Как сделать электронно ионный баланс

Добавил пользователь Cypher
Обновлено: 16.09.2024

Для составления уравнений окислительно-восстановительных реакций и определения коэффициентов применяют два метода: метод электронного баланса и ионно-электронный метод (метод полуреакций).

Метод электронного баланса является более простым и учитывает изменение степени окисления элементов в реакциях. Ионно-электронный метод учитывает характер химической связи в молекуле и наличие тех ионов, которые в действительности существуют в растворе, например, MnO₄ – , SO₄ 2- , Cr₂O₇ 2- . При реакциях окисления-восстановления электроны не берутся откуда-то со стороны, а только переходят от одних атомов или ионов к другим, поэтому число электронов, принятых окислителем, равно числу электронов, отданных восстановителем. При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций для того, чтобы правильно написать продукты реакции, необходимо знать свойства реагирующих веществ.

8.3.1.Метод электронного баланса.

Подбор коэффициентов в реакции методом электронного баланса осуществляется по следующей схеме:

1) Составить схему реакции

Разбавленная азотная кислота с а) неактивными металлами (Cu), б) неметаллами (P, As, S) и в) производными этих неметаллов (AsH₃, PH₃, As₂S₃) образует оксид азота (II), понижая свою степень окисления:

Атом элемента в своей высшей положительной степени окисления является окислителем, следовательно, окислитель

Атом фосфора проявляет восстановительные свойства в данной реакции, отдавая электроны с последнего энергетического уровня и повышая свою степень окисления до +5.

Следовательно, молекулярное уравнение реакции имеет следующий вид:

2) Определить величину и знак степени окисления элементов до реакции и после реакции.

3) Составить электронный баланс

4) Подставить найденные коэффициенты в уравнение реакции.

5) Подсчитать количество атомов водорода в правой и левой части равенства и уравнять их за счет добавления молекул воды в ту часть равенства, где их недостаточно.

6) Подсчитать количество атомов кислорода.

При правильно написанном и решенном уравнении количество атомов кислорода в правой и левой части равенства совпадает.

Пример 1. Написать уравнение окислительно-восстановительной реакции, подобрав коэффициенты к нему: FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄→ Fe₂(SO₄)₃ + + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O. Определяем степень окисления элементов до реакции и после реакции.

Составляем уравнения электронного баланса

Подставляем найденные коэффициенты в уравнение реакции. Подсчитываем количество групп в правой части уравнения (15+2+1=18), добавляем в левую часть равенства недостающие -группы в виде коэффициента при H₂SO₄. уравниваем число атомов водорода в правой и левой части равенства.

Правильность написанного уравнения проверяем по числу атомов кислорода в правой и левой части равенства.

8.3.2. Ионно-электронный метод.

При составлении электронно-ионных уравнений следует исходить не из изменения степени окисления элементов в реагирующих веществах, а нужно учитывать действительно существующие ионы в водном растворе с точки зрения теории электролитической диссоциации. Например, если реакция происходит с участием перманганата калия, то в реакции окислителем будут ионы MnO₄ – , а не ионы Mn 7+ , так как перманганат калия в водном растворе диссоциирует KMnO₄↔K + +MnO₄ – . При этом вещества неионного характера и недиссоциирующие изображаются в электронных уравнениях в виде молекул: NH₃, CO, NO₂, SiO₂, P.

В окислительно-восстановительных реакциях могут получаться различные продукты реакции в зависимости от характера среды – кислой, щелочной, нейтральной. Для таких реакций в молекулярной схеме необходимо указывать окислитель, восстановитель и вещество, характеризующее реакцию среды (кислоту, щелочь, воду). В этом случае в ионном уравнении необходимо руководствоваться правилами стяжения, указывать ионы, характеризующие реакцию среды: H + , OH – , H₂O. Правила стяжения сводятся к следующему:

1. В кислой среде избыток ионов O +2 образует с ионами H + молекулы воды:

