Метод электронного баланса

Составляя любое уравнение химической реакции, следует соблюдать закон сохранения масс веществ - кол-во атомов в исходных веществах (левая часть уравнения) и в продуктах реакции (правая часть уравнения) должны совпадать.

Составляя уравнения окислительно-восстановительных реакций, следует также следить за суммой зарядов, которые у исходных веществ и в продуктах реакции должны быть равны.

В уравнениях ОВР в левой части обычно указывают первым вещество-восстановитель (отдает электроны), а затем - вещество-окислитель (принимает электроны); в правой части уравнения первым указывают продукт окисления, затем восстановления, а потом другие вещества, если они имеются.

Главное требование, которое необходимо соблюдать при составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций, - кол-во электронов, которое отдал восстановитель, должно быть равно кол-ву электронов, принятых окислителем.

В основе метода электронного баланса лежит сравнение степеней окисления в исходных веществах и продуктах реакции, что подразумевает тот факт, что, составляющий уравнение ОВР методом электронного баланса, должен знать, какие вещества образуются в ходе реакции.

Примеры составления уравнений ОВР методом электронного баланса

1. Составить уравнение реакции алюминия с углеродом.

Al+C → Al₄C₃
В первую очередь, определяются элементы, меняющие свои степени окисления:
Al⁰+C⁰ → Al₄⁺³C₃^-4
Атом алюминия в ходе реакции отдает 3 электрона, меняя свою степень окисления с 0 на +3
Al⁰ → Al⁺³
1Al⁰-3e^- → 1Al⁺³
Атом углерода принимает 4 электрона, меняя свою степень окисления с 0 на -4
C⁰ → C⁺⁴
1C⁰+4e^- → 1C^-4
Поскольку, число отданных и принятых электронов между атомами должно совпадать, следует сбалансировать уравнение, подобрав множители, для этого кол-во отданных алюминием электронов, записывают в схему реакции углерода, а кол-во электронов, принятых углеродом - в схему реакции алюминия:
```
4| 1Al⁰-3e^- → 1Al⁺³
3| 1C⁰+4e^- → 1C^-4
```
В итоге, алюминий отдает 4·3=12 электронов;
углерод принимает 3·4=12 электронов
Осталось определить стехиометрические коэффициенты, которые необходимо проставить перед формулами веществ, чтобы уравнять кол-во их атомов в левой и правой части уравнения;
Кол-во атомов алюминия, вступающих в реакцию:
4·1Al⁰=4Al⁰
Кол-во атомов углерода, вступающих в реакцию:
3·1C⁰=3C⁰
Окончательный вид уравнения:
4Al⁰+3C⁰ = Al₄⁺³C₃^-4

2. Составить уравнение реакции азотной кислоты с йодом.

Схема реакции:
HNO₃+I₂ → HIO₃+NO+H₂O
Определяем элементы, меняющие свои степени окисления:
HN⁺⁵O₃+I₂⁰ → HI⁺⁵O₃+N⁺²O+H₂O
Азот меняет степень окисления с +5 на +2 - принимает 3 электрона, и является окислителем:
N⁺⁵ → N⁺²
N⁺⁵+3e^- → N⁺²
Йод меняет степень окисления с 0 на +5 - отдает 5 электронов, и является восстановителем, но, поскольку молекула йода двухатомна, то в схеме она записывается в молекулярном виде, а кол-во отдаваемых электронов соответственно удваивается:
I₂⁰ → 2I⁺⁵
I₂⁰-10e^- → 2I⁺⁵

Уравниваем заряды:

10| 1N⁺⁵+3e^- → 1N⁺²
 3| 1I₂⁰-10e^- → 2I⁺⁵

Было до реакции 10·1N⁺⁵=10N⁺⁵, после реакции образовалось: 10·1N⁺²=10N⁺²
В реакцию вступило всего 6 атомов йода (3·2) или три молекулы 3I₂, после реакции образовалось 3·2I⁺⁵=6I⁺⁵;
Расставляем найденные коэффициенты:
10HNO₃+3I₂ = 6HIO₃+10NO+2H₂O

3. Составить уравнение реакции соляной кислоты (концентрированной) с оксидом марганца (IV).

HCl+MnO₂ → Cl₂+MnCl₂+H₂O
HCl^-1+Mn⁺⁴O₂ → Cl₂⁰+Mn⁺²Cl₂+H₂O
Соляная кислота является восстановителем, оксид марганца - окислителем.
Атом хлора отдает свой электрон, но в правой части нулевой заряд имеет молекула хлора, состоящая из двух атомов, поэтому, для ее получения нужны 2 электрона от двух атомов хлора:
Cl^-1 → Cl₂⁰
2Cl^--2e^- → Cl₂⁰
Атом марганца получает 2 электрона, снижая свою степень окисления с +4 до +2:
Mn⁺⁴ → Mn⁺²
Mn⁺⁴+2e^- → Mn⁺²
Поскольку, хлор отдает два электрона, а марганец эти же два электрона принимает, оба коэффициента будут равны 2, и их можно сократить:
```
1| 2Cl^--2e^- → Cl₂⁰
1| Mn⁺⁴+2e^- → Mn⁺²
```
Получаем уравнение, отличающееся от исходного только стехиометрическим коэффициентом 2, который стоит перед формулой соляной кислоты (два атома хлора отдают по одному электрону):
2HCl+MnO₂ → Cl₂+MnCl₂+H₂O
Осталось найти стехиометрические коэффициенты для остальных веществ, чтобы уравнять левую и правую части уравнения.
В левой части уравнения 2 атома хлора, в правой - 4, чтобы уравнять атомы хлора, перед формулой соляной кислоты ставим 4, но, теперь в правой части уравнения получается на 2 атома водорода меньше, чтобы уравнять атомы водорода, перед молекулой воды ставим коэффициент 2 - теперь кол-во всех атомов в левой части и в правой части уравнения одинаково:
4HCl+MnO₂ → Cl₂+MnCl₂+2H₂O
Ионное уравнение реакции:
4H⁺+4Cl^-+MnO₂ = Cl₂+Mn²⁺+2Cl^-+2H₂O

4. Составить уравнение реакции сероводорода с раствором калия перманганата в кислой среде.

Схема реакции:
H₂S+KMnO₄+H₂SO₄ → S+MnSO₄+K₂SO₄+H₂O
Определяем элементы, меняющие свои степени окисления:
H₂S^-2+KMn⁺⁷O₄+H₂SO₄ → S⁰+Mn⁺²SO₄+K₂SO₄+H₂O
Сера меняет свою степень окисления с -2 до 0, т.е., отдает 2 электрона (сероводород - восстановитель):
S^-2 → S⁰
S^-2-2e^- → S⁰
Марганец меняет свою степень окисления с +7 до +2, т.е., принимает 5 электронов (калия перманганат - окислитель):
Mn⁺⁷ → Mn⁺²
Mn⁺⁷+5e^- → Mn⁺²
Электронные уравнения:
```
5| S^-2-2e^- → S⁰
2| Mn⁺⁷+5e^- → Mn⁺²
```
5H₂S+2KMnO₄+H₂SO₄ = S+MnSO₄+K₂SO₄+H₂O
5H₂S+2KMnO₄+3H₂SO₄ = 5S+2MnSO₄+K₂SO₄+8H₂O
Ионное уравнение:
5H₂S+2MnO₄^-+6H⁺ = 5S+2Mn²⁺+8H₂O

В начало страницы