Παράδειγμα προβλήματος αντίδρασης ισοζυγίου ισορροπίας

Κατά την εξισορρόπηση των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής, το συνολικό ηλεκτρονικό φορτίο πρέπει να εξισορροπείται επιπρόσθετα προς τις συνήθεις μοριακές αναλογίες των αντιδρώντων συστατικών και των προϊόντων. Αυτό το παράδειγμα πρόβλημα περιγράφει τον τρόπο χρήσης της μεθόδου μισής αντίδρασης για την εξισορρόπηση μιας οξειδοαναγωγικής αντίδρασης σε μια λύση.

Εξισορροπήστε την ακόλουθη αντίδραση οξειδοαναγωγής σε όξινο διάλυμα:

Cu (s) + ΗΝΟ₃(aq) → Cu²⁺(υδ) + ΝΟ (g)

Βήμα 1: Προσδιορίστε τι οξειδώνεται και τι μειώνεται.

Για να προσδιορίσετε ποια άτομα μειώνονται ή οξειδώνονται, εκχωρήστε καταστάσεις οξείδωσης σε κάθε άτομο της αντίδρασης.

Για αναθεώρηση:

1. Κανόνες για την εκχώρηση οξειδωτικών κρατών
2. Αντιστοίχιση του προβλήματος των καταστάσεων οξείδωσης
3. Πρόβλημα με παράδειγμα οξείδωσης και μείωσης της αντίδρασης

• Cu (s): Cu = 0
• HNO₃: Η = +1, Ν = + 5, 0 = -6
• Cu²⁺: Cu = +2
• ΟΧΙ (g): Ν = + 2, Ο = -2

Το Cu πήγε από την κατάσταση οξείδωσης 0 έως +2, χάνοντας δύο ηλεκτρόνια. Ο χαλκός οξειδώνεται με αυτήν την αντίδραση.

Βήμα 2: Διάλυση της αντίδρασης σε δύο μισές αντιδράσεις: οξείδωση και αναγωγή.

Οξείδωση: Cu - Cu²⁺

Μείωση: HNO₃ → ΟΧΙ

Βήμα 3: Εξισορροπήστε κάθε μισή αντίδραση τόσο με στοιχειομετρία όσο και με ηλεκτρονικό φορτίο.

Αυτό επιτυγχάνεται με την προσθήκη ουσιών στην αντίδραση. Ο μόνος κανόνας είναι ότι οι μόνες ουσίες που μπορείτε να προσθέσετε πρέπει ήδη να βρίσκονται στη λύση. Αυτά περιλαμβάνουν το νερό (Η₂Ο), Η⁺ ιόντα (σε όξινα διαλύματα), ΟΗ^- ιόντα (σε βασικές λύσεις) και ηλεκτρόνια.

Ξεκινήστε με την μισή αντίδραση οξείδωσης:

Η μισή αντίδραση είναι ήδη ισορροπημένη ατομικά. Για την ηλεκτρονική ισορροπία, πρέπει να προστεθούν δύο ηλεκτρόνια στην πλευρά του προϊόντος.

Cu → Cu²⁺ + 2 e^-

Τώρα, ισορροπήστε την αντίδραση μείωσης.

Αυτή η αντίδραση απαιτεί περισσότερη δουλειά. Το πρώτο βήμα είναι να εξισορροπηθούν όλα τα άτομα εκτός από οξυγόνο και υδρογόνο.

HNO₃ → ΟΧΙ

Υπάρχει μόνο ένα άτομο αζώτου και στις δύο πλευρές, οπότε το άζωτο είναι ήδη ισορροπημένο.

Το δεύτερο βήμα είναι η εξισορρόπηση των ατόμων οξυγόνου. Αυτό γίνεται προσθέτοντας νερό στην πλευρά που χρειάζεται περισσότερο οξυγόνο. Στην περίπτωση αυτή, η πλευρά του αντιδραστηρίου έχει τρία οξυγόνα και η πλευρά του προϊόντος έχει μόνο ένα οξυγόνο. Προσθέστε δύο μόρια νερού στην πλευρά του προϊόντος.

