Redox Bilans Metoda, przykłady, ćwiczenia

On Metoda równoważenia redoks Pozwala zrównoważyć równania chemiczne reakcji redoks, które w przeciwnym razie byłyby bólem głowy. Tutaj jeden lub więcej gatunków wymiany elektronów; Ten, który je przekazuje lub traci, nazywa się gatunkami utleniającymi, podczas gdy ten, który je akceptuje lub wygrywa, gatunek redukcyjny.

W tej metodzie konieczne jest znanie liczby utleniania tych gatunków, ponieważ ujawniają, ile elektronów zyskało lub zgubiło się przez mol. Dzięki temu można zrównoważyć ładunki elektryczne, pisząc w równaniach elektrony, jakby były reagentami lub produktami.

Ogólne półki reakcji redoks z trzema bohaterami podczas ich równoważenia: H+, H2O i OH-. Źródło: Gabriel Bolívar.

Najwyższy obraz pokazuje, w jaki sposób elektrony skutecznie i^- Są one umieszczane jako odczynniki, gdy gatunek utleniający je wygrywa; I jako produkty, gdy gatunki redukujące je traci. Zauważ, że aby zrównoważyć tego rodzaju równania, konieczne jest opanowanie pojęć liczby utleniania i utleniania.

Gatunek h⁺, H₂Lub i och^-, W zależności od pH pożywki reakcyjnej umożliwia równoważenie redoks, więc bardzo często można je znaleźć w ćwiczeniach. Jeśli podłoże jest kwasem, zwracamy się do H⁺; Ale jeśli wręcz przeciwnie, medium jest podstawowe, używamy OH^- Do równoważenia.

Natura samej reakcji decyduje o tym, jakie powinno być pH medium. Dlatego, chociaż można go zrównoważyć, zakładając kwas lub podstawowe pożywkę, końcowe równanie zrównoważone wskazuje, czy jony h są nieprawdopodobne⁺ I och^-.

[TOC]

Kroki

- Ogólny

Sprawdź liczby utleniania odczynników i produktów

Załóżmy, że następujące równanie chemiczne:

Cu (y) + agno₃(AC) → Cu (nie₃)₂ + AG (S)

Odpowiada to reakcji redoks, w której następuje zmiana liczby utleniania odczynników:

Cu⁰(s) + ag⁺NIE₃(AC) → Cu²⁺(NIE₃)₂ + AG (S)⁰

Zidentyfikuj gatunki utleniające i redukcyjne

Gatunki utleniające zyskuje elektrony utleniające gatunki redukujące. Dlatego jego liczba utleniania maleje: staje się mniej dodatnia. Tymczasem wzrasta liczba utleniania gatunków redukujących, ponieważ traci elektrony: staje się bardziej dodatnia.

Zatem w poprzedniej reakcji miedź jest utleniona, ponieważ przechodzi z Cu⁰ do Cu²⁺; A srebro jest zmniejszone, ponieważ wychodzi z AG⁺ Ag⁰. Miedź to gatunki redukujące i srebrne gatunki utleniające.

Napisz pół -reakcje i równoważenie atomów i obciążeń

Określając, które gatunki zyskują lub tracą elektrony, reakcje redoks są zapisane zarówno dla reakcji redukcji, jak i utleniania:

Cu⁰ → Cu²⁺

Ag⁺ → Ag⁰

Miedź traci dwa elektrony, a srebrne wygrywa jeden. Umieszczamy elektrony w obu pół -reakcjach:

Może ci służyć: fosforan potasu (K3PO4): Struktura, właściwości, zastosowania

Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e^-

Ag⁺ + I^- → Ag⁰

Należy zauważyć, że obciążenia pozostają zrównoważone w obu pół -reakcjach; Ale gdyby zostały dodane, prawo ochrony materii zostanie naruszone: liczba elektronów musi być taka sama w dwóch półprzedażach. Dlatego drugie równanie jest mnożone przez 2 i dodaje się dwa równania:

(Cu⁰ → Cu²⁺ + 2e^-) x 1

(Ag⁺ + I^-  → Ag⁰) x 2 

Cu⁰ + 2ag⁺ + 2e^- → Cu²⁺ + 2ag⁰ + 2e^-

Elektrony są anulowane za bycie po bokach odczynników i produktów:

Cu⁰ + 2ag⁺ → Cu²⁺ + 2ag⁰

To jest globalne równanie jonowe.

Zastąpić współczynniki równania jonowego w równaniu ogólnym

Wreszcie współczynniki stechiometryczne poprzedniego równania przenoszą się do pierwszego równania:

Cu (y) + 2agno₃(AC) → Cu (nie₃)₂ + 2ag (s)

Zauważ, że 2 był ustawiony z Agno₃ Ponieważ w tej soli srebro jest jak AG⁺, I to samo dotyczy Cu (nie₃)₂. Jeśli to równanie nie jest zrównoważone na końcu, wynik jest dokonywany.

