- Askeleet
- - Kenraali
- Tarkista reagenssien ja tuotteiden hapetusmäärä
- Tunnista hapettavat ja pelkistävät lajit
- Kirjoita puolireaktiot ja tasapaino atomit ja varaukset
- Korvaa ionisen yhtälön kertoimet yleiseen yhtälöön
- - tasapaino happamassa väliaineessa
- - Tasapaino perusväliaineessa
- esimerkit
- Harjoitukset
- Harjoitus 1
- Yleiset vaiheet
- Tasapaino perusväliaineessa
- Harjoitus 2
- Yleiset vaiheet
- Tasapaino happamassa väliaineessa
- Viitteet
Redox tasapainotus menetelmä on sellainen, joka mahdollistaa tasapainottaa reaktioyhtälö redox reaktiot, jotka muuten olisi päänsärky. Tässä yksi tai useampi laji vaihtavat elektroneja; sitä, joka lahjoittaa tai menettää ne, kutsutaan hapettaviksi lajeiksi, kun taas se, joka hyväksyy tai saa heidät, pelkistäviksi lajeiksi.
Tässä menetelmässä on välttämätöntä tietää näiden lajien hapettumislukut, koska ne paljastavat kuinka monta elektronia he ovat saaneet tai menettäneet moolia kohti. Tämän ansiosta sähkövaraukset on mahdollista tasapainottaa kirjoittamalla elektronit yhtälöihin kuin ne olisivat reagensseja tai tuotteita.
Redox-reaktion yleiset puolireaktiot yhdessä kolmen päähenkilön kanssa tasapainottamisen aikana: H +, H2O ja OH-. Lähde: Gabriel Bolívar.
Yläkuva näyttää kuinka tehokkaasti elektronit, e - sijoitetaan reagensseiksi, kun hapettavat lajit saavat ne; ja tuotteina, kun pelkistävä laji menettää ne. Huomaa, että tämän tyyppisten yhtälöiden tasapainottamiseksi on välttämätöntä hallita hapetus- ja hapetus-pelkistyslukujen käsitteet.
H +, H 2 O ja OH - lajit sallivat reaktioväliaineen pH: sta riippuen redox-tasapainon, minkä vuoksi on hyvin yleistä löytää niitä harjoituksissa. Jos väliaine on hapan, turvaudumme H +: een; mutta jos väliaine on päinvastoin emäksinen, käytämme OH - tasapainottamiseen.
Itse reaktion luonne sanelee, minkä väliaineen pH: n tulisi olla. Siksi, vaikka tasapainotus voidaan suorittaa olettaen, että hapan tai emäksinen väliaine on lopullinen, tasapainotettu yhtälö osoittaa, ovatko H + - ja OH - ionit todella välttämättömiä.
Askeleet
- Kenraali
Tarkista reagenssien ja tuotteiden hapetusmäärä
Oletetaan seuraava kemiallinen yhtälö:
Cu (s) + AgNO 3 (aq) → Cu (NO 3) 2 + Ag (s)
Tämä vastaa redox-reaktiota, jossa reagoivien aineiden hapetusluvuissa tapahtuu muutos:
Cu 0 (s) + Ag + NO 3 (aq) → Cu 2+ (NO 3) 2 + Ag (s) 0
Tunnista hapettavat ja pelkistävät lajit
Hapettavat lajit saavat elektroneja hapettamalla pelkistävät lajit. Siksi sen hapettumisluku vähenee: siitä tulee vähemmän positiivinen. Samaan aikaan pelkistävien lajien hapettumisluku kasvaa, koska se menettää elektroneja: siitä tulee positiivisempi.
Siten, että edellisen reaktion, kupari hapetetaan, koska se kulkee Cu 0 Cu 2+; ja hopea vähenee, kun se siirtyy Ag +: sta Ag 0: ksi. Kupari on pelkistävä laji ja hopea hapettava laji.