HNO₃ → NO + 2 H₂Ο

Το τρίτο βήμα είναι η εξισορρόπηση των ατόμων υδρογόνου. Αυτό επιτυγχάνεται προσθέτοντας H⁺ ιόντων στην πλευρά που χρειάζεται περισσότερο υδρογόνο. ο πλευρά αντιδραστηρίου έχει ένα άτομο υδρογόνου ενώ η πλευρά του προϊόντος έχει τέσσερα. Προσθέστε 3 Η⁺ ιόντα στην πλευρά του αντιδραστηρίου.

HNO₃ + 3 Η⁺ → NO + 2 H₂Ο

Η εξίσωση είναι ισορροπημένη ατομικά, αλλά όχι ηλεκτρικά. Το τελικό βήμα είναι η εξισορρόπηση του φορτίου με την προσθήκη ηλεκτρονίων στην πιο θετική πλευρά της αντίδρασης. Μία πλευρά αντιδρών, η συνολική φόρτιση είναι +3, ενώ η πλευρά του προϊόντος είναι ουδέτερη. Για να αντισταθμίσετε τη φόρτιση +3, προσθέστε τρία ηλεκτρόνια στην πλευρά του αντιδραστηρίου.

HNO₃ + 3 Η⁺ + 3 e^- → NO + 2 H₂Ο

Τώρα, η μισή εξίσωση μείωσης είναι ισορροπημένη.

Βήμα 4: Εξισώστε τη μεταφορά ηλεκτρονίων.

Σε αντιδράσεις οξειδοαναγωγής, ο αριθμός των ηλεκτρονίων που κερδίζονται πρέπει να ισούται με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που χάνονται. Για να επιτευχθεί αυτό, κάθε αντίδραση πολλαπλασιάζεται με ολόκληρους αριθμούς ώστε να περιέχει τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων.

Η μισή αντίδραση οξείδωσης έχει δύο ηλεκτρόνια ενώ η μισή αντίδραση αναγωγής έχει τρία ηλεκτρόνια. Ο μικρότερος κοινός παρονομαστής μεταξύ τους είναι έξι ηλεκτρόνια. Πολλαπλασιάστε την μισή αντίδραση οξείδωσης κατά 3 και μειώστε τη μισή αντίδραση κατά 2.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 ε^-
2 HNO₃ + 6 Η⁺ + 6 ε^- → 2 NO + 4 H₂Ο

Βήμα 5: Ανασυστήστε τις μισές αντιδράσεις.

Αυτό επιτυγχάνεται με την προσθήκη των δύο αντιδράσεων μαζί. Μόλις προστεθούν, ακυρώστε οτιδήποτε εμφανίζεται και στις δύο πλευρές της αντίδρασης.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 ε^-
+ 2 HNO₃ + 6 Η⁺ + 6 ε^- → 2 NO + 4 H₂Ο

3 Cu + 2 HNO₃ + 6Η⁺ + 6 ε^- → 3 Cu²⁺ + 2 ΝΟ + 4 Η₂O + 6 e^-

Και οι δύο πλευρές έχουν έξι ηλεκτρόνια που μπορεί να ακυρωθεί.

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 Η⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 ΝΟ + 4 Η₂Ο

Η πλήρης αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι πλέον ισορροπημένη.

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 Η⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 ΝΟ + 4 Η₂Ο

Να συνοψίσουμε:

1. Προσδιορίστε τα στοιχεία οξείδωσης και αναγωγής της αντίδρασης.
2. Διαχωρίστε την αντίδραση στην μισή αντίδραση οξείδωσης και στη μισή αντίδραση αναγωγής.
3. Εξισορρόπηση κάθε μισής αντίδρασης τόσο ατομικά όσο και ηλεκτρονικά.
4. Εξισώστε τη μεταφορά ηλεκτρονίων μεταξύ μισών εξισώσεων οξείδωσης και αναγωγής.
5. Ανασυνδυάστε τις μισές αντιδράσεις για να σχηματίσουν την πλήρη οξειδοαναγωγική αντίδραση.