У цьому параграфі ви дізнаєтеся:
• що таке метод електронного балансу й на чому він ґрунтується;
• як складати рівняння окисно-відновних реакцій методом електронного балансу.
Окисно-відновні реакції завжди супроводжуються переходом електронів від відновника до окисника. Причому кількість електронів, відданих відновником, завжди дорівнює кількості електронів, отриманих окисником.
На цьому ґрунтується добір коефіцієнтів в окисно-відновних реакціях, який має назву метод електронного балансу. Розглянемо його застосування на прикладах.
Приклади розв’язування задач
Приклад 1. Складіть методом електронного балансу рівняння окисно-відновних реакцій: а) магнію з киснем; б) алюмінію з розведеною хлоридною кислотою; в) міді з розведеною нітратною кислотою.
Розв’язання
Спочатку складаємо схему реакції та визначаємо ступені окис-нення всіх хімічних елементів, що входять до складу як вихідних речовин, так і продуктів реакції. На основі цього виявляємо елементи, що змінили ступені окиснення. Кожен етап складання рівнянь будемо нумерувати римськими цифрами.
а) Пам’ятаємо, що Магній у сполуках завжди виявляє ступінь окиснення +2, а атом Оксигену, як правило, -2.
Складаємо електронні рівняння напівреакцій окиснення і відновлення, зазначивши кількість відданих і прийнятих електронів, що беруть у них участь:
відновник, тому що після реакції його ступінь окиснення зростає;
окисник, тому що після реакції його ступінь
окиснення знижується (число 2 перед
ставимо, оскільки в реакцію вступає двоатомна молекула O2).
Щоб зрівняти кількість відданих і прийнятих електронів, знаходимо найменше спільне кратне (НСК). На його основі визначаємо коефіцієнти перед відновником та окисником у сумарному рівнянні реакції:
НСК коефіцієнти
Переносимо їх у схему реакції та ставимо перед продуктами окиснення й відновлення, а потім перед окисником і відновником:
2Mg + O2 = 2MgO
У цій реакції на окиснення Купруму витрачається 2 молекули нітратної кислоти, а ще 6 молекул HNO3 витрачається на утворення солі Cu(NO3)2, тобто всього 8 молекул.
Перевірка числа атомів Гідрогену в обох частинах схеми показує, що для їх зрівняння у лівій і правій частинах рівняння перед формулою H2O треба поставити коефіцієнт 4.
Приклад 2. Складіть методом електронного балансу рівняння окисно-відновних реакцій: а) взаємодії марганцю з нітратною кислотою; б) взаємодії марганцевої та хлоридної кислот.
Розв'язання
І. Записуємо схеми реакцій і визначаємо ступені окиснення всіх елементів:
ІІ. Визначаємо елементи, що змінили ступінь окиснення. На основі цього складаємо електронні рівняння з подальшим визначенням НСК і коефіцієнтів для окисника та відновника:
ІІІ. Підставляємо знайдені коефіцієнти в схему реакції:
IV. Зрівнюємо кількість речовини кислот, тому що вони виступають у двох ролях: а) як окисник і як солеутворювач; б) як відновник і як солеутворювач. Іншими словами, підсумовуємо кількість речовини кислот, які взяли участь в обох процесах:
а) 2 моль HNO3 витрачено на утворення NO та 6 моль — на утворення Mn(NO3)2, тобто 2 + 6 = 8 моль, тому перед НNO3 ставимо коефіцієнт 8, а перед H2O — коефіцієнт 4 для зрівнювання кількості атомів Гідрогену:
б) 10 моль HCl витрачено на утворення 5 моль Cl2 і 4 моль — на утворення солі 2MnCl2, тому перед HCl ставимо коефіцієнт 14, а перед H2O — коефіцієнт 8:
Приклад 3. Складіть методом електронного балансу рівняння окисно-відновних реакцій: а) взаємодії сульфідної кислоти з калій перманганатом; б) взаємодії цинку із сульфатною кислотою.
Розв’язання
W. Визначаємося з кількістю речовини: KOH — 2 моль і води — 2 моль. Відповідно до кількості атомів Гідрогену в лівій частині схеми реакції запишемо рівняння:
3H2S + 2KMnO4 = 3S + 2MnO2 + 2KOH + 2H2O
Основні поняття. Метод електронного балансу. Напівреакції окиснення й відновлення.
Для допитливих
Деякі окисно-відновні реакції супроводжуються зміною ступенів окиснення елементів не тільки двох, як у більшості випадків, а й трьох або ще більше елементів. Як приклад розглянемо реакцію окиснення купрум(І) сульфіду:
Ступені окиснення змінюються, тобто в реакції беруть участь водночас три елементи. При цьому відновниками є
Для складання рівняння реакції методом електронного балансу підсумовуємо та розглядаємо ці елементи як учасників однієї напівреакції окиснення:
Запитання та завдання
°1. У якій послідовності треба складати рівняння окисно-відновних реакцій, якщо відомий склад як вихідних речовин, так і продуктів?
°2. Що таке напівреакції окиснення і відновлення?
°3. Який метод складання рівнянь окисно-відновних реакцій називають методом електронного балансу?
°4. Чи завжди кількість електронів, відданих відновником, дорівнює кількості електронів, отриманих окисником?
5. Складіть рівняння реакції горіння алюмінію в кисні. Яка із цих речовин окиснюється, а яка відновлюється в процесі реакції?
6. Складіть рівняння реакції взаємодії водню з хлором, киснем, натрієм (NaH), кальцієм (CaH2), сіркою. Назвіть у них окисник і відновник.
7. Складіть рівняння напівреакцій та в цілому рівняння окисно-відновних реакцій, укажіть у них окисник і відновник:
8. Доберіть коефіцієнти в кожній схемі реакції методом електронного балансу:
*9. Який об’єм гідроген сульфіду (н. у.) виділиться в результаті дії на цинк масою 60 г розчину H2SO4 з масовою часткою кислоти 96 %, якщо реакція відбувається за схемою
*10. Який об’єм гарячої хлоридної кислоти з w(HCl) = 36 % і густиною 1,18 г/мл прореагував з K2CrO4, якщо отримали 3,36 л (н. у.) хлору внаслідок реакції за схемою
Це матеріал з підручника Хімія 9 клас Бутенко (поглиблений рівень)