МЕТОД ЭЛЕКТРОННО-ИОННОГО БАЛАНСА (МЕТОД ПОЛУРЕАЦИЙ)
Сегодня мы научимся расставлять коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях (сокращенно ОВР) методом электронно-ионного баланса.
Задание обычно звучит так:
Подберите коэффициенты к уравнениям окислительно-восстановительной реакции, используя метод электронно-ионного баланса, укажите окислитель и восстановитель, процессы окисления и восстановления.
Для примера разберем следующую ОВР:
Cl2 + K2S + KOH → KCl + K2SO4 + H2O
С чего начать?
Первым делом «растворяем то, что растворяется», иначе говоря, растворимые соединения разбиваем на анионы (отрицательно заряженные ионы) и катионы (положительно заряженные ионы).
Для нашей реакции:
Сl20 + K21+ + S2- + K1+ + OH1- → K1+ + Cl1- + K21+ + SO42- + H2O
Сокращаем те ионы, которые повторяются и слева, и справа и получаем уравнение реакции в ионно-молекулярном виде:
Сl20 + S2- + OH1- → Cl1- + SO42- + H2O
Определим среду нашей ОВР. Ионы OH- в левой части реакции говорят нам, что среда щелочная. Это хуже, чем кислотная, но мы справимся ☺
Расставим степени окисления над каждым атомом. Принцип очень простой: степень окисления кислорода (почти) всегда 2-; водорода – 1+; степень окисления металлов равна порядковому номеру группы в таблице Менделеева, где живет этот металл. Степени окисления оставшихся атомов вычисляем, вычитая из степени окисления всего иона степени окисления известных атомов.
Сl20 + S2- + O2-H1+ → Cl1- + S6+O42- + H2O2-
Видно, что в ОВР изменяются степени окисления хлора (было 0, стало 1-) и серы (было 2-, стало 6+).
Степень окисления хлора уменьшилась, т.е. он забрал себе лишние электроны. Степень окисления серы увеличилась, т.е. она электроны отдала. Ион, отдавший ионы, называется восстановителем; получивший электроны – окислителем.
Теперь записываем две полуреакции для серы и для хлора:
Cl20 → Cl1- - окислитель, полуреакция восстановления
S2- → SO42- - восстановитель, полуреакция окисления
После десятка-другого ОВР все описанное выше делается в уме за несколько секунд.
Теперь начинаем работать с выделенными полуреакциями.
Cl20 → Cl1-
Шаг первый: уравниваем количество атомов главного элемента (хлора).
Cl20 → 2Cl1-
Шаг второй: уравниваем количество атомов кислорода. У нас кислорода нет, едем дальше.
Шаг третий: уравниваем количество атомов водорода. Водорода тоже нет, едем дальше.
Шаг четвертый: уравниваем заряды с помощью электронов. В нашем случае слева заряд 0, справа 2 заряда по -1, достаточно очевидно, что нужно добавить 2 электрона слева. Что мы и делаем:
Cl20 + 2е → 2Cl1-
Одна полуреакция готова. Принимаемся за вторую.
S2- → SO42-
Шаг первый: уравниваем количество атомов главного элемента (серы). У нас они уже равны, едем дальше.
Поскольку среда щелочная, шаг второй и шаг третий объединяем: нужно уравнять количества атомов кислорода и водорода, причем делать это нужно, добавляя слева ионы OH-, а справа молекулы воды. Я это делаю обычно перебором. В нашем случае справа нужно добавить 8 ионов OH-, а слева – 4 молекулы воды.
S2- + 8OH- → SO42- + 4H2O
Все атомы уравнялись.
Шаг четвертый: уравниваем заряды с помощью электронов. В нашем случае слева заряд -10, справа -2, вычитаем слева 8 электронов:
S2- + 8OH- - 8e → SO42- + 4H2O
Теперь выписываем наши уравненные полуреакции рядом. Хлор забирает 2 электрона, сера отдает 8 электронов, значит, чтобы все сошлось, необходимо умножить полуреакцию хлора на 4.
