Подобрать коэффициенты к уравнению методом электронного баланса

Метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций)

Спецификой многих ОВР является то, что при составлении их уравнений подбор коэффициентов вызывает затруднение.

Для облегчения подбора коэффициентов чаще всего используют метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций). Рассмотрим применение каждого из этих методов на примерах.

Метод электронного баланса

В его основе метода электронного баланса лежит следующее правило: общее число электронов, отдаваемое атомами-восстановителями, должно совпадать с общим числом электронов, которые принимают атомы-окислители .

В качестве примера составления ОВР рассмотрим процесс взаимодействия сульфита натрия с перманганатом калия в кислой среде.

1) Составить схему реакции:

Записать исходные вещества и продукты реакции, учитывая, что в кислой среде MnO₄ — восстанавливается до Mn 2+ (см. схему):

Найдем степень окисления элементов:

Из приведенной схемы понятно, что в процессе реакции происходит увеличение степени окисления серы с +4 до +6. S +4 отдает 2 электрона и является восстановителем. Степень окисления марганца уменьшилась от +7 до +2, т.е. Mn +7 принимает 5 электронов и является окислителем.

3) Составить электронные уравнения и найти коэффициенты при окислителе и восстановителе.

S +4 – 2e — = S +6 | 5 восстановитель, процесс окисления

Mn +7 +5e — = Mn +2 | 2 окислитель, процесс восстановления

Чтобы число электронов, отданных восстановителем, было равно числу электронов, принятых восстановителем, необходимо:

• Число электронов, отданных восстановителем, поставить коэффициентом перед окислителем.
• Число электронов, принятых окислителем, поставить коэффициентом перед восстановителем.

Таким образом, 5 электронов, принимаемых окислителем Mn +7 , ставим коэффициентом перед восстановителем, а 2 электрона, отдаваемых восстановителем S +4 коэффициентом перед окислителем:

4) Уравнять количества атомов элементов, не изменяющих степень окисления

Соблюдаем последовательность: число атомов металлов, кислотных остатков, количество молекул среды (кислоты или щелочи). В последнюю очередь подсчитывают количество молекул образовавшейся воды.

Итак, в нашем случае число атомов металлов в правой и левой частях совпадают.

По числу кислотных остатков в правой части уравнения найдем коэффициент для кислоты.

В результате реакции образуется 8 кислотных остатков SO₄ 2- , из которых 5 – за счет превращения 5SO₃ 2- → 5SO₄ 2- , а 3 – за счет молекул серной кислоты 8SO₄ 2- — 5SO₄ 2- = 3SO₄ 2- .

Таким образом, серной кислоты надо взять 3 молекулы:

Аналогично, находим коэффициент для воды по числу ионов водорода, во взятом количестве кислоты

6H + + 3O -2 = 3H₂O

Окончательный вид уравнения следующий:

Признаком того, что коэффициенты расставлены правильно является равное количество атомов каждого из элементов в обеих частях уравнения.

Ионно-электронный метод (метод полуреакций)

Реакции окисления-восстановления, также как и реакции обмена, в растворах электролитов происходят с участием ионов. Именно поэтому ионно-молекулярные уравнения ОВР более наглядно отражают сущность реакций окисления-восстановления.

При написании ионно-молекулярных уравнений, сильные электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты, осадки и газы записывают в виде молекул (в недиссоциированном виде).

При написании полуреакций в ионной схеме указывают частицы, подвергающиеся изменению их степеней окисления, а также характеризующие среду, частицы:

H + — кислая среда, OH — — щелочная среда и H₂O – нейтральная среда.

Пример 1.

Рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в кислой среде.

1) Составить схему реакции:

Записать исходные вещества и продукты реакции:

2) Записать уравнение в ионном виде

В уравнении сократим те ионы, которые не принимают участие в процессе окисления-восстановления:

SO₃ 2- + MnO₄ — + 2H + = Mn 2+ + SO₄ 2- + H₂O

3) Определить окислитель и восстановитель и составить полуреакции процессов восстановления и окисления.