Kirjoita puolireaktiot ja tasapaino atomit ja varaukset
Sen tunnistamiseksi, mitkä lajit saavuttavat tai hävittävät elektroneja, kirjoitetaan redox-puolireaktiot sekä pelkistys- että hapetusreaktioille:
Cu 0 → Cu 2+
Ag + → Ag 0
Kupari menettää kaksi elektronia, kun taas hopea saa yhden. Sijoitamme elektronit molempiin puolireaktioihin:
Cu 0 → Cu 2+ + 2e -
Ag + + e - → Ag 0
Huomaa, että kuormat pysyvät tasapainossa molemmissa puolireaktioissa; mutta jos ne summataan yhteen, aineen säilyvyyslakia rikotaan: elektronien lukumäärän on oltava sama kahdessa puolireaktiossa. Siksi toinen yhtälö kerrotaan 2: lla ja kaksi yhtälöä lisätään:
(Cu 0 → Cu 2+ + 2e -) x 1
(Ag + + e - → Ag 0) x 2
Cu 0 + 2Ag + + 2e - → Cu 2+ + 2Ag 0 + 2e -
Elektronit sammuvat, koska ne ovat reagenssien ja tuotteiden sivuilla:
Cu 0 + 2Ag + → Cu 2+ + 2Ag 0
Tämä on globaali ioniyhtälö.
Korvaa ionisen yhtälön kertoimet yleiseen yhtälöön
Lopuksi edellisen yhtälön stökiometriset kertoimet siirretään ensimmäiseen yhtälöön:
Cu (s) + 2AgNO 3 (aq) → Cu (NO 3) 2 + 2Ag (s)
Huomaa, että 2 on sijoitettu AgNO 3, koska tämä suola hopea on Ag +, ja sama tapahtuu Cu (NO 3) 2. Jos tämä yhtälö ei ole tasapainossa lopussa, jatkamme kokeen suorittamista.
Edellisissä vaiheissa ehdotettu yhtälö olisi voinut tasapainottaa suoraan kokeilun ja virheen avulla. On kuitenkin olemassa redox-reaktioita, joissa tapahtuu happama (H +) tai emäksinen (OH -) väliaine. Kun näin tapahtuu, sitä ei voida tasapainottaa olettaen, että väliaine on neutraali; kuten juuri osoitettu (ei H + eikä OH - ei lisätty).
Toisaalta on kätevää tietää, että atomit, ionit tai yhdisteet (lähinnä oksidit), joissa hapettumisluvuissa tapahtuu muutoksia, kirjoitetaan puolireaktioissa. Tätä korostetaan harjoitusosassa.
- tasapaino happamassa väliaineessa
Kun väliaine on hapan, on välttämätöntä pysähtyä kahteen puolireaktioon. Tällä kertaa tasapainotettaessa emme huomioi happi- ja vetyatomeja, ja myös elektroneja. Elektronit tasapainottavat lopulta.
Sitten lisäämme vesimolekyylejä sen reaktion puolelle, jossa on vähemmän happiatomeja. Toisella puolella tasapainotamme vetyjä H + -ioneilla. Ja lopuksi lisäämme elektroneja ja jatkamme noudattamalla jo hahmoteltuja yleisiä vaiheita.
- Tasapaino perusväliaineessa
Kun väliaine on emäksinen, edetään samalla tavalla kuin happamassa väliaineessa pienellä erolla: tällä kertaa sillä puolella, jolla on enemmän happea, sijoittuu joukko vesimolekyylejä, jotka vastaavat tätä ylimääräistä happea; ja toisella puolella OH-ioneja - vetyjen kompensoimiseksi.
