Bilans Przykład reakcji redoks Problem

Podczas równoważenia reakcji redoks, ogólny ładunek elektroniczny musi być zrównoważony oprócz zwykłych stosunków molowych reagentów składowych i produktów. Ten przykładowy problem ilustruje, jak zastosować metodę połowicznej reakcji do zrównoważenia reakcji redoks w roztworze.

Zrównoważyć następującą reakcję redoks w kwasowym roztworze:

Cu (s) + HNO₃(aq) → Cu²⁺(aq) + NO (g)

Krok 1: Zidentyfikuj, co się utlenia, a co zmniejsza.

Aby określić, które atomy są redukowane lub utleniane, przypisz stany utlenienia do każdego atomu reakcji.

Do wglądu:

1. Zasady przypisywania stanów utlenienia
2. Przypisywanie stanów utlenienia Przykład problemu
3. Przykład reakcji utleniania i redukcji

• Cu (s): Cu = 0
• HNO₃: H = +1, N = +5, O = -6
• Cu²⁺: Cu = +2
• NO (g): N = +2, O = -2

Cu przeszedł ze stanu utlenienia 0 do +2, tracąc dwa elektrony. Ta reakcja utlenia miedź.
N przeszedł ze stanu utlenienia +5 do +2, zyskując trzy elektrony. W wyniku tej reakcji azot ulega redukcji.

Krok 2: Podziel reakcję na dwie pół reakcje: utlenianie i redukcję.

Utlenianie: Cu → Cu²⁺

Redukcja: HNO₃ → NIE

Krok 3: Zrównoważyć każdą połowę reakcji zarówno przez stechiometrię, jak i ładunek elektroniczny.

Dokonuje się tego przez dodanie substancji do reakcji. Jedyną zasadą jest to, że jedyne substancje, które można dodać, muszą już znajdować się w roztworze. Należą do nich woda (H₂O), H⁺ jony (w roztworach kwaśnych), OH^- jony (w podstawowych rozwiązaniach) i elektrony.

Rozpocznij od połowy reakcji utleniania:

Połowa reakcji jest już zrównoważona atomowo. Aby zrównoważyć elektronicznie, po stronie produktu należy dodać dwa elektrony.

Cu → Cu²⁺ + 2 e^-

Teraz zrównoważyć reakcję redukcji.

Ta reakcja wymaga więcej pracy. Pierwszym krokiem jest zrównoważenie wszystkich atomów z wyjątkiem tlenu i wodoru.

HNO₃ → NIE

Po obu stronach jest tylko jeden atom azotu, więc azot jest już zrównoważony.

Drugim krokiem jest zrównoważenie atomów tlenu. Odbywa się to poprzez dodanie wody po stronie, która potrzebuje więcej tlenu. W tym przypadku strona reagenta ma trzy atomy tlenu, a strona produktu ma tylko jeden tlen. Dodaj dwa cząsteczki wody po stronie produktu.

HNO₃ → NO + 2 godz₂O

Trzecim krokiem jest zrównoważenie atomów wodoru. Dokonuje się tego poprzez dodanie H⁺ jony po stronie, która potrzebuje więcej wodoru. The strona reagenta ma jeden atom wodoru, podczas gdy strona produktu ma cztery. Dodaj 3 godz⁺ jony po stronie reagentów.

HNO₃ + 3 godz⁺ → NO + 2 godz₂O

Równanie jest zrównoważone atomowo, ale nie elektrycznie. Ostatnim krokiem jest zrównoważenie ładunku przez dodanie elektronów do bardziej dodatniej strony reakcji. Po stronie reagenta całkowity ładunek wynosi +3, podczas gdy strona produktu jest neutralna. Aby przeciwdziałać ładunkowi +3, dodaj trzy elektrony po stronie reagenta.

HNO₃ + 3 godz⁺ + 3 e^- → NO + 2 godz₂O

Teraz pół równanie redukcyjne jest zrównoważone.

Krok 4: Wyrównaj transfer elektronów.

W reakcje redoks, liczba uzyskanych elektronów musi być równa liczbie utraconych elektronów. Aby to osiągnąć, każda reakcja jest mnożona przez liczby całkowite, aby zawierać tę samą liczbę elektronów.

Połowa reakcji utleniania ma dwa elektrony, podczas gdy reakcja połowiczna redukcji ma trzy elektrony. Najniższym wspólnym mianownikiem między nimi jest sześć elektronów. Pomnóż połowę reakcji utleniania przez 3 i połowę reakcji redukcji przez 2.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
2 HNO₃ + 6 godz⁺ + 6 e^- → 2 NO + 4 H.₂O

Krok 5: Połącz ponownie półreakcje.

Dokonuje się tego poprzez dodanie obu reakcji razem. Po ich dodaniu anuluj wszystko, co pojawi się po obu stronach reakcji.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
+ 2 HNO₃ + 6 godz⁺ + 6 e^- → 2 NO + 4 H.₂O

3 Cu + 2 HNO₃ + 6H⁺ + 6 e^- → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H.₂O + 6 e^-

Obie strony mają sześć elektrony które można anulować.

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 godz⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H.₂O

Pełna reakcja redoks jest teraz zrównoważona.

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 godz⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H.₂O

Podsumowując:

1. Zidentyfikuj składniki reakcji utleniania i redukcji.
2. Rozdziel reakcję na połowę reakcji utleniania i połowę reakcji redukcji.
3. Zrównoważyć każdą połowę reakcji zarówno atomowo, jak i elektronicznie.
4. Wyrównaj transfer elektronów między pół równaniami utleniania i redukcji.
5. Połącz ponownie pół-reakcje, aby utworzyć całkowitą reakcję redoks.