В приведенной реакции окислитель — MnO₄ — принимает 5 электронов восстанавливаясь в кислой среде до Mn 2+ . При этом освобождается кислород, входящий в состав MnO₄ — , который, соединяясь с H + образует воду:

MnO₄ — + 8H + + 5e — = Mn 2+ + 4H₂O

Восстановитель SO₃ 2- — окисляется до SO₄ 2- , отдав 2 электрона. Как видно образовавшийся ион SO₄ 2- содержит больше кислорода, чем исходный SO₃ 2- . Недостаток кислорода восполняется за счет молекул воды и в результате этого происходит выделение 2H + :

SO₃ 2- + H₂O — 2e — = SO₄ 2- + 2H +

4) Найти коэффициенты для окислителя и восстановителя

Необходимо учесть, что окислитель присоединяет столько электронов, сколько отдает восстановитель в процессе окисления-восстановления:

MnO₄ — + 8H + + 5e — = Mn 2+ + 4H₂O |2 окислитель, процесс восстановления

SO₃ 2- + H₂O — 2e — = SO₄ 2- + 2H + |5 восстановитель, процесс окисления

5) Просуммировать обе полуреакции

Предварительно умножая на найденные коэффициенты, получаем:

2MnO₄ — + 16H + + 5SO₃ 2- + 5H₂O = 2Mn 2+ + 8H₂O + 5SO₄ 2- + 10H +

Сократив подобные члены, находим ионное уравнение:

2MnO₄ — + 5SO₃ 2- + 6H + = 2Mn 2+ + 5SO₄ 2- + 3H₂O

6) Записать молекулярное уравнение

Молекулярное уравнение имеет следующий вид:

Пример 2.

Далее рассмотрим пример составления уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в нейтральной среде.

В ионном виде уравнение принимает вид:

Также, как и предыдущем примере, окислителем является MnO₄ — , а восстановителем SO₃ 2- .

В нейтральной и слабощелочной среде MnO₄ — принимает 3 электрона и восстанавливается до MnО₂. SO₃ 2- — окисляется до SO₄ 2- , отдав 2 электрона.

Полуреакции имеют следующий вид:

MnO₄ — + 2H₂O + 3e — = MnО₂ + 4OH — |2 окислитель, процесс восстановления

SO₃ 2- + 2OH — — 2e — = SO₄ 2- + H₂O |3 восстановитель, процесс окисления

Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:

Пример 3.

Составление уравнения реакции между сульфитом натрия и перманганатом калия в щелочной среде.

В ионном виде уравнение принимает вид:

В щелочной среде окислитель MnO₄ — принимает 1 электрон и восстанавливается до MnО₄ 2- . Восстановитель SO₃ 2- — окисляется до SO₄ 2- , отдав 2 электрона.

Полуреакции имеют следующий вид:

MnO₄ — + e — = MnО₂ |2 окислитель, процесс восстановления

SO₃ 2- + 2OH — — 2e — = SO₄ 2- + H₂O |1 восстановитель, процесс окисления

Запишем ионное и молекулярное уравнения, учитывая коэффициенты при окислителе и восстановителе:

Необходимо отметить, что не всегда при наличии окислителя и восстановителя, возможно самопроизвольное протекание ОВР. Поэтому для количественной характеристики силы окислителя и восстановителя и для определения направления реакции пользуются значениями окислительно-восстановительных потенциалов.

Еще больше примеров составления окислительно-восстановительных реакций приведены в разделе Задачи к разделу Окислительно-восстановительные реакции. Также в разделе тест Окислительно-восстановительные реакции

Практическая работа №5. Метод электронного баланса.

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

«Актуальность создания школьных служб примирения/медиации в образовательных организациях»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Практическая работа №5. Метод электронного баланса.

Реакции, в результате которых изменяется степень окисления элементов, называются окислительно-восстановительными.

