Хімія. 9 клас. Березан

§ 18. Складання рівнянь окисно-відновних реакцій

Ознайомившись із матеріалом параграфа, ви:

  • опануєте методи електронного балансу для складання окисно-відновних реакцій;
  • навчитесь добирати коефіцієнти в схемах окисно-відновних реакцій.

У багатьох реакціях традиційний добір коефіцієнтів потребує багато часу і зусиль. Це особливо стосується реакцій, де кількість речовин-реагентів зростає до трьох, а кількість речовин-продуктів може бути чотири і більше. Для складання окисно-відновних реакцій зазвичай використовують спеціальний метод — метод електронного балансу. Він базується на порівнянні ступенів окиснення атомів, що є в речовинах-реагентах і речовинах-продуктах.

Для встановлення коефіцієнтів використовують таке правило: кількість електронів, які віддає відновник, дорівнює кількості електронів, які приєднує окисник.

Розгляньмо метод електронного балансу на таких прикладах.

Приклад 1. Скласти рівняння окисно-відновної реакції, яка описана схемою:

CuSO4 + Р + Н2O → Cu + Н3РО4 + H2SO4

1. Спочатку визначаємо ступінь окиснення кожного елемента в речовинах-реагентах та речовинах-продуктах:

2. З'ясовуємо, в атомів яких елементів відбувається зміна ступеня окиснення. Як бачимо, атом Фосфору змінює ступінь окиснення від 0 до +5, він — відновник, а сам при цьому окиснився. Ступінь окиснення атома Купруму змінився від +2 до 0, а сам він виступив окисником і відновився.

3. Записуємо обидві схеми:

Зверніть увагу, що кількість електронів, які віддає відновник (5) і які