Lopuksi elektronit tasapainotetaan, kaksi puolireaktiota lisätään ja globaalin ioniyhtälön kertoimet korvataan yleisessä yhtälössä.
esimerkit
Seuraavat tasapainotetut ja epätasapainoiset redox-yhtälöt toimivat esimerkkeinä nähdäksesi kuinka paljon ne muuttuvat tämän tasapainotusmenetelmän soveltamisen jälkeen:
P 4 + ClO - → PO 4 3- + Cl - (epätasapainoinen)
P 4 + 10 ClO - + 6 H 2 O → 4 PO 4 3- + 10 Cl - + 12 H + (tasapainoinen happamalusta)
P 4 + 10 CIO - + 12 OH - → 4 PO 4 3 + 10 Cl - + 6 H 2 O (tasapainottavat emäksisessä väliaineessa)
I 2 + KNO 3 → I - + KIO 3 + NO 3 - (epätasapainoinen)
3I 2 + KNO 3 + 3H 2 O → 5I - + KIO- 3 + NO 3 - + 6H + (tasapainottavat happamassa väliaineessa)
Cr 2 O 2 7 + + HNO 2 → Cr 3 + + NO 3 - (epätasapainoinen)
3HNO 2 + 5H + + Cr 2 O 2 7 - → 3NO 3 - + 2Cr 3+ + 4H 2 O (tasapainoinen hapan väliaine)
Harjoitukset
Harjoitus 1
Tasapaino seuraava yhtälö perusaineessa:
I 2 + KNO 3 → I - + KIO 3 + NO 3 -
Yleiset vaiheet
Aloitamme kirjoittamalla muille lajien hapettumisluvut, joiden epäilemme olevan hapettuneita tai pelkistyneitä; tässä tapauksessa jodiatomit:
I 2 0 + KNO 3 → I - + KI 5+ O 3 + NO 3 -
Huomaa, että jodi hapettuu ja samanaikaisesti pelkistyy, joten kirjoitamme eteenpäin niiden kaksi vastaavaa puolireaktiota:
I 2 → I - (pelkistys, jokaiselle I - 1 elektronille kulutetaan)
I 2 → IO 3 - (hapettuminen, jokaisesta IO 3 - 5 elektronista vapautuu)
Hapetus puoli-reaktio asetamme anioni IO 3 -, eikä jodiatomi kuin I 5+. Tasapainotamme jodiatomeja:
I 2 → 2I -
I 2 → 2IO 3 -
Tasapaino perusväliaineessa
Keskitymme nyt hapetuspuolireaktion tasapainottamiseen emäksisessä väliaineessa, koska siinä on hapetettuja lajeja. Lisäämme tuotepuolelle saman määrän vesimolekyylejä kuin on happiatomeja:
Olen 2 → 2IO 3 - + 6 H 2 O
Ja vasemmalla puolella me tasapainottaa vedyistä OH -:
Olen 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 6 H 2 O
Me kirjoitamme kaksi puolireaktiota ja lisäämme puuttuvat elektronit negatiivisten varausten tasapainottamiseksi:
I 2 + 2e - → 2I -
I 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 6H 2 O + 10 e -
Tasoitamme elektronien lukumäärät molemmissa puolireaktioissa ja lisäämme ne:
(I 2 + 2e - → 2I -) x 10
(I 2 + 12OH - → 2IO 3 - + 6H 2 O + 10e -) x 2
12I 2 + 24 OH - + 20e - → 20I - + 4IO 3 - + 12H 2 O + 20e -
Elektronit kumoavat ja jaamme kaikki kertoimet neljällä yksinkertaistaaksesi globaalia ioniyhtälöä:
(12I 2 + 24 OH - → 20I - + 4IO 3 - + 12H 2 O) x ¼
3I 2 + 6OH - → 5I - + IO 3 - + 3H 2 O
Ja lopuksi korvaamme ioniyhtälön kertoimet ensimmäisessä yhtälössä:
3I 2 + 6OH - + KNO 3 → 5I - + KIO- 3 + NO 3 - + 3H 2 O
Yhtälö on jo tasapainossa. Vertaa tätä tulosta tasapainottamiseen happamassa väliaineessa esimerkissä 2.