Существует несколько способов составления уравнений окислительно-восстановительных реакций. Остановимся на методе электронного баланса, основанном на определении общего числа перемещающихся электронов.

MnS + HNO3 → MnSO4 + NO2 + H2O

Определяем, атомы каких элементов изменили степень окисления.

Определяем число потерянных и полученных электронов.

S (потерял) – 8е → S ; N (принял) +е → N

Число отдаваемых и присоединяемых электронов должно быть одинаковым.

Восстановитель S – 8е → S 1 S – 8е → S окисление

Окислитель N +е → N 8 8 N +8е → 8 N восстановление

Наименьшее общее кратное для данного примера равно 8.

Основные коэффициенты при окислителе и восстановителе переносим в уравнение реакции:

MnS + 8HNO3 → MnSO4 + 8NO2 + 4H2O

Процесс превращения серы со степенью окисления -2 в +6 является процессом отдачи электронов, то есть окисления; процесс превращения азота со степенью окисления +5 в +4 – процессом восстановления. Вещество MnS при этом – восстановитель, а HNO3 – окислитель .

Задание: В следующих окислительно-восстановительных реакциях укажите окислитель и восстановитель, напишите электронные уравнения.

Вариант 1. Вариант 2

H 2 + C 12 → 2 HC 1 2 H2 + O2 → H 2 O

O2 + 2Na → Na2O2 C1 + 2Na → 2NaC1

* K2SO3 → K2SO4 + K2S

** As2S3 + HNO3 → H3AsO4 + H2SO4 +NO

Метод ионно-электронного баланса

Ионно-электронный метод (метод полуреакций)

При составлении уравнений ОВР, протекающих в водных растворах , подбор коэффициентов предпочтительнее осуществлять при помощи метода полуреакций.

Порядок действий при подборе коэффициентов методом полуреакций:

1. Записывают схему реакции в молекулярной и ионно-молекулярной формах и определяют ионы и молекулы, которые изменяют степень окисления.

2. Определяют среду, в которой протекает реакция (Н + — кислая; ОН — — щелочная; Н ₂ О – нейтральная)

3. Составляют ионно-молекулярное уравнение каждой полуреакции и уравнивают число атомов всех элементов.

Количество атомов кислорода уравнивают, используя молекулы воды или ионы ОН — .

Если исходный ион или молекула содержат больше атомов кислорода, чем продукт реакции, то

избыток атомов кислорода в кислой среде связывается ионами Н + в молекулы воды

в нейтральной и щелочной среде избыток атомов кислорода связывают молекулами воды в группы ОН —

Если исходный ион или молекула содержит меньшее число атомов кислорода, чем продукт реакции, то

· недостаток атомов кислорода в кислых и нейтральных растворах компенсируется за счёт молекул воды

· в щелочных растворах – за счёт ионов ОН — .

4. Составляют электронно-ионные уравнения полуреакций.

Для этого в левую часть каждой полуреакции добавляют (или вычитают) электроны с таким расчётом, чтобы суммарный заряд в левой и правой частях уравнений стал одинаковым. Умножаем полученные уравнения на наименьшие множители, для баланса по электронам.

5. Суммируют полученные электронно-ионные уравнения. Сокращают подобные члены и получают ионно-молекулярное уравнение ОВР

6. По полученному ионно-молекулярному уравнению составляют молекулярное уравнение.

Ион хрома ( III ) в щелочной среде

Cr 3+ + 8OH — — 3ē = CrO ₄ 2- + 4H ₂ O

Ион хрома ( III ) в кислой среде

2Cr 3+ + 7H ₂ O — 6ē = Cr ₂ O ₇ 2- + 14 H +

H ₂ S — 2ē = S + 2H +

Практическая работа №5. Метод электронного баланса.