А если делать на автомате, то записываем количество электронов, сокращаем (если сокращается) и меняем местами. На получившееся число умножаем полуреакцию и собираем обратно в молекулярно-ионную запись.
Cl20 + 2е → 2Cl- 2→1→4
S2- + 8OH- - 8e → SO42- + 4H2O 8→4→1
4Сl20 + S2- + 8OH- → 8Cl- + SO42- + 4H2O
Проверяем, все ли сходится: хлора – по 8 атомов с каждой стороны, серы – по 1, водорода – по 8, кислорода – по 8.
С теми же коэффициентами переписываем полную ОВР.
4Cl2 + K2S + 8KOH → 8KCl + K2SO4 + 4H2O
Готово.
Для закрепления рассмотрим еще одну реакцию, на этот раз с кислой средой. Не буду расписывать так же подробно, только ключевые моменты.
K2Cr2O7 + Al + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + Al2(SO4)3 + K2SO4 + H2O
Наметанным глазом сразу видно: степени окисления меняются у алюминия и у хрома. Выписываем полуреакции и уравниваем их.
Первая полуреакция:
Al0 → Al3+
Шаг первый: уравниваем количество атомов главного элемента – выполнено.
Шаг второй: уравниваем количество атомов кислорода – выполнено.
Шаг третий: уравниваем количество атомов водорода – выполнено.
Шаг четвертый: уравниваем заряды с помощью электронов. Слева заряд 0, справа +3, нужно вычесть слева 3 электрона. Алюминий электроны отдает, значит, он в реакции восстановитель, а его полуреакция является полуреакцией окисления.
Al0 – 3e → Al3+
Вторая полуреакция:
Cr2O72- → Cr3+
Шаг первый: уравниваем количество атомов главного элемента.
Cr2O72- → 2Cr3+
Шаг второй: уравниваем количество атомов кислорода с помощью воды.
Cr2O72- → 2Cr3+ + 7H2O
Шаг третий: уравниваем количество атомов водорода c помощью ионов H+, потому что среда кислая. О том, что она кислая, нам говорит наличие кислоты в левой части реакции (если бы мы записали ионно-молекулярную форму реакции, слева остались бы ионы H+)
Cr2O72- + 14H+ → 2Cr3+ + 7H2O
Шаг четвертый: уравниваем заряды с помощью электронов. Слева заряд +12, справа 2 раза по +3, нужно добавить слева 6 электрона. Хром электроны забирает, значит, он в реакции окислитель, а его полуреакция является полуреакцией восстановления.
Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O
Выписываем полуреакции рядом и производим манипуляции с электронами:
Al0 – 3e → Al3+ 3→1→2
Cr2O72- + 14H+ + 6e → 2Cr3+ + 7H2O 6→2→1
Собираем две полуреакции в ионно-молекулярную реакцию, домножив, соответственно, на полученные числа.
Cr2O72- + 2Al0 + 14H+ → 2Cr3+ + 2Al3+ + 7H2O
Восстанавливаем полную реакцию, расставляя найденные коэффициенты:
K2Cr2O7 + 2Al + 7H2SO4 → Cr2(SO4)3 + Al2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O
Для проверки я обычно считаю, сходятся ли количества атомов кислорода: слева у нас 7+7*4=35 атомов, справа – 3*4+3*4+4+7=35 атомов.
Кислород сошелся, значит, все верно.
Любую ОВР можно уравнять описанным методом. Бывают, конечно, более сложные варианты, но смысл всегда один и тот же.
Дерзайте, и у вас все получится.
Если у Вас есть вопросы по решению данной задачи (или другой), пишите на наш e-mail botva-project@yandex.ru, мы всегда готовы помочь.
С уважением, Botva-Project
Контакты и реквизиты
|
Ботва Вконтакте: |
|
|
Кошелек Yandex-деньги: |
41001685155788 |
|
|
Группа Вконтакте: |
|
|
QIWI-кошелек: |
9099441606 |
|
Электронная почта: |
botva-project@yandex.ru |
|
|
Кошелек Webmoney: |
R517790048459 |