Підручник з Хімії. 9 клас. Григорович - Нова програма

§ 17. Складання рівнянь окисно-відновних реакцій. Метод електронного балансу

Пригадайте: молекули наведених простих речовин є двохатомними: водень H₂, азот N₂, кисень O₂, фтор F₂, хлор Cl₂, бром Br₂ та йод I₂.

Поняття про електронний баланс. Схеми окиснення та відновлення

Рівняння окисно-відновних реакцій, які ми вже розглянули в попередніх параграфах, виглядають досить звично: і в реагентах, і в продуктах реакції записано не більше двох формул речовин. Але часто трапляються рівняння реакцій, де і в реагентах, і в продуктах записано по три чи більше формул. Дібрати коефіцієнти для таких рівнянь досить складно. Тому в цих випадках складають так званий електронний баланс. У 9 класі ми розглянемо складання електронного балансу для простих окисно-відновних реакцій, але в подальшому вам може знадобитися дібрати коефіцієнти в складніших рівняннях, а зробити це без електронного балансу буде складно.

Важливим етапом під час складання електронного балансу є запис схем процесів окиснення й відновлення. Такі схеми вам уже знайомі з двох попередніх параграфів, а зі схемами утворення йонів ви ознайомилися у 8 класі. Але хотілося б акцентувати увагу на їх складанні.

Під час їх складання необхідно пам’ятати, що електрон має негативний заряд -1: для підвищення ступеня окиснення атом має віддати електрони (негативні заряди), а для зниження — прийняти.

Проаналізуйте схеми окиснення та відновлення елементів і зверніть увагу, що сумарний заряд в обох частинах цих схем однаковий:

Складання електронного балансу для ОВР

Основний принцип складання електронного балансу полягає в тому, що в окисно-відновних реакціях електрони переходять від одного атома до іншого, тому число електронів, відданих відновником, має дорівнювати числу електронів, прийнятих окисником.

Для складання електронного балансу слід дотримуватися певного алгоритму. Розгляньмо його на прикладах.

Приклад 1. Доберіть коефіцієнти методом електронного балансу для рівняння реакції взаємодії ферум(III) оксиду з чадним газом:

1. Визначаємо ступені окиснення всіх хімічних елементів, що містяться у складі реагентів і продуктів реакції:

2. Визначаємо елементи, що змінюють ступені окиснення:

3. Для зрівняння зарядів в обох частинах схем необхідно дописати число відданих або прийнятих електронів. Отримуємо схеми окиснення та відновлення:

4. Суть електронного балансу полягає в тому, що число прийнятих та відданих електронів має бути однаковим. Щоб зрівняти число прийнятих (у нашому випадку 3) та відданих (у нашому випадку 2) електронів, необхідно схему відновлення помножити на 2, а схему окиснення — на 3. У цьому разі в обох схемах число електронів буде по 6:

Зазвичай це записують у такий спосіб:

Для визначення коефіцієнтів, на які треба помножити схеми окиснення та відновлення, можна також використати значення найменшого спільного кратного (НСК) для числа електронів в обох схемах. У нашому випадку приймається 3 електрони, а віддається 2. Для цих чисел НСК = 6, отже, обидві схеми треба помножити так, щоб в обох було по 6 електронів: першу — на 2, а другу — на 3.

5. Додамо почленно ліві й праві частини схем окиснення та відновлення з урахуванням помноження на коефіцієнти. Схеми реакцій додають так само, як звичайні математичні рівняння, що ви робите на уроках математики під час розв’язування систем лінійних рівнянь. Зверніть увагу, що число електронів у схемах окиснення та відновлення — протилежні числа, тому під час додавання вони скорочуються:

Отримуємо сумарну схему:

6. Коефіцієнти в сумарній схемі показують, скільки атомів того чи іншого елемента має бути в молекулярному рівнянні. Зважаючи на це, розставляємо коефіцієнти в молекулярному рівнянні:

Після перенесення коефіцієнтів обов’язково необхідно перевірити, чи зрівнялося число атомів інших елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. У нашому випадку це Оксиген: в обох частинах рівняння записано по 6 атомів Оксигену:

7. Під час оформлення електронного балансу також прийнято вказувати процеси окиснення й відновлення та елемент-окисник і елемент-відновник. Отже, отримуємо електронний баланс, оформлений у такий спосіб:

За таким алгоритмом можна дібрати коефіцієнти для рівняння будь-якої окисно-відновної реакції.

Приклад 2. Доберіть коефіцієнти методом електронного балансу для рівняння реакції взаємодії амоніаку з киснем за наявності каталізатора:

1. Записуємо схему реакції та зазначаємо ступені окиснення елементів:

5. Додамо почленно схеми окиснення й відновлення:

6. Переносимо коефіцієнти в молекулярне рівняння:

7. Оформлений електронний баланс виглядатиме так:

Приклад 3. Доберіть коефіцієнти методом електронного балансу для реакції окиснення ферум(II) хлориду в кислотному середовищі:

1. Записуємо схему реакції та зазначаємо ступені окиснення елементів:

5. Додамо почленно схеми окиснення й відновлення:

6. Переносимо коефіцієнти в молекулярне рівняння:

Перевіряємо число атомів Хлору та Гідрогену в лівій та правій частинах рівняння:

Щоб зрівняти число атомів Хлору та Гідрогену, перед формулою HCl необхідно поставити коефіцієнт 4:

7. Отримуємо електронний баланс:

Ключова ідея

Сенс електронного балансу для окисно-відновних реакцій полягає в зрівнюванні числа електронів: відданих відновником і прийнятих окисником.

Завдання для засвоєння матеріалу

198. Складіть рівняння реакцій відновлення воднем плюмбум(ІІ) оксиду, купрум(ІІ) оксиду, нітроген(ІV) оксиду до простих речовин. Доберіть до них коефіцієнти методом електронного балансу. Назвіть окисники й відновники.

199. Доберіть коефіцієнти методом електронного балансу. Укажіть окисник і відновник.