Составление уравнений реакций окисления–восстановления

Какие соединения и простые вещества могут проявлять только окислительные свойства? Выпишите такие вещества из предложенного перечня, укажите степень окисления элемента-окислителя:

Какие соединения и простые вещества могут проявлять только восстановительные свойства? Выпишите такие вещества из предложенного перечня, укажите степень окисления элемента-восстановителя:

Подберите коэффициенты в следующих уравнениях окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса, укажите окислитель и восстановитель:

Предварительная подготовка. Краткие теоретические сведения по теме

Степень окисления элемента — это условный заряд атома в молекуле, вычисленный исходя из предположения, что молекула состоит только их ионов.

Реакции, в ходе которых происходит изменение степени окисления элементов, называются окислительно-восстановительными.

Zn 0 – 2e = Zn +2 процесс окисления; Zn 0 — восстановитель

2H +1 + 2e = H ₂ 0 процесс восстановления; Н + — окислитель

Металлический цинк О тдает электроны, О кисляется, а сам является В осстановителем (восстановитель – это тот, кто электроны отдает).

Катионы водорода В зяли электроны, В осстановились, а сами являются О кислителями.

Соединение, содержащее элемент в высшей степени окисления, может быть только окислителем (например: KMnO ₄ ).

Соединение, содержащее элемент в низшей степени окисления, может быть только восстановителем (например: H ₂ S).

Соединение, содержащее элемент в промежуточной степени окисления, может быть и окислителем, и восстановителем в зависимости от его роли в конкретной химической реакции (например: H ₂ SO ₃ ).

Составление уравнений окислительно-восстановительных реакций

методом электронного баланса

Алгоритм составления уравнений

Напишем уравнение реакции между алюминием и кислородом и определим степени окисления элементов

Чтобы получить степень окисления +3, атом алюминия должен отдать 3 электрона. Молекула кислорода, чтобы превратиться в кислородные атомы со степенью окисления -2, должна принять 4 электрона:

Al 0 — 3e = Al +3 4 восст-ль, ок-ся

Чтобы количество отданных и принятых электронов выровнялось, первое уравнение надо умножить на 4, а второе – на 3. Для этого достаточно переместить числа отданных и принятых электронов против верхней и нижней строчки так, как показано на схеме вверху.

Если теперь в уравнении перед восстановителем (Al) мы поставим найденный нами коэффициент 4, а перед окислителем (O ₂ ) – найденный нами коэффициент 3, то количество отданных и принятых электронов выравнивается и становится равным 12.

Электронный баланс достигнут. Видно, что перед продуктом реакции Al ₂ O ₃ необходим коэффициент 2. Теперь уравнение окислительно-восстановительной реакции уравнено: 4Al + 3O ₂ = 2Al ₂ O ₃

Все преимущества метода электронного баланса проявляются в более сложных случаях:

Электронный баланс: Mn +7 + 5e = Mn +2 2 ок-ль, восст-ся

2Cl -1 — 2e = Cl ₂ 5 восст-ль, ок-ся

Требования к содержанию и оформлению отчёта по практической работе

Запишите в журнал лабораторно-практических занятий:

1.Наименование работы и её цель

2.Ход работы: решение задач оформить в соответствии с образцом.

3.Письменно ответить на задания контрольных вопросов для самопроверки.

Контрольные вопросы для самопроверки:

1. Высшая степень окисления элемента определяется:

а) по номеру периода б) по номеру группы

в) по порядковому номеру г) по подгруппе

2. Степень окисления восстановителя в окислительно-восстановительной реакции:

а) повышается б) понижается

в) остается без изменения г) сначала повышается, затем понижается

3. Схема, отражающая процесс окисления:

а) S 0 → S -2 б) S +6 → S +4

в) S +4 → S +6 г) S +6 → S -2

4. Укажите вещество, в котором атом углерод имеет наибольшую степень окисления:

5. Степень окисления атома азота в ионе аммония NH ₄ + :

Краткое описание документа:

Практическая работа №5. Метод электронного баланса.

Реакции, в результате которых изменяется степень окисления элементов, называются окислительно-восстановительными.

Существует несколько способов составления уравнений окислительно-восстановительных реакций. Остановимся на методе электронного баланса, основанном на определении общего числа перемещающихся электронов.

