МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА

Ключевые слова конспекта: окислительно-восстановительные реакции, метод электронного баланса, окисление, восстановление, расстановка коэффициентов.

Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) – реакции, в ходе которых изменяются степени окисления элементов вследствие перехода электронов от восстановителя к окислителю. Окисление – процесс отдачи электронов атомом, молекулой или ионом, степень окисления элемента повышается. Восстановление – процесс приёма электронов атомом, молекулой или ионом, степень окисления элемента понижается.

Темы, связанные с настоящим конспектом:

• Степень окисления химических элементов
• Окислительно-восстановительные реакции
• Окислители и восстановители

МЕТОД ЭЛЕКТРОННОГО БАЛАНСА

Рассмотрим составление схем электронного баланса на примере горения фосфора (а) и взаимодействия перманганата калия с концентрированной соляной кислотой (б).

1. Запишем схемы реакций, вычислим степени окисления элементов и определим элементы, у которых они меняются:

2. Составим схемы, отражающие процессы перехода электронов:

3. Определим, какой процесс является окислением, а какой – восстановлением; какой элемент является окислителем, а какой – восстановителем:

4. Уравняем число отданных и принятых электронов. Для этого найдём наименьшее общее кратное для числа отданных и числа принятых электронов. В результате деления наименьшего общего кратного на число отданных и принятых электронов находим коэффициенты:

5. Перенесём коэффициенты в исходную схему (п. 1), преобразуя её в уравнение реакции:

Перед формулой HCl мы не поставили коэффициент, так как не все ионы Cl^– участвовали в окислительно-восстановительном процессе, часть из них участвовала в образовании солей.

В уравнении (б) требуется уравнять количество атомов элементов, не участвующих в окислительно-восстановительном процессе (К, Н, частично Cl). Получаем уравнение:

При правильной расстановке коэффициентов количество атомов кислорода в левой и правой частях уравнения будет одинаково (в случае (б) – 8).

Алгоритм расстановки коэффициентов на примерах

Пример 1. Cu + HNO₃ → Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

1) Определяем степени окисления всех элементов;
2) Выбираем те элементы, у которых изменилась степень окисления;
3) Составляем электронный баланс

Число принятых и отданных электронов переносим крест –накрест и сокращаем. Это множители, которые позволяют осуществить закон сохранения: число принятых электронов должно быть равно числу отданных электронов.

Теперь эти множители нужно внести в схему реакции, они должны стать коэффициентами. Перед атомами меди в левой и правой части уравнения нужно поставить коэффициент 3. В этом действии можно не сомневаться, так как медь в левой и правой части встречается только по одному разу.
3Cu + HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

А вот с азотом возникает вопрос: к какому из атомов азота относится коэффициент 2? Ответ: к тому, степень окисления которого в уравнении встречается единожды, то есть +2. Ставим коэффициент 2 перед NO.
3Cu + HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + H₂O

Дальше сравниваем левую и правую часть схемы и достраиваем коэффициенты в таком порядке: в правой части после выставления коэффициентов из баланса перед всеми атомами азота есть коэффициенты, пересчитаем азот в правой части – 8, ставим этот коэффициент перед азотной кислотой.
3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + H₂O

Теперь в левой части поставлен коэффициент перед водородом, число его атомов 8. Ставим в правую часть перед водой 4.
3Cu + 8HNO₃ → 3Cu(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O

Осталось сравнить число атомов кислорода в левой и правой части уравнения. 24 = 24.
Если равно – коэффициенты расставлены правильно, если нет – ищем ошибку.

Пример 2. KMnO₄ + K₂SO₃ + H₂SO₄ → MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

1) Определяем степени окисления всех элементов;
2) Выбираем те элементы, у которых изменилась степень окисления;
3) Составляем электронный баланс

Перед атомами марганца в левой и правой части уравнения нужно поставить коэффициент 2. В этом действии можно не сомневаться, так как марганец в левой и правой части встречается только по одному разу.
2KMnO₄ + K₂SO₃ + H₂SO₄ → 2MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

С серой возникает вопрос: к какому из атомов серы относится коэффициент 5? К тому, степень окисления которого в уравнении встречается единожды, то есть +4. Ставим коэффициент 5 перед K₂SO₃.
2KMnO₄ + 5K₂SO₃ + H₂SO₄ → 2MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

Дальше сравниваем левую и правую часть схемы и достраиваем коэффициенты в таком порядке: калий (в левой части 10+2=12, перед K₂SO₄ поставим 6.
2KMnO₄ + 5K₂SO₃ + H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + H₂O

Теперь в правой части поставлены коэффициенты перед серой, число её атомов 8. В левой части уже есть коэффициент перед серой 5, не хватает еще 3.
2KMnO₄ + 5K₂SO₃ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + H₂O

Сравниваем число атомов водорода. Ставим перед водой 3.
2KMnO₄ + 5K₂SO₃ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 3H₂O

Осталось сравнить число атомов кислорода в левой и правой части уравнения. 35 = 35.

Случаи, когда индекс при химическом элементе
вносится в электронный баланс.

Случай 1. Если формула простого вещества записывается с индексом: NH₃ + O₂ → NO + H₂O

5 ставим перед простым веществом – кислородом,
4 – перед азотом в левой и правой части уравнения,
уравниваем водород, проверяем кислород.
4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

Случай 2. Если в молекуле атомы одного элемента соединены между собой (то есть присутствует ковалентная неполярная связь): пероксиды, дисульфиды, тиосульфат, веселящий газ, органические вещества: Cr(OH)₃ + H₂O₂ + KOH –> K₂CrO₄ + H₂O

3 ставим перед пероксидом водорода,
2 – перед хромом в левой и правой части уравнения,
уравниваем калий, потом – водород, проверяем кислород.
2Cr(OH)₃ + 3H₂O₂ + 4KOH = 2K₂CrO₄ + 8H₂O

Случай 3. Если у одного элемента в левой и правой части уравнения есть одинаковый индекс: K₂Cr₂O₇ + K₂SO₃ + H2SO4 –> Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

Перед сульфитом ставим 3, перед хромом в левой и правой части коэффициент не нужен, уравниваем калий (в правой части перед сульфатом калия ставим 4), затем – серу (в левой части перед серной кислотой – 4), водород – перед водой 4, проверяем кислород.
K₂Cr₂O₇ + 3K₂SO₃ + 4H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 4K₂SO₄ + 4H₂O

Вы смотрели конспект урока по химии «Метод электронного баланса».

Следующая тема: «Окислители и восстановители».