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⁺ + S^2- + K¹⁺ + OH^1- → K¹⁺ + Cl^1- + K₂¹⁺ + SO₄^2- + H₂O

Сокращаем те ионы, которые повторяются и слева, и справа и получаем уравнение реакции в ионно-молекулярном виде:

Сl₂⁰ + S^2- + OH^1- → Cl^1- + SO₄^2- + 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 + S^2- + O^2-H¹⁺ → Cl^1- + S⁶⁺O₄^2- + H₂O^2-

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 → Cl^1- - окислитель, полуреакция восстановления

S^2- → SO₄^2- - восстановитель, полуреакция окисления

После десятка-другого ОВР все описанное выше делается в уме за несколько секунд.

Теперь начинаем работать с выделенными полуреакциями.

Cl₂⁰ → Cl^1-

Шаг первый: уравниваем количество атомов главного элемента (хлора).

Cl₂⁰ → 2Cl^1-

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 → 2Cl^1-

Одна полуреакция готова. Принимаемся за вторую.

S^2- → SO₄^2-

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.

S^2- + 8OH^- → SO₄^2- + 4H₂O

Все атомы уравнялись.

Шаг четвертый: уравниваем заряды с помощью электронов. В нашем случае слева заряд -10, справа -2, вычитаем слева 8 электронов:

S^2- + 8OH^- - 8e → SO₄^2- + 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

S^2- + 8OH^- - 8e → SO₄^2- + 4H₂O               8→4→1

4Сl₂⁰ + S^2- + 8OH^- → 8Cl^- + SO₄^2- + 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:

Cr₂O₇^2- → Cr³⁺

Шаг первый: уравниваем количество атомов главного элемента.

Cr₂O₇^2- → 2Cr³⁺

Шаг второй: уравниваем количество атомов кислорода с помощью воды.

Cr₂O₇^2- → 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⁺)

Cr₂O₇^2- + 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.

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e → 2Cr³⁺ + 7H₂O

Выписываем полуреакции рядом и производим манипуляции с электронами:

Al⁰ – 3e → Al³⁺                                                          3→1→2

Cr₂O₇^2- + 14H⁺ + 6e → 2Cr³⁺ + 7H₂O               6→2→1

Собираем две полуреакции в ионно-молекулярную реакцию, домножив, соответственно, на полученные числа.

Cr₂O₇^2-  +  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