MnS + HNO3 → MnSO4 + NO2 + H2O

Определяем, атомы каких элементов изменили степень окисления.

Определяем число потерянных и полученных электронов.

S (потерял) – 8е → S;N (принял) +е → N

Число отдаваемых и присоединяемых электронов должно быть одинаковым.

Восстановитель S – 8е → S1S – 8е → Sокисление

ОкислительN +е → N88N +8е → 8Nвосстановление

Наименьшее общее кратное для данного примера равно 8.

Основные коэффициенты при окислителе и восстановителе переносим в уравнение реакции:

MnS + 8HNO3 → MnSO4 + 8NO2 + 4H2O

Процесс превращения серы со степенью окисления -2 в +6 является процессом отдачи электронов, то есть окисления; процесс превращения азота со степенью окисления +5 в +4 – процессом восстановления. Вещество MnS при этом – восстановитель, а HNO3 – окислитель.

Задание: В следующих окислительно-восстановительных реакциях укажите окислитель и восстановитель, напишите электронные уравнения.

Вариант 1.Вариант 2

H2 + C12 → 2HC12H2 + O2 → H2O

O2 + 2Na → Na2O2C1 + 2Na → 2NaC1

* K2SO3 → K2SO4 + K2S

** As2S3 + HNO3 → H3AsO4 + H2SO4 +NO

Метод ионно-электронного баланса

Ионно-электронный метод (метод полуреакций)

При составлении уравнений ОВР, протекающих в водных растворах, подбор коэффициентов предпочтительнее осуществлять при помощи метода полуреакций.

Порядок действий при подборе коэффициентов методом полуреакций:

1. Записывают схему реакции в молекулярной и ионно-молекулярной формах и определяют ионы и молекулы, которые изменяют степень окисления.

2. Определяют среду, в которой протекает реакция (Н + — кислая; ОН — — щелочная; Н₂О – нейтральная)

3. Составляют ионно-молекулярное уравнение каждой полуреакции и уравнивают число атомов всех элементов.

1. Количество атомов кислорода уравнивают, используя молекулы воды или ионы ОН — .
2. Если исходный ион или молекула содержат больше атомов кислорода, чем продукт реакции, то

• избыток атомов кислорода в кислой среде связывается ионами Н + в молекулы воды
• в нейтральной и щелочной средеизбыток атомов кислорода связывают молекулами воды в группы ОН —

1. Если исходный ион или молекула содержит меньшее число атомов кислорода, чем продукт реакции, то

недостаток атомов кислорода в кислых и нейтральных растворах компенсируется за счёт молекул воды

в щелочных растворах – за счёт ионов ОН — .

4. Составляют электронно-ионные уравнения полуреакций.

Для этого в левую часть каждой полуреакции добавляют (или вычитают) электроны с таким расчётом, чтобы суммарный заряд в левой и правой частях уравнений стал одинаковым. Умножаем полученные уравнения на наименьшие множители, для баланса по электронам.

5. Суммируют полученные электронно-ионные уравнения. Сокращают подобные члены и получают ионно-молекулярное уравнение ОВР

6. По полученному ионно-молекулярному уравнению составляют молекулярное уравнение.

Пример:

2. Среда кислая – Н +

Подобрать коэффициенты к уравнению методом электронного баланса

Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой:

Определите окислитель и восстановитель.

1) Составлен электронный баланс:

2) Расставлены коэффициенты в уравнении реакции:

3) Указано, что сера в степени окисления +6 является окислителем, а иод в степени окисления −1 — восстановителем.

Но кислород — тоже меняет свой заряд, можно его вместо йода выписать? Это ошибка?

Кислород остается в степени окисления -2

Почему там — 2 электрона?

потому что два йода.

Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции по схеме:

Определите окислитель и восстановитель

1) Составим электронный баланс:

2) Определены коэффициенты, и составлено уравнение реакции:

3) Указаны окислитель и восстановитель:

окислитель — восстановитель —