Równanie zaproponowane w poprzednich krokach mogło zostać zrównoważone bezpośrednio przez Tanteo. Istnieją jednak reakcje redoks, które potrzebują kwaśnej pożywki (h⁺) lub podstawowe (och^-). Kiedy tak się dzieje, nie można zrównoważyć, zakładając, że medium jest neutralne; Jak właśnie zostało wyświetlone (nie było dodane ani h⁺ I albo och^-).

Z drugiej strony wygodnie jest wiedzieć, że pół -reakcje zapisały atomy, jony lub związki (głównie tlenki), w których występują zmiany liczby utleniania. Zostanie to podkreślone w sekcji ćwiczeń.

- Bilansowanie w kwaśnej pożywce

Gdy pożywka jest kwasem, musisz zatrzymać się na dwóch częściach reakcji. Tym razem w momencie równowagi ignorujemy atomy tlenu i wodoru, a także elektrony. Elektrony będą równoważone na końcu.

Następnie, po stronie reakcji z mniejszymi atomami tlenu, dodajemy cząsteczki wody, aby to zrekompensować. Z drugiej strony równoważymy hydrogeny z jonami H⁺. I na koniec dodajemy elektrony i postępujemy zgodnie z ogólnymi już odsłoniętymi krokami.

- Bilansowanie w podstawowym medium

Gdy medium jest podstawowe, jest tak samo, jak w środowisku kwaśnym z niewielką różnicą: tym razem z boku, w którym znajduje się więcej tlenu, zostaną zlokalizowane cząsteczki wody równe nadmiarowi tlenu; A po drugiej stronie, OH Jony^- Aby zrekompensować hydrogeny.

Wreszcie, bilans elektronów, dodaje się dwie półki, a współczynniki globalnego równania jonowego w równaniu ogólnym są zastąpione.

Może ci służyć: rozproszone systemy: typy, cechy i przykłady

Przykłady

Poniższe równania redoks bez równowagi i zrównoważone służą jako przykłady obserwowania, ile zmiany po zastosowaniu tej metody równoważenia:

P₄ + Clo^- → PO₄^3- + Cl^- (bez równowagi)

P₄ + 10 Clo^- + 6 godz₂O → 4 PO₄^3- + 10 Cl^- + 12 godzin⁺ (Zrównoważony pół kwasu)

P₄ + 10 Clo^- + 12 Oh^- → 4 PO₄^3- + 10 Cl^- + 6 godz₂O (podstawowy średnie zrównoważone)

Siema₂ + Kno₃ → i^- + Kio₃ + NIE₃^- (bez równowagi)

3i₂ + Kno₃ + 3H₂O → 5i^- + Kio₃ + NIE₃^- + 6h⁺ (Zrównoważony pół kwasu)

Cr₂ALBO₂^7- + Hno₂ → Cr³⁺ + NIE₃^- (bez równowagi)

3hno₂ + 5h⁺ + Cr₂ALBO₂^7- → 3no₃^- +2cr³⁺ + 4h₂O (zrównoważona równowaga kwasu)

Ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Zrównoważyć następujące równanie w podstawowym medium:

Siema₂ + Kno₃ → i^- + Kio₃ + NIE₃^-

Kroki ogólne

Zaczynamy od napisania liczby utleniania gatunku, które podejrzewamy, że mają zardzewiałe lub zmniejszone; W tym przypadku atomy jodu:

Siema₂⁰ + Kno₃ → i^- + Ki⁵⁺ALBO₃ + NIE₃^-

Zauważ, że jod utlenia się, a jednocześnie jest zmniejszony, dlatego przystępujemy do pisania dwóch odpowiednich reakcji:

Siema₂ → i^- (Redukcja, dla każdego i^- 1 elektron jest zużyty)

Siema₂  → IO₃^- (Utlenianie, dla każdego IO₃^- 5 elektronów jest uwalnianych)

W pół -utlenianiu umieszczamy anion io₃^-, i nie do atomu jodu jak ja⁵⁺. Zrównoważymy atomy jodu:

Siema₂ → 2i^-

Siema₂  → 2₃^-

Bilansowanie w podstawowym medium

Teraz koncentrujemy się na huśtaniu się w podłożu podstawowym. Półprzewodnik utleniania, ponieważ ma on gatunek natleniony. Dodajemy po stronie produktów taką samą liczbę cząsteczek wody, jak atomy tlenu:

Siema₂  → 2₃^- + 6h₂ALBO

A po lewej stronie zrównoważymy hydrogeny z OH^-:

Siema₂  + 12oh^- → 2₃^- + 6h₂ALBO

Piszemy dwie reakcje pół -reakcyjne i dodajemy brakujące elektrony, aby zrównoważyć obciążenia ujemne:

Siema₂ + 2e^- → 2i^-

Siema₂  + 12oh^- → 2₃^- + 6h₂O + 10e^-

Dopasowaliśmy oba liczby elektronów w obu pół -reakcjach i dodaliśmy je:

(SIEMA₂ + 2e^- → 2i^-) x 10

(SIEMA₂  + 12oh^- → 2₃^- + 6h₂O + 10e^-) x 2

12i₂ + 24 Oh^- + 20e^- → 20i^- + 4₃^- + 12h₂O + 20e^-

Elektrony są anulowane i podzielone wszystkie współczynniki przez cztery, aby uprościć globalne równanie jonowe:

(12i₂ + 24 Oh^-  → 20i^- + 4₃^- + 12h₂O) x ¼

3i₂ + 6oh^- → 5i^- + Io₃^- + 3H₂ALBO

I na koniec zastępujemy współczynniki równania jonowego w pierwszym równaniu:

3i₂ + 6oh^- + Kno₃ → 5i^- + Kio₃ + NIE₃^- + 3H₂ALBO

Może ci służyć: siła jonowa: jednostki, jak to obliczyć, przykłady

Równanie jest już zrównoważone. Porównaj ten wynik z równoważeniem w kwaśnej pożywce przykładu 2.

Ćwiczenie 2

Zrównoważyć następujące równanie w pożywce kwaśnej:

Wiara₂ALBO₃ + Co → Fe + CO₂

Kroki ogólne

Obserwujemy liczbę utleniania żelaza i węgla, aby wiedzieć, który z nich utlenił się lub zmniejszył:

Wiara₂³⁺ALBO₃ + C²⁺O → Wiara⁰ + C⁴⁺ALBO₂

Żelazo zostało zmniejszone, więc jest to gatunek utleniający. Tymczasem węgiel ma zardzewiały, zachowując się jak gatunki redukujące. Półprzewodnikowe reakcje na utlenianie i zwrócenie reakcji to:

Wiara₂³⁺ALBO₃ → Wiara⁰  (Redukcja, dla każdej wiary 3 elektrony są spożywane)

CO → CO₂ (Utlenianie, dla każdego CO₂ 2 elektrony są uwalniane)

Zauważ, że piszemy tlenek, wiara₂ALBO₃, Ponieważ zawiera wiarę³⁺, Zamiast po prostu przekazywać wiarę³⁺. Zrównoważymy potrzebne atomy, z wyjątkiem tlenu:

Wiara₂ALBO₃ → 2Fe

CO → CO₂

A równoważenie odbywa się w kwasie w obu częściach reakcji, ponieważ pomiędzy nimi istnieją gatunki natlenione.

Bilansowanie w kwaśnej pożywce

Dodajemy wodę, aby zrównoważyć tlen, a następnie h⁺ Aby zrównoważyć hydrogeny:

Wiara₂ALBO₃ → 2Fe + 3H₂ALBO

6h⁺ +  Wiara₂ALBO₃ → 2Fe + 3H₂ALBO

Co + h₂O → co₂

Co + h₂O → co₂ + 2h⁺

Teraz równoważymy obciążenia, umieszczając elektrony zaangażowane w reakcje pół -reakcyjne:

6h⁺ +  6e^- + Wiara₂ALBO₃ → 2Fe + 3H₂ALBO

Co + h₂O → co₂ + 2h⁺ + 2e^-

Dopasowujemy liczbę elektronów w obu pół -reakcjach i dodajemy je:

(6h⁺ +  6e^- + Wiara₂ALBO₃ → 2Fe + 3H₂O) x 2

(CO + H₂O → co₂ + 2h⁺ + 2e^-) x 6

12 godzin⁺ + 12e^- + 2fe₂ALBO₃ + 6CO + 6H₂O → 4fe + 6h₂O + 6co₂ + 12h⁺ + 12e^-

Anulujemy elektrony, jony H⁺ I cząsteczki wody:

2fe₂ALBO₃ + 6co → 4fe +6co₂

Ale te współczynniki można podzielić przez dwa, aby jeszcze bardziej uprościć równanie, mając:

Wiara₂ALBO₃ + 3CO → 2fe +3co₂

To pytanie powstaje: Równoważenie redoks dla tego równania było konieczne? Przez tanteo byłoby znacznie szybsze. To pokazuje, że reakcja ta przebiega zamiennie z średniego pH.

Bibliografia

1. Whitten, Davis, Peck i Stanley. (2008). Chemia. (8 wyd.). Cengage Learning.
2. Helmestine, Anne Marie, pH.D. (22 września 2019). Jak zrównoważyć reakcje redoks. Odzyskane z: Thoughtco.com
3. Ann Nguyen i Luvleen Brar. (5 czerwca 2019). Równoważenie reakcji redoks. Chemia librettexts. Odzyskane z: chem.Librettexts.org
4. Quimitube. (2012). Ćwiczenie 19: Dostosowanie reakcji redoks w pożywce podstawowej z dwoma półprzewodnikami utleniania. Odzyskane z: QuimiTube.com
5. Washington University w St. Louis. (S.F.). Problemy ćwiczą: reakcje redoks. Odzyskane z: chemii.Wustl.Edu
6. John Wiley & Sons. (2020). Jak zrównoważyć równania redoks. Odzyskane z: manekinów.com
7. Rubén Darío lub. G. (2015). Równoważenie równań chemicznych. Odzyskane od: Ucz się w linii.Ty.Edu.współ