2. В нейтральной или щелочной среде избыток ионов O 2- образует с молекулами воды гидроксид – ионы:

3. В щелочной среде недостаток ионов O 2– компенсируется двумя ионами OH – , одновременно образуется одна молекула воды:

Реакция среды	Избыток ионов О 2–	Недостаток ионов О 2–
Реакция среды	окислитель	восстановитель
Кислая	Н + Н₂О	Н₂O 2Н +
Кислая	изб. O 2– + 2H + = Н₂О	Н₂О 2Н + + O 2–
Нейтральная	H₂O OH –	Н₂O 2Н +
Нейтральная	изб. О 2– + Н₂О 2OН –	Н₂О 2Н + + О 2–
Щелочная	Н₂O ОН –	2OН – Н₂О
Щелочная	изб. О 2– + Н₂O 2OН –	2OН – Н₂О + О 2–

Разберем на конкретных примерах.

Пример 1. Составить уравнение реакции, которая протекает при пропускании сероводорода Н₂S через подкисленный раствор перманганата калия КМnO₄

При протекании реакции малиновая окраска исчезает и раствор мутнеет. Опыт показывает, что помутнение раствора происходит в результате образования элементарной серы из сероводорода:

В этой схеме число атомов одинаково в левой и правой частях. Для уравнивания зарядов надо от левой части схемы отнять два электрона, после чего можно стрелку заменить на знак равенства:

Эта первая полуреакция — процесс окисления восстановителя H₂S.

Обесцвечивание раствора связано с переходом иона МnО – ₄ (он имеет малиновую окраску) в ион Mn 2+ (почти бесцветный и лишь при большой концентрации имеет розоватую окраску), что можно выразить схемой

Опыт показывает, что в кислом растворе кислород, входящий в состав ионов MnO – ₄, вместе с ионами водорода в конечном итоге образует воду. Поэтому процесс перехода записываем так:

Чтобы стрелку заменить на знак равенства, надо уравнять и заряды. Поскольку исходные вещества имеют семь положительных зарядов (7+), а конечные – два положительных (2+), то для выполнения условия сохранения зарядов надо к левой части схемы прибавить пять электронов:

MnO – ₄ + 8H + +5e – = Mn 2+ +4H₂О

Это вторая полуреакция – процесс восстановления окислителя – иона MnO – ₄.

Для составления общего (суммарного) уравнения реакции надо уравнение полуреакций почленно суммировать, предварительно уравнять число отданных и полученных электронов. В этом случае по правилам нахождения наименьшего кратного определяют соответствующие множители, на которые умножаются равенства полуреакций. Сокращенно запись проводится так:

Сократив на 10 Н + , окончательно получим

Проверяем правильность составленного ионного уравнения. В примере число атомов кислорода в левой части 8, в правой 8; число зарядов в левой части (2-) + (6+) == 4+, в правой 2(2+) = 4+. Уравнение составлено правильно.

Методом полуреакций составляется ионное уравнение реакции. Чтобы от ионного уравнения перейти к молекулярному, поступаем так: в левой части ионного уравнения к каждому аниону подбираем соответствующий катион, а к каждому катиону — анион. Затем такие же ионы в таком же количестве записываем и в правую часть уравнения, после чего ионы объединяем в молекулы:

Пример 2. Реакция среды кислая

1. Составить схему реакции

Из опытных данных знаем, что окислителем является КМnO₄. Ион MnO₄ – восстанавливается в кислой среде до Мn 2+ (фиолетово-малиновая окраска иона MnO₄ – становится бесцветной, переходя в Мn 2+ – ион), следовательно, ион SO₃ 2 – будет являться восстановителем, переходя в ион SO₄ 2- .

2. Составить электронно-ионные уравнения

а) для окислителя

Из ионной схемы видно, что, ион MnO₄ – – превращается в ион Мn 2+ , при этом освобождаются ионы О 2- , которые по правилу стяжения в кислой среде связываются ионами Н + , образуя молекулы Н₂O.

