Cкладання рівнянь окисно-відновних реакцій

Cкладання рівнянь окисно-відновних реакцій методом електронного балансу

У великій кількості схем хімічних перетворювань неважко підібрати коефіцієнти і перетворити їх на рівняння реакцій. Але під час підбору коефіцієнтів у рівняннях окисно-відновних реакцій часто виникають складності: кількість атомів якогось елемента в лівій і правій частинах рівняння ніяк не вдається зрівняти без того, щоб не порушити “рівноваги” між атомами інших елементів. Наприклад, для реакції, що описується схемою KCl +K2Cr2O7 + H2SO4 → Cl2 +Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O дуже складно підібрати коефіцієнти.

Для полегшення добору коефіцієнтів у рівняннях окисно-відновних реакцій можна використати метод електронного балансу.

Мета заняття:

  • усвідомити суть методу електронного балансу;
  • навчитися застосовувати метод електронного балансу для підбору коефіцієнтів у рівняннях окисно-відновних реакцій.

Електронний баланс – метод знаходження коефіцієнтів у рівняннях окисно-відновних реакцій, в якому розглядається обмін електронами між атомами елементів, які змінюють свій ступінь окиснення.

Основою цього методу є наступне правило:

загальне число електронів, які віддали атоми-відновники, дорівнює загальному числу електронів, які приєднали атоми-окисники.

Розглянемо, як підібрати коефіцієнти, методом електронного балансу для рівняння реакції взаємодії калій хлориду з калій біхроматом у присутності сульфатної кислоти.

Алгоритм добору коефіцієнтів методом електронного балансу.

  1. Записуємо схему реакції:

KCl + K2Cr2O7 + H2SO4 → Cl2 +Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O.

  1. Визначаємо ступені окиснення елементів у реагентах і продуктах реакції:

K+1Cl−1 + K2+1Cr2+6O72 + H2+1S+6O42 → Cl20 +Cr2+3(S+6O42)3 + K2+1S+6O42 + H2+1O2.

  1. Знаходимо елементи, які змінили свій ступінь окиснення.

У нашому випадку це Хлор і Хром.

  1. Визначаємо число електронів, які приєднав окисник і віддав відновник. Записуємо рівняння напівреакцій процесів окиснення та відновлення, враховуючи мінімальну кількість атомів, які беруть участь у цих процесах.

Молекула хлору складається з двох атомів, а формульні одиниці K2Cr2O7 і Cr2(SO4)3 містять по два атоми Хрому, тому складаємо рівняння напівреакцій для двох атомів Хлору і Хрому. В такому випадку кількість електронів, які віддає або приєднує один атом помножуємо на 2:

2Cl − 2ē = Cl20

2Cr+6 + 6ē = 2Cr+3

  1. Складаємо електронний баланс.

Щоб зрівняти кількість відданих і прийнятих електронів, рівняння першої напівреакції треба помножити на 6, а другої – на 2. Для цього досить перемістити числа відданих і прийнятих електронів проти верхнього і нижнього рядка так, як показано на схемі.

Щоб отримати мінімальні коефіцієнти числа 6 і 2, треба скоротити на 2, отримуємо коефіцієнти 3 і 1, які урівняють кількість відданих і прийнятих електронів.

  1. Ці коефіцієнти ставимо перед речовинами, що містять елемент-окисник і елемент-відновник.

Зверніть увагу: оскільки ми визначали баланс для 2 атомів Хлору, то перед калій хлоридом ставимо загальний коефіцієнт 6.

6K+1Cl−1+ K2+1Cr2+6O72 + H2+1S+6O42 → 3Cl20 +Cr2+3(S+6O42)3 + K2+1S+6O42 + H2+1O2.

  1. Добираємо коефіцієнти для всіх інших учасників реакції методом підбору.

6K+1Cl−1+K2+1Cr2+6O72+ 7H2+1S+6O42 = 3Cl20+Cr2+3(S+6O42)3+ 4K2+1S+6O42 + 7H2+O2.

  1. Перевіряємо правильність добору коефіцієнтів за елементом, який не зрівнювали. Найчастіше за Оксигеном: 7 + 7∙4 = 4∙3 + 4∙4 + 7

35 = 35.

9. Визначаємо окисник і відновник, процеси окиснення і відновлення:

Відповідь: 6KCl + K2Cr2O7 + 7H2SO4 → 3Cl2+Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 7H2O.

ВИСНОВКИ

Для добору коефіцієнтів перед окисником і відновником можна застосувати метод електронного балансу.

При використанні цього методу слід врахувати, що число електронів, які віддав відновник, має дорівнювати числу електронів, які прийняв окисник.

