронов:

(1) SO32- + H2O – 2e ––> SO42- + 2H+ (2) MnO4- + 8H+ + 5e ––> Mn2+ + 4H2O

10

5 2

Суммируем ионно-электронные уравнения:

5SO₃^2- + 5H₂O – 10e + 2MnO₄^- + 8H⁺ + 10e ––> 5SO₄^2- + 10H⁺ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

Находим и сокращаем подобные члены и получаем ионное уравнение:

5SO₃^2- + 2MnO₄^- + 2H⁺ > 5SO₄^2- + 2Mn²⁺ + 3H₂O

Составляем молекулярное уравнение:

5Na₂SO₃ + 2КMnО₄+3H₂SO₄ ––> 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

Na₂SO₃ + KMnO₄ + KOH ––>

После определения ионов – окислителей и восстановителей приступают к составлению полуреакций. Сульфит-анион окисляется в щелочной среде до сульфат-аниона, а перманганат-анион восстанавливается до манганат-аниона:

(1) SO₃^2- ––> SO₄^2-
(2) MnO₄^- ––> MnO₄^2-

Обращаем внимание на число атомов кислорода в левой части полуреакции. В ионе SO₃^2- их меньше, чем в ионе SO₄^2-, значит, смотрим в меньшую часть “восьмерки”. Так как среда щелочная, то в левую часть полуреакции дописываем ионы OH^-, а в правую – формулу одной молекулы воды по числу недостающих атомов кислорода. Затем уравниваем число атомов водорода. Во второй полуреакции число атомов кислорода одинаково в ионах MnO₄^- и MnO₄^2-, поэтому указываем далее только число переданных электронов. Получаем две полуреакции:

(1) SO32- + 2OH- – 2e ––> SO42- + H2O (2) MnO4- + e ––> MnO42-

2

1 2

Далее, согласно методу, суммируем ионно-электронные уравнения, находим и сокращаем подобные члены и получаем ионное уравнение, которое помогает прогнозировать продукты данной реакции.

SO₃^2- + 2OH^- – 2e + 2MnO₄^- + 2e ––> SO₄^2- + H₂O + 2MnO₄^2-

Составляем молекулярное уравнение:

Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + 2KOH ––> Na₂SO₄ + 2K₂MnO₄ + H₂O

Таким образом, схему “Кислородная восьмерка” можно применять для составления окислительно-восстановительных реакций с учетом дифференциации заданий: на I уровне, если дана полная схема реакции с указанием продуктов, и на II уровне – если необходимо ученику самостоятельно дописать схему реакции и указать ее продукты.