Tasakaalu redoksreaktsiooni näiteprobleem

Redoksreaktsioonide tasakaalustamisel tuleb lisaks komponendi reagentide ja toodete tavapärastele molaarsuhetele tasakaalustada ka üldist elektroonilist laengut. See näiteprobleem illustreerib, kuidas kasutada poolreaktsiooni meetodit redoksreaktsiooni tasakaalustamiseks lahuses.

Järgmine redoksreaktsioon tasakaalustatakse happelises lahuses:

Cu (id) + HNO₃(aq) → Cu²⁺(aq) + EI (g)

1. samm: tehke kindlaks, mida oksüdeeritakse ja mida redutseeritakse.

Määrata, millised aatomid redutseeruvad või oksüdeeruvad, määrake oksüdatsiooniseisundid iga reaktsiooni aatomiga.

Ülevaatamiseks:

1. Oksüdeerimisseisundite määramise reeglid
2. Oksüdeerimisseisundite määramine Näidisülesanne
3. Oksüdatsiooni- ja reduktsioonireaktsiooni näidisprobleem

• Cu (d): Cu = 0
• HNO₃: H = +1, N = +5, O = -6
• Cu²⁺: Cu = +2
• EI (g): N = +2, O = -2

Cu läks oksüdatsiooni olekust 0 kuni +2, kaotades kaks elektroni. Selle reaktsiooni tagajärjel oksüdeerub vask.
N läks oksüdatsiooni olekust +5 kuni +2, saades kolm elektronit. Selle reaktsiooni tulemusel väheneb lämmastik.

2. samm: jagage reaktsioon kaheks poolreaktsiooniks: oksüdeerimine ja redutseerimine.

Oksüdeerimine: Cu → Cu²⁺

Vähendamine: HNO₃ → EI

3. samm: tasakaalustage iga poolreaktsioon nii stöhhiomeetria kui ka elektroonilise laengu abil.

See saavutatakse ainete lisamisega reaktsioonile. Ainus reegel on see, et ainsad ained, mida saate lisada, peavad juba olema lahuses. Nende hulka kuulub vesi (H₂O), H⁺ ioonid (happelistes lahustes), OH^- ioonid (põhilahendustes) ja elektronid.

Alustage oksüdatsiooni poolreaktsioonist:

Poolreaktsioon on juba aatomis tasakaalus. Elektroonilise tasakaalu saavutamiseks tuleb toote poolele lisada kaks elektroni.

Cu → Cu²⁺ + 2 e^-

Nüüd tasakaalustage redutseerimisreaktsioon.

See reaktsioon nõuab rohkem tööd. Esimene samm on tasakaalustada kõiki aatomeid välja arvatud hapnik ja vesinik.

HNO₃ → EI

Mõlemal küljel on ainult üks lämmastikuaatom, seega on lämmastik juba tasakaalus.

Teine samm on hapnikuaatomite tasakaal. Selleks lisatakse vett küljele, mis vajab rohkem hapnikku. Sel juhul on reagendipoolel kolm hapnikku ja produktiküljel on ainult üks hapnik. Lisage kaks veemolekulid toote poolele.

HNO₃ → NO + 2 H₂O

Kolmas samm on tasakaalustada vesinikuaatomeid. See saavutatakse H lisamisega⁺ ioonid küljele, mis vajab rohkem vesinikku. reagendipool on üks vesinikuaatom, samas kui produktiküljel on neli. Lisage 3 H⁺ ioonid reageeriva poole külge.

HNO₃ + 3 H⁺ → NO + 2 H₂O

Võrrand on tasakaalus aatomis, kuid mitte elektriliselt. Viimane samm on laengu tasakaalustamine, lisades elektronid reaktsiooni positiivsemasse külge. Ühel reagendipoolel on üldlaeng +3, produkti pool on neutraalne. +3 laengu neutraliseerimiseks lisage reagendi poolele kolm elektroni.

HNO₃ + 3 H⁺ + 3 e^- → NO + 2 H₂O

Nüüd on taandamise poolvõrrand tasakaalus.

4. samm: elektronide ülekande võrdsustamine.

Sisse redoksreaktsioonid, peab saadud elektronide arv võrduma kadunud elektronide arvuga. Selle saavutamiseks korrutatakse iga reaktsioon täisarvudega, et sisaldada sama arvu elektrone.

Oksüdatsiooni poolreaktsioonil on kaks elektroni, redutseerimise poolreaktsioonil aga kolm elektroni. Madalaim ühine nimetaja nende vahel on kuus elektronit. Korrutage oksüdatsiooni poolreaktsioon 3-ga ja redutseerimise poolreaktsioon 2-ga.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
2 HNO₃ + 6 H⁺ + 6 e^- → 2 NO + 4H₂O

5. samm: kombineerige poolreaktsioonid uuesti.

See saavutatakse kahe reaktsiooni liitmise teel. Kui need on lisatud, tühistage kõik, mis ilmnevad reaktsiooni mõlemal küljel.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
+ 2 HNO₃ + 6 H⁺ + 6 e^- → 2 NO + 4H₂O

3 Cu + 2 HNO₃ + 6H⁺ + 6 e^- → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O + 6 e^-

Mõlemal poolel on kuus elektronid mida saab tühistada.

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 H⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O

Täielik redoksreaktsioon on nüüd tasakaalus.

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 H⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O

Kokku võtma:

1. Tuvastage reaktsiooni oksüdatsiooni ja redutseerimise komponendid.
2. Eraldage reaktsioon oksüdatsiooni poolreaktsiooniks ja redutseerimise poolreaktsiooniks.
3. Tasakaalustage iga poolreaktsioon nii aatomis kui ka elektrooniliselt.
4. Võrrelge elektronide ülekandmine oksüdatsiooni ja redutseerimise poolvõrrandite vahel.
5. Kombineerige poolreaktsioonid uuesti, moodustades täieliku redoksreaktsiooni.