б) для восстановителя

Из ионной схемы видно, что ион SO₃ 2- превращается в ион SO₄ 2- . Для этого превращения необходимо добавить ион О 2- , который берется из молекулы H₂O (реакция протекает в водной среде), при этом освобождаются два иона Н+.

3. Подсчитать число зарядов в правой и левой части равенства, добавляя или уменьшая необходимое число электронов. Алгебраическая сумма зарядов в обеих частях равенства должна быть одинакова.

MnO₄ – + 8H + + 5ē = Mn 2+ + 4H₂O

4. Найти основные коэффициенты, т. е. коэффициенты при окислителе и восстановителе:

5. Написать суммарное электронно-ионное уравнение, учитывая найденные коэффициенты:

6. Сократить в левой и правой части уравнения 10 Н + и 5Н₂O. Получается ионное уравнение:

7. По ионному уравнению составить молекулярное уравнение реакции:

8. Число ионов и атомов каждого элемента в правой и левой части равенства, должно быть равно.

Пример 3. Реакция среды щелочная.

1. Составить схему реакции

Окислителем в данной реакции является молекула брома, следовательно, восстановителем будет являться метахромит калия, а именно ион СrO₂ – .

2. Составить электронно-ионное уравнение

а) для окислителя

б) для восстановителя

Из ионной схемы видно, что ион CrO₂ – превращается в ион СгО₄ 2– . Каждый недостающий ион О 2– берется по правилу стяжения из двух гидроксильных ионов (среда щелочная ОН – ), при этом одновременно образуется одна молекула воды.

3. Подсчитать число зарядов в правой и левой части равенства. Найти коэффициенты при окислителе и восстановителе.

4. Написать суммарное уравнение, учитывая найденные коэффициенты:

5. По ионному уравнению составить молекулярное уравнение реакции.

6. Число атомов и ионов каждого элемента в правой и левой части уравнения должно быть равно.

Пример 4. Реакция среды нейтральная.

1. Составить схему реакции

2. Составить электронно-ионное уравнение

а) для окислителя

В нейтральной среде избыток ионов кислорода стягивается с молекулами воды, образуя гидроксид-ионы.

б) для восстановителя

Из ионной схемы видно, что ион SО₃ 2- превращается в ион SO₄ 2- , для этого необходимо добавить один ион О 2- , который берется из молекулы Н₂O (реакция протекает в водной среде). При этом освобождаются два иона Н + .

4.Написать электронно-ионное уравнение, учитывая найденные коэффициенты:

Сокращаем левую и правую часть равенства на 6Н₂0. Получаем окончательное ионное уравнение.

5. По ионному уравнению составить молекулярное уравнение реакции.

6. Число атомов и ионов каждого элемента в правой и левей части уравнения должно быть равно.

Пример 5. Исходя из степени окисления (п) азота, серы и марганца в соединениях NН₃, HNO₂, HNO₃, H₂S, Н₂SO₃, Н₂SО₄, MnO₂ и КМnO₄, определите, какие из них могут быть только восстановителями, только окислителями и какие проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства.

Пример 6. Могут ли происходить окислительно-восстановительные реакции между следующими веществами: a) H₂S и HI; б) H₂S и Н₂SО₃; в) Н₂SО₃ и НС1O₄?

а) Степень окисления в Н₂S n(S) = -2; в HI n(I) = -1. Так как и сера и иод находятся в своей низшей степени окисления, то оба вещества проявляют только восстановительные свойства и взаимодействовать друг с другом не могут;

б) в H₂S n(S) = -2 (низшая), в H₂SO₃ n(S) = +4 (промежуточная).