Harjoitus 2
Tasapaino seuraava yhtälö happamassa väliaineessa:
Fe 2 O 3 + CO → Fe + CO 2
Yleiset vaiheet
Tarkastelemme raudan ja hiilen hapetuslukuja saadaksesi selville, kumpi näistä kahdesta on hapettunut tai pelkistynyt:
Fe 2 3+ O 3 + C 2+ O → Fe 0 + C 4 + O 2
Rautaa on pelkistetty, mikä tekee siitä hapettavan lajin. Samaan aikaan hiili on hapettunut käyttäytyen pelkistävinä lajeina. Kyseiset hapettumisen ja pelkistyksen puolireaktiot ovat:
Fe 2 3+ O 3 → Fe 0 (pelkistys, kullekin Fe 3 elektronille kulutetaan)
CO → CO 2 (hapetus, joka CO 2 2 elektronit vapautuvat)
Huomaa, että kirjoitamme oksidia Fe 2 O 3, koska se sisältää Fe 3+: ta eikä vain Fe 3+: n sijoittamista. Tasapainotamme tarvittavat atomit paitsi happea:
Fe 2 O 3 → 2Fe
CO → CO 2
Ja jatkamme tasapainotusta happamassa väliaineessa molemmissa puolireaktioissa, koska niiden välillä on hapetettuja lajeja.
Tasapaino happamassa väliaineessa
Lisäämme vettä happea tasapainottamaan ja sitten H + vetyjen tasapainottamiseksi:
Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O
6H + + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O
CO + H 2 O → CO 2
CO + H 2 O → CO 2 + 2H +
Nyt tasapainotamme varauksia asettamalla elektronit osallistumaan puolireaktioihin:
6H + + 6e - + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O
CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e -
Tasoitamme elektronien lukumäärän molemmissa puolireaktioissa ja lisäämme ne:
(6H + + 6e - + Fe 2 O 3 → 2Fe + 3H 2 O) x 2
(CO + H 2 O → CO 2 + 2H + + 2e -) x 6
12 H + + 12e - + 2Fe 2 O 3 + 6CO + 6H 2 O → 4Fe + 6H 2 O + 6CO 2 + 12H + + 12e -
Peruutamme elektronit, H + -ionit ja vesimolekyylit:
2Fe 2 O 3 + 6CO → 4Fe + 6CO 2
Mutta nämä kertoimet voidaan jakaa kahdella yhtälön yksinkertaistamiseksi entisestään:
Fe 2 O 3 + 3CO → 2Fe- + 3CO 2
Kysymys nousee: oliko redox-tasapainotus välttämätöntä tälle yhtälölle? Kokeilun ja virheen avulla se olisi ollut paljon nopeampaa. Tämä osoittaa, että tämä reaktio etenee väliaineen pH: sta riippumatta.
Viitteet
- Whitten, Davis, Peck ja Stanley. (2008). Kemia (8. painos). CENGAGE -oppiminen.
- Helmenstine, tohtori Anne Marie (22. syyskuuta 2019). Kuinka tasapainottaa redoksireaktioita. Palautettu osoitteesta: gondo.com
- Ann Nguyen ja Luvleen Brar. (5. kesäkuuta 2019). Redox-reaktioiden tasapainotus. Kemia LibreTexts. Palautettu osoitteesta: chem.libretexts.org
- Quimitube. (2012). Harjoitus 19: Redox-reaktion säätäminen emäksisessä väliaineessa kahdella hapetuspuolireaktiolla. Palautettu osoitteesta: quimitube.com
- Washingtonin yliopisto St. Louisissa. (SF). Harjoitteluongelmat: Redox-reaktiot. Palautettu: chemistry.wustl.edu
- John Wiley & Sons. (2020). Kuinka tasapainottaa Redox-yhtälöitä. Palautettu sivustolta: dummies.com
- Rubén Darío OG (2015). Kemiallisten yhtälöiden tasapainotus. Palautettu osoitteesta: aprendeenlinea.udea.edu.co