Питання для самоперевірки.

1. Сформулюйте правило, на якому ґрунтується метод електронного балансу.

2. Опишіть алгоритм добору коефіцієнтів методом електронного балансу у рівнянні окисно-відновної реакції.

 

Завдання

У схемах окисно-відновних реакцій підберіть коефіцієнти методом електронного балансу, вкажіть процеси окиснення та відновлення, окисник та відновник.

а) K2Cr2O7 + KI + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + K2SO4 + I2 + H2O

б) As2S3  + HNO3 → H3AsO4 + H2SO4 + NO2 + H2O

Розв’язання.

а) У формульних одиницях K2Cr2O7 і Cr2(SO4)3 міститься по 2 атоми Хрому, які не сполучені між собою зв’язком, тому при складанні електронного балансу перед символом Хрому поставимо коефіцієнт 2.

В молекулі йоду I2 атоми сполучені ковалентним зв’язком, в такому випадку при складанні електронного балансу формулу молекули не змінюємо

K2Cr2+6O7 + 6KI1 + 7H2SO4 = Cr2+3(SO4)3 + 4K2SO4 + 3I20 + 7H2O

б) У цій реакції відновлюються 2 елементи, тому при складанні електронного  балансу врахуємо загальну кількість відданих електронів всіма атомами.

As2+3S3−2 + 28HN+5O3 = 2H3As+5O4 + 3H2S+6O4 + 28N+4O2 + 8H2O

 

Завдання 1.

Чому карбон(IV) оксид, сульфур(VI) оксид, фосфор(V) оксид не можуть бути окиснені киснем, а карбон(II) оксид, сульфур(IV) оксид, фосфор (III) оксид можуть бути окиснені киснем? Запишіть рівняння можливих реакцій. Складіть електронний баланс.

Завдання 2.

У схемах окисно-відновних реакцій підберіть коефіцієнти методом електронного балансу, вкажіть процеси окиснення та відновлення, окисник та відновник.

а) KMnO4 + KNO2 + H2SO4 → K2SO4 + MnSO4 + KNO3 + H2O;

б) FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O;

в) I2 + MnO2 + H2SO4 → MnSO4 + HIO3 + H2O.

г) KNO2 + KMnO4 + H2SO4 → KNO3 + K2SO4  + MnSO4 + H2O;

д) Na2SO3 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Na2SO3 + K2SO4 + Cr2(SO4)3 + H2O;

е) FeSO4 + H2O2 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2O;

є) As2S5 + HNO3 → H3ASO+ H2SO4 + NO2 + H2O;

ж) As2S3 + HNO3 → H3ASO+ H2SO4 + NO2 + H2O

Завдання 3.

Закінчить рівняння реакцій, вставте замість крапок формули речовин, складіть електронний баланс, вкажіть процеси окиснення та відновлення, окисник та відновник.

а) Al + HNO3(розведена) → … + N2↑ + … ;

б) K + H2SO4(концентрована) → … + H2S↑ … .

Тест самоконтролю за темою «Складання рівнянь окисно-відновних реакцій»

Тест складається з 12 завдань, за допомогою яких можна перевірити і оцінити свої знання з теми “Складання рівнянь окисно-відновних реакцій”.

Тест містить

6 завдань з вибором однієї правильної відповіді із чотирьох запропонованих, кожне таке завдання оцінюється в 0 або 2 тестових бали: 2 бали, якщо вказано правильну відповідь, 0 балів, якщо вказано неправильну відповідь;
1 завдання з вибором кількох правильних відповідей із п’яти запропонованих, яке оцінюється в 0 або 2 тестові бали: 2 бали, якщо завдання виконане правильно, 0 балів, якщо правильної відповіді не надано, або надані не всі правильні відповіді;
2 завдання на встановлення відповідності, яке оцінюється в 2, 4, 6 або 8 тестових балів: 2 бали за кожну правильно встановлену відповідність; 0 балів, якщо не вказано жодної правильної логічної пари;
1 завдання на встановлення правильної послідовності, кожне з яких оцінюється в 0, 2, 4 або 6 тестових балів: 6 балів, якщо правильно вказано послідовність всіх понять, 4 бали, якщо правильно вказано перше та останнє поняття, 2 бали, якщо правильно вказано перше або останнє поняття, 0 балів, якщо вказано неправильну відповідь;
2 завдання відкритої форми з короткою відповіддю, під час розв’язання яких треба вписати числовий результат. За виконання завдання цієї форми можна отримати 0 або 4 бали.
Максимально можливий бал за правильно виконаний тест – 44 бали.

Після проходження тесту Ви побачите частку вашого балу від максимально можливого.