Следовательно, взаимодействие этих веществ возможно, причем, Н₂SО₃ является окислителем;

Пример 7. Составьте уравнения окислительно-восстановительной реакции, идущей по схеме:

Решение. Если в условии задачи даны как исходные вещества, так и продукты их взаимодействия, то написание уравнения реакции сводится, как правило, к нахождению и расстановке коэффициентов. Коэффициенты определяют методом электронного баланса с помощью электронных уравнений. Вычисляем, как изменяют степень окисления восстановитель и окислитель, и отражаем это в электронных уравнениях:

Общее число электронов, отданных восстановителем, должно быть равно числу электронов, которые присоединяет окислитель. Общее наименьшее кратное для отданных и принятых электронов 10. Разделив это число на 5, получаем коэффициент 2 для окислителя и продукта его восстановления, а при делении 10 на 2 получаем коэффициент 5 для восстановителя и продукта его окисления. Коэффициент перед веществами, атомы которых не меняют свою степень окисления, находят подбором. Уравнение реакции будет иметь вид:

Пример 8. Составьте уравнение реакции взаимодействия цинка с концентрированной серной кислотой, учитывая максимальное восстановление последней.

Решение. Цинк, как любой металл, проявляет только восстановительные свойства. В концентрированной серной кислоте окислительная функция принадлежит сере (+6). Максимальное восстановление серы означает, что она приобретает минимальную степень окисления. Минимальная степень окисления серы как p-элемента VIA-группы равна -2. Цинк как металл IIВ-группы имеет постоянную степень окисления +2. Отражаем сказанное в электронных уравнениях:

Составляем уравнение реакции:

Перед H₂SO₄ стоит коэффициент 5, а не 1, ибо четыре молекулы H₂SO₄ идут на связывание четырех ионов Zn 2+ .

При составлении уравнений окислительно-восстановительных реакций, протекающих в водных растворах, часто отдают предпочтение ионно-электронному методу, который основан на составлении уравнений полуреакций восстановления иона (молекулы) окислителя и окисления иона (молекулы) восстановителя. Поэтому этот метод называют также методом полуреакций.

Записывают схему реакции в ионно-молекулярной форме и определяют ионы и молекулы которые изменяют степень окисления:

Участие в реакции ионов OH — говорит о том, что процесс протекает в щелочной среде.

Рассмотрим порядок действий при составлении уравнений полуреакций в щелочной среде.

1. В ионно-молекулярном уравнении каждой полуреакции уравнивают числа атомов всех элементов.

Полуреакции имеют вид:

Следует обратить внимание на следующие моменты. Если исходный ион или молекула содержит больше атомов кислорода, чем продукт реакции, избыток атомов кислорода в щелочной среде связывают молекулами воды в группы OH — . Если исходный ион или молекула содержит меньше число атомов кислорода, чем продукт реакции, то недостаток атомов кислорода в щелочных растворах компенсируется за счет молекул ионов OH — .

В данном случае среда щелочная, поэтому ионно-молекулярное уравнение полуреакции имеет вид:

2. Составляют электронно-ионные уравнения полуреакций. Для этого в левую часть каждой полуреакции добавляют (или вычитают) электроны с таким расчетом, чтобы суммарый заряд в левой и правой частях уравнений стал одинаковым.

3. В данном случае баланс по электронам есть. Поэтому суммируют электронно-ионное уравнение:

4. Сокращают подобные члены и получают ионно-молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции в щелочной среде :

5. По полученному ионно-молекулярному уравнению окислительно-восстановительной реакции составляют молекулярное уравнение. Для этого по схеме реакции определяют, из каких молекул получены данные ионы.

В современных заданиях по ОВР ученику самостоятельно предстоит определить среду реакции и продукты этой реакции. В связи с этими тенденциями становится актуальным метод полуреакций, который рассматривается в данной методической разработке.

