Подбор коэффициентов в уравнениях окислительно-восстановительных реакций. Метод электронного баланса

В простых уравнениях коэффициенты подбирают поэлементно в соответствии с формулой конечного продукта:

2Al + 3S = Al₂S₃

В более сложных уравнениях окислительно-восстановительных реакций подбор коэффициентов проводят методом электронного баланса.

Метод электронного балансаскладывается из следующих этапов:

а) записывают схему реакции (формулы реагентов и продуктов), а затем находят элементы, которые повышают и понижают свои степени окисления, и выписывают их отдельно:

MnCO₃ + KClO₃ → MnO₂ + KCl + CO₂
Cl^V → Cl^−I
Mn^II → Mn^IV

б) составляют уравнения полуреакций восстановления и окисления, соблюдая законы сохранения числа атомов и заряда в каждой полуреакции:

полуреакция восстановленияC^lV + 6e⁻ = Cl^−I
полуреакция окисления Mn^II − 2e⁻ = Mn^IV

в) подбирают дополнительные множители для уравнения полуреакций так, чтобы закон сохранения заряда выполнялся для реакции в целом, для чего число принятых электронов в полуреакциях восстановления делают равным числу отданных электронов в полуреакции окисления:

Cl^V + 6e⁻ = Cl^−I     * 1
Mn^II − 2e⁻ = Mn^IV     * 3

г) проставляют (по найденным множителям) стехиометрические коэффициенты в схему реакции (коэффициент 1 опускается):

3MnCO₃ + KClO₃ = 3MnO₂ + KCl + CO₂

д) уравнивают числа атомов тех элементов, которые не изменяют своей степени окисления при протекании реакции (если таких элементов два, то достаточно уравнять число атомов одного из них, а по второму провести проверку). Получают уравнение химической реакции:

3MnCO₃ + KClO₃ = 3MnO₂ + KCl + 3CO₂

е) проводят проверку по элементу, который не менял свою степень окисления (чаще всего это кислород):

слева 9 + 3 = 12 атомов O
справа 6 + 6 = 12 атомов O

Подбор коэффициентов проведен правильно.

Другие примерыподбора коэффициентов:

а) (NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O
2Cr^VI + 6e⁻ = 2Cr^III     * 1
2N^−III − 6e⁻ = N₂⁰     * 1

(для реакций внутримолекулярного окисления-восстановления, когда в одном и том же веществе атомы одного элемента окисляются, а атомы другого элемента восстанавливаются, расчет ведут на число атомов в одной формульной единице реагента - 2N^−III и 2Cr^VI; простые вещества указывают формулами молекул - N₂⁰).

б) 2H₂O₂ = 2H₂O + O₂
O^−I + e⁻ = O^−II     * 2
2 O^−I − 2e⁻ = O₂⁰     * 1

(для реакций дисмутации, или диспропорционирования, самоокисления самовосстановления, в которых атомы одного и того же элемента в реагенте окисляются и восстанавливаются, дополнительные множители проставляют вначале в правую часть уравнения, а затем находят коэффициент для реагента).

в) 2H₂S + SO₂ = 3S + H₂O
S^−II − 2e⁻ = S⁰     * 2
S^IV + 4e⁻ = S⁰     * 1

(в случае реакций конмутации, или синпропорционирования, в которых атомы одного и того же элемента разных реагентов в результате их окисления и восстановления получают одинаковую степень окисления, дополнительные множители проставляют вначале в левую часть уравнения).

г) 3Zn + 8HNO₃ = 3Zn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O
Zn⁰ − 2e⁻ = Zn^II     * 3
N^V + 3e⁻ = N^II     * 2

(коэффициенты для HNO₃ находят суммированием числа атомов азота N в правой части уравнения)

д) Zn + 2H₂O + 2NaOH = Na₂[Zn(OH)₄] + H₂
Zn⁰ − 2e⁻ = Zn^II 1
2H^I + 2e⁻ = H₂⁰ 1

(здесь Zn - восстановитель, H₂O - окислитель; в молекуле воды восстанавливается один атом водорода из двух: H^IOH → H⁰).

Следует подчеркнуть, что подбор коэффициентов не предполагает установления вида продукта; наоборот, вначале составляют схему реакции, то есть устанавливают формулы продуктов, исходя из химических свойств реагентов, а затем подбирают коэффициенты в уравнении реакции.