Echilibru Redox Exemplu Problemă de reacție

La echilibrarea reacțiilor redox, încărcarea electronică totală trebuie să fie echilibrată pe lângă raporturile molare obișnuite ale reactanților și produselor componente. Acest exemplu de exemplu ilustrează modul de utilizare a metodei cu jumătate de reacție pentru a echilibra o reacție redox într-o soluție.

Întrebare

Echilibrați următoarea reacție redox într-o soluție acidă:

Cu (s) + HNO₃(aq) → Cu²⁺(aq) + NU (g)

Soluţie

Pasul 1: Identificați ceea ce se oxidează și ceea ce se reduce.

Pentru a identifica ce atomi se reduc sau se oxidează, alocați stări de oxidare fiecărui atom al reacției.

Pentru revizuire:

1. Reguli de atribuire a statelor de oxidare
2. Alocarea statelor de oxidare Problemă de exemplu
3. Exemplu de reacție de oxidare și reducere

• Cu (s): Cu = 0
• HNO₃: H = +1, N = +5, O = -6
• cu²⁺: Cu = +2
• NU (g): N = +2, O = -2

Cu a trecut de la starea de oxidare 0 la +2, pierzând doi electroni. Cuprul este oxidat prin această reacție.
N a trecut de la starea de oxidare +5 la +2, obținând trei electroni. Azotul este redus prin această reacție.

Pasul 2: Repartiți reacția în două jumătăți de reacție: oxidare și reducere.

Oxidare: Cu → Cu²⁺

Reducere: HNO₃ → NU

Pasul 3: Echilibrați fiecare jumătate de reacție atât prin stoechiometrie cât și prin încărcare electronică.

Acest lucru se realizează prin adăugarea substanțelor la reacție. Singura regulă este că singurele substanțe pe care le puteți adăuga trebuie să fie deja în soluție. Acestea includ apa (H₂O), H⁺ ioni (în soluții acide), OH^- ioni (în soluții de bază) și electroni.

Începeți cu jumătatea reacției de oxidare:

Jumătatea reacției este deja echilibrată atomic. Pentru a echilibra electronic, trebuie adăugați doi electroni în partea produsului.

Cu → Cu²⁺ + 2 e^-

Acum, echilibrează reacția de reducere.

Această reacție necesită mai multă muncă. Primul pas este echilibrarea tuturor atomilor cu excepția oxigenului și a hidrogenului.

HNO₃ → NU

Există un singur atom de azot pe ambele părți, astfel încât azotul este deja echilibrat.

Al doilea pas este echilibrarea atomilor de oxigen. Aceasta se face prin adăugarea de apă la partea care are nevoie de mai mult oxigen. În acest caz, partea reactantă are trei oxigeni, iar produsul are un singur oxigen. Adăugați două molecule de apă în partea produsului.

HNO₃ → NU + 2 H₂O

Al treilea pas este de a echilibra atomii de hidrogen. Acest lucru se realizează adăugând H⁺ ioni de partea care are nevoie de mai mult hidrogen. Partea reactantă are un atom de hidrogen în timp ce partea produsului are patru. Se adaugă 3 H⁺ ioni către partea reactantă.

HNO₃ + 3 H⁺ → NU + 2 H₂O

Ecuația este echilibrată atomic, dar nu electric. Ultima etapă este echilibrarea sarcinii prin adăugarea de electroni în partea mai pozitivă a reacției. Una dintre părțile reactante, sarcina totală este +3, în timp ce partea produsului este neutră. Pentru a contracara sarcina +3, adăugați trei electroni pe partea reactantă.

HNO₃ + 3 H⁺ + 3 e^- → NU + 2 H₂O

Acum, jumătatea de reducere este echilibrată.

Pasul 4: Egalizați transferul de electroni.

În reacțiile redox, numărul de electroni câștigați trebuie să fie egal cu numărul de electroni pierduți. Pentru a realiza acest lucru, fiecare reacție este înmulțită cu numere întregi pentru a conține același număr de electroni.

Jumătatea de reacție de oxidare are doi electroni, în timp ce jumătatea de reducere are trei electroni. Cel mai mic numitor comun între ei este șase electroni. Înmulțiți jumătatea reacției de oxidare cu 3 și jumătatea reacției de reducere cu 2.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
2 HNO₃ + 6 H⁺ + 6 e^- → 2 NU + 4 H₂O

Pasul 5: Recombinați jumătățile de reacție.

Acest lucru se realizează prin adăugarea celor două reacții împreună. După ce sunt adăugate, anulați orice apare pe ambele părți ale reacției.

   3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
+ 2 HNO₃ + 6 H⁺ + 6 e^- → 2 NU + 4 H₂O

3 Cu + 2 HNO₃ + 6H⁺ + 6 e^- → 3 Cu²⁺ + 2 NU + 4 H₂O + 6 e^-

Ambele părți au șase electroni care pot fi anulate.

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 H⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NU + 4 H₂O

Reacția completă redox este acum echilibrată.

Răspuns

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 H⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NU + 4 H₂O

A rezuma:

1. Identificați componentele de oxidare și reducere ale reacției.
2. Separați reacția în jumătatea reacției de oxidare și jumătatea reacției de reducere.
3. Echilibrați fiecare jumătate de reacție atât atomic cât și electronic.
4. Egalizați transferul de electroni între jumătatea ecuațiilor de oxidare și reducere.
5. Recombinați jumătățile de reacție pentru a forma reacția completă redox.