Муниципальный конкурс профессионального мастерства педагогических

работников учреждений общего, дополнительного и дошкольного

Использование метода электронно-ионного баланса (метода полуреакций) в новых заданиях ЕГЭ по химии

Автор: Краснокутская Татьяна Юрьевна,

г. Миасс Челябинской области

Миасский городской округ

Цель данной работы показать суть метода полуреакций, которая состоит в двух утверждениях:

а) в этом методе рассматривают переход электронов от одних частиц к другим с обязательным учётом характера среды (кислая, щелочная или нейтральная), что становится актуальным в свете новой демоверсии ЕГЭ по химии в 2017-18 учебном году;

б) при составлении уравнения электронно-ионного баланса записывают только те частицы, которые реально существуют в ходе протекания данной ОВР – в виде ионов записываются реально существующие катионы или анионы; вещества малодиссоциирующие, нерастворимые или выделяющиеся в виде газа пишут в молекулярной форме;

Данная методическая разработка будет полезна для учащихся 9-11 классов ОУ и учителей химии, занимающихся подготовкой учащихся к ОГЭ и ЕГЭ.

Восстановители – доноры электронов

Метод полуреакций, правила оформления ОВР протекающих:

в кислотной среде

в щелочной среде

в нейтральной среде.

ОВР – это такие реакции, в которых одновременно протекают процессы окисления и восстановления, и изменяются степени окисления элементов.

Процесс отдачи ē – окисление.

Процесс принятия ē – восстановление.

Частица, отдающая ē – восстановитель.

Частица, принимающая ē – окислитель.

Число отдаваемых ē восстановителем равняется количеству ē, принимаемых окислителем.

Элемент, имеющий максимальную степень окисления (с.о.), может быть только окислителем. Например, N +5 - окислитель

№ слайда 2

ЦЕЛИ УРОКА: ЗАКРЕПИТЬ И УГЛУБИТЬ ЗНАНИЯ О СУЩНОСТИ ОВР;ПОЗНАКОМИТЬСЯ С МЕТОДОМ ПОЛУРЕАКЦИЙ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕМ В НЕОРГАНИЧЕСКОЙ И ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИНАУЧИТЬСЯ СОСТАВЛЯТЬ УРАВНЕНИЯ ОВР С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МЕТОДА ЭЛЕКТРОННО-ИОННОГО БАЛАНСА;РАЗВИТЬ НАВЫКИ В ИСПОЛЬЗОВАНИИ МЕТОДА Э.И.Б. ДЛЯ РЕШЕНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ ЗАДАЧ, УПРАЖНЕНИЙ, ТЕСТОВ .

№ слайда 3

Продолжите… Окислительно-восстановительные реакции – это реакции……в ходе которых хотя бы один элемент изменил свою степень окисленияОкислитель – это….атом, молекула или ион принимающий электроны. Во время реакции они восстанавливаются.Восстановитель – это… атом, молекула или ион отдающий электроны. Во время реакции они окисляются.

№ слайда 4

Классификация окислительно-восстановительных реакций

№ слайда 5

Выполните задание Допишите уравнения реакций, расставьте коэффициенты методом электронного балансаС6C5CH3 + KMnO4 + H2SO4 → C6H5COOH + ..+..+..K2Cr2O7 + K2S + H2O → S↓ +..+..

№ слайда 6

МЕТОДЫ СОСТАВЛЕНИЯ ОВР Метод электронного баланса Метод электронно - ионного баланса Метод Гарсиа Метод валентных связей

№ слайда 7

Основное требование Число электронов, отданных восстановителем= числу электронов, принятых окислителем

№ слайда 8

Электронно- ионный метод(МЕТОД ПОЛУРЕАКЦИЙ) Преимущество: при составлении полуреакцийрассматриваются реально существующие в растворе ионы и наглядно видна роль среды.

№ слайда 9

МЕТОД ПОЛУРЕАКЦИЙ: Алгоритм1. Записать в ионном виде восстановитель, окислитель и продукты их взаимодействия: Сильные электролиты записывают в виде ионов, а слабые электролиты - газы↑, нерастворимые вещества↓ - в виде молекул.

