При повышении степени окисления атом отдает электроны; при понижении — принимает.
Понятие об электронном балансе.
Схемы окисления и восстановления Уравнения окислительно-восстановительных реакций, которые мы рассмотрели в предыдущих параграфах, выглядят достаточно привычно: и в реагентах, и в продуктах в реакции записано не более двух формул веществ. Но часто встречаются уравнения реакций, где и в реагентах, и в продуктах записаны по три или больше формул. Подобрать коэффициенты для таких уравнений достаточно сложно. В этих случаях составляют так называемый электронный баланс. В 9 классе мы рассмотрим составление электронного баланса для простых окислительно-восстановительных реакций, но в дальнейшем вам может понадобиться подобрать коэффициенты в сложных уравнениях, а сделать это без электронного баланса будет непросто.
Важным этапом при составлении электронного баланса является запись схем процессов окисления и восстановления. Такие схемы вам уже знакомы из двух предыдущих параграфов. При их составлении необходимо помнить, что у электрона отрицательный заряд -1: для повышения степени окисления атом должен отдать электроны (отрицательные заряды), а для понижения — принять.
Проанализируйте схемы окисления и восстановления элементов и обратите внимание, что суммарный заряд в обеих частях этих схем одинаковый.
Составление электронного баланса для ОВР Основной принцип составления электронного баланса заключается в том, что в окислительно-восстановительных реакциях электроны переходят от одного атома к другому, поэтому число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, принятых окислителем.
При составлении электронного баланса следует придерживаться определенного алгоритма. Рассмотрим его на примерах.
Пример 1. Подберите коэффициенты методом электронного баланса для уравнения реакции взаимодействия феррум(Ш) оксида с угарным газом:
1. Определяем степени окисления всех химических элементов входящих в состав реагентов и продуктов реакции:
2. Определяем элементы, изменяющие степени окисления:
3. Для уравнивания зарядов в обеих частях схем необходимо написать число отданных или принятых электронов. Получаем схемы окисления и восстановления:
4. Суть электронного баланса заключается в том, что количество принятых и отданных электронов должно быть одинаковым. Чтобы сравнять количество принятых (в нашем случае 3) и отданных (в нашем случае 2) электронов, необходимо схему восстановления умножить на 2, а схему окисления — на 3. В этом случае в обеих схемах количество электронов будет равно 6:
Обычно это записывают следующим образом:
Для определения коэффициентов, на которые умножаются схемы окисления и восстановления, можно использовать значение наименьшего общего кратного (НОК) для количества электронов в обеих схемах. В нашем случае принимается 3 электрона, а отдается 2. Для этих
чисел НОК = 6, следовательно, обе схемы надо умножить так, чтобы в каждой было по 6 электронов: первую — на 2, а вторую — на 3.
5. Сложим почленно левые и правые части схем окисления и восстановления с учетом умножения на коэффициенты. Схемы реакций складывают, как обычные математические уравнения, что вы делаете на уроках математики при решении систем линейных уравнений. Обратите внимание, что количество электронов в схемах окисления и восстановления — противоположные числа, поэтому при сложении они сокращаются:
Получаем суммарную схему:
6. Коэффициенты в суммарной схеме показывают, сколько атомов того или иного элемента должно быть в молекулярном уравнении. С учетом этого расставляем коэффициенты в молекулярном уравнении:
После переноса коэффициентов необходимо проверить, уравнялось ли количество атомов других элементов, которых не было в схемах окисления и восстановления. В нашем случае это Оксиген: в обеих частях уравнениях записано по 6 атомов Оксигена:
7. При оформлении электронного баланса принято указывать процессы окисления и восстановления, а также элемент-окислитель и элемент-восстановитель. Итак, получаем электронный баланс, оформленный следующим образом:
По данному алгоритму можно подобрать коэффициенты для уравнения любой окислительно-восстановительной реакции.
Пример 2. Подберите коэффициенты методом электронного баланса для уравнения реакции взаимодействия аммиака с кислородом в присутствии катализатора:
1. Записываем схему реакции и отмечаем степени окисления элементов:
2. Степени окисления меняют:
(обратите внимание, что формула кислорода записывается в виде двухатомной молекулы)
Уравниваем число атомов Оксигена в схеме:
3. Уравниваем заряды и дописываем электроны:
(поскольку электроны принимают два атома Ок-сигена, то электронов должно быть 4)
4. Уравниваем количество принятых и отданых электронов:
5. Складываем почленно схемы окисления и восстановления:
6. Переносим коэффициенты в молекулярное уравнение:
Проверяем число атомов Гидрогена: 4NH3 + 5O2 = 4NO + 6H2O (по 12 в обеих частях).
7. Оформленный электронный баланс будет выглядеть следующим образом:
Пример 3. Подберите коэффициенты методом электронного баланса для реакции окисления феррум(П) хлорида в кислотной среде:
1. Записываем схему реакции и отмечаем степени окисления элементов:
2. Степени окисления меняют:
(с учетом уравнивания числа атомов Оксигена) 3. Уравниваем заряды и дописываем электроны:
4. Уравниваем число принятых и отданных электронов:
5. Складываем почленно схемы окисления и восстановления:
6. Переносим коэффициенты в молекулярное уравнение:
Проверяем количество атомов Хлора и Гидрогена в левой и правой частях уравнения:
Чтобы уравнять количество атомов Хлора и Гидрогена, перед формулой HCl нужно поставить коэффициент 4:
Ключевая идея
Суть электронного баланса для окислительно-восстановительных реакций заключается в уравнивании количества электронов: отданных восстановителем и принятых окислителем.
Задания для усвоения материала
198. Составьте уравнения реакций восстановления водородом плюмбум(И) оксида, купрум(И) оксида, нитроген(^) оксида до простых веществ. Подберите к ним коэффициенты методом электронного баланса. Назовите окислители и восстановители.
199. Подберите коэффициенты методом электронного баланса для схем реакций. Укажите окислитель и восстановитель:
Это материал учебника Химия 9 класс Григорович