Zrównoważona reakcja redoks Przykładowy problem

łańcuch45154 / Getty Images

Podczas równoważenia reakcji redoks całkowity ładunek elektronowy musi być zrównoważony oprócz zwykłych stosunków molowych składników reagentów i produktów. Ten przykładowy problem ilustruje, jak wykorzystać metodę reakcji połówkowej do zrównoważenia reakcji redoks w roztworze.

Pytanie

Zrównoważ następującą reakcję redoks w kwaśnym roztworze:

Cu(s) + HNO₃(aq) → Cu²⁺(aq) + NO(g)

Rozwiązanie

Krok 1: Zidentyfikuj, co jest utleniane, a co redukowane.

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

Do wglądu:

1. Zasady przypisywania stanów utleniania
2. Przypisywanie stanów utleniania Przykładowy problem
3. Przykład reakcji utleniania i redukcji Problem

• Cu(s): Cu = 0
• HNO₃: H = +1, N = +5, O = -6
• Z²⁺: Z = +2
• NO(g): N = +2, O = -2

Cu przeszedł ze stanu utlenienia 0 do +2, tracąc dwa elektrony. W tej reakcji miedź utlenia się.
N przeszedł ze stanu utlenienia +5 do +2, zyskując trzy elektrony. Azot jest redukowany w tej reakcji.

Krok 2: Rozbij reakcję na dwie połówkowe reakcje: utlenianie i redukcję.

Utlenianie: Cu → Cu²⁺

Redukcja: HNO₃→ NIE

Krok 3: Zrównoważ każdą reakcję połówkową zarówno stechiometrią, jak i ładunkiem elektronowym.

Osiąga się to przez dodanie substancji do reakcji. Jedyną zasadą jest to, że jedyne substancje, które możesz dodać, muszą już znajdować się w roztworze. Należą do nich woda (H_dwaOH⁺jony ( w kwaśnych roztworach ), OH^-jony ( w podstawowych rozwiązaniach ) i elektronów.

Zacznij od połówkowej reakcji utleniania:

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

Z → Z²⁺+ 2 i^-

Teraz zrównoważ 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 substratów zawiera trzy tleny, a strona produktu tylko jeden tlen. Dodaj dwa cząsteczki wody po stronie produktu.

HNO₃→ NO + 2H_dwaO

Trzecim krokiem jest zrównoważenie atomów wodoru. Osiąga się to przez 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 reagenta.

HNO₃+ 3 godz⁺→ NO + 2H_dwaO

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

HNO₃+ 3 godz⁺+ 3 i^-→ NO + 2H_dwaO

Teraz połówkowe równanie redukcji jest zrównoważone.

Krok 4: Wyrównaj przeniesienie elektronu.

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

Połówkowa reakcja utleniania ma dwa elektrony, podczas gdy połówkowa reakcja redukcji ma trzy elektrony. Najniższy wspólny mianownik między nimi to sześć elektronów. Pomnóż połówkową reakcję utleniania przez 3 i połówkową reakcję redukcji przez 2.

3 Cu → 3 Cu²⁺+ 6 i^-
2 HNO₃+ 6 godz⁺+ 6 i^-→ 2NO + 4H_dwaO

Krok 5: Rekombinuj połówkowe reakcje.

Osiąga się to przez zsumowanie dwóch reakcji. Po dodaniu anuluj wszystko, co pojawia się po obu stronach reakcji.

3 Cu → 3 Cu²⁺+ 6 i^-
+ 2 HNO₃+ 6 godz⁺+ 6 i^-→ 2NO + 4H_dwaO

3 Cu + 2 HNO₃+6H⁺+ 6 i^-→ 3 Cu²⁺+ 2NO + 4H_dwa+ 6 i^-

Obie strony mają po sześć elektrony które można anulować.

3 Cu + 2 HNO₃+ 6 godz⁺→ 3 Cu²⁺+ 2NO + 4H_dwaO

Całkowita reakcja redoks jest teraz zrównoważona.

Odpowiadać

3 Cu + 2 HNO₃+ 6 godz⁺→ 3 Cu²⁺+ 2NO + 4H_dwaO

Podsumowując:

1. Zidentyfikuj składniki reakcji utleniania i redukcji.
2. Rozdzielić reakcję na połówkową reakcję utleniania i połówkową reakcję redukcji.
3. Zrównoważ każdą połówkową reakcję zarówno atomowo, jak i elektronicznie.
4. Wyrównaj transfer elektronów między półrównaniami utleniania i redukcji.
5. Połącz reakcje połówkowe, aby utworzyć pełną reakcję redoks.