№ слайда 10

II. При составлении полуреакций окисления и восстановления следует учитывать следующее: 1. Если исходное вещество содержит больше атомов кислорода, чем продукт реакции, то освобождающийся кислород в форме О-2 связывается в кислых растворах ионами водорода (Н+) - в воду в нейтральных и щелочных растворах - в гидроксид-ионы.В кислых растворах: О-2 + 2Н+ = Н2ОВ нейтральных растворах: О-2 + Н+ (НОН) = ОН-В щелочных растворах : О-2 + НOH = 2ОН-

№ слайда 11

алгоритм 2. Если исходное вещество содержит меньше атомов кислорода, чем продукты реакции, то недостаток их восполняется в кислых и нейтральных растворах за счёт молекул воды ,в щелочных - за счёт гидроксид-анионов.В кислых растворах : Н2О = О-2 + 2Н+ В нейтральных растворах: Н2О = О-2 + 2 Н+ В щелочных растворах: 2ОН- = О-2 + Н2О

№ слайда 12

Алгоритм расстановки коэффициентов методом полуреакций Запишите схему реакции в молекулярной форме:KMnO4 + Na2SO3 + H2SO4MnSO4 + Na2SO4 + K2SO4 + H2O

№ слайда 13

2. Составьте схему реакции в полной ионной форме, подчеркнув восстановитель и окислитель K+ + MnO4- + 2Na+ + SO32- + 2 H+ + SO42-Mn 2+ + SO42- +2Na+ + SO42-+2 K+ + SO42- +H2O

№ слайда 14

3. Составьте сокращенную молекулярно-ионную схему MnO4- + SO32- + 2 H+ + SO42-Mn 2+ + SO42- + SO42-+ K+ + SO42- +H2O

№ слайда 15

4. Определите характер среды – кислая, щелочная, нейтральная Наличие Н+ – среда кислая

№ слайда 16

5. Выписать частицы, изменившие состав и заряд: MnO4- Mn 2+SO32- SO42-

№ слайда 17

6. Составьте молекулярно-ионные уравнения для процессов окисления и восстановления с учетом характера среды Проверьте число атомов (О) в левой и правой частях уравнений - Проверьте число атомов каждого элемента MnO4-+8H+=Mn2++4H2OSO32-+H2O=SO42-+2H+

№ слайда 18

Проверьте суммы зарядов ионов в левой и правой частях молекулярно-ионных уравнений: Если сумма зарядов исходных частиц больше суммы зарядов продуктов реакции, то к левой части надо добавить соответствующее число электронов, а если меньше — вычесть

№ слайда 19

MnO4- +8H+ + 5е = (процесс восстановления) SO32-+ H2O - 2е = (процесс окисления)

№ слайда 20

8. Найдите коэффициенты восстановителя, окислителя и продуктов их превращения. Умножьте левую и правую части обоих уравнений на найденные коэффициенты MnO4-+ 8H+ + 5е = Mn2++4H2O SO32-+ H2O - 2е = SO42-+2H+

№ слайда 21

Составьте сокращенное ионное уравнение окислительно-восстановительной реакции. Для этого:сложите уравнения полуреакций сократите, если имеются, одинаковые частицыдобавьте в левую часть уравнения необходимое число сопутствующих противоположно заряженных ионов (см. стрелки) то же число тех же ионов добавьте в правую часть уравнения

№ слайда 22

2MnO4-+ 5SO32-+ + = 2Mn2+ + + 5SO42-+ ↑ ↑ ↑+2К+ + 10Nа+ + 3SO42- +2К+ + 10Nа+ + 3SO42-

№ слайда 23

10. Составьте полное молекулярно-ионное уравнение 2К+ +2MnO4-+ 10Nа+ + 5SO32-+6H+ + 3SO42- = = 2Mn2++ 2К+ + 10Nа+ + 8SO42- + 3H2O

№ слайда 24

11. По полному молекулярно-ионному уравнению составьте полное молекулярное уравнение 2KMnO4+5Na2SO3+3H2SO42MnSO4+ 5Na2SO4+K2SO4 + 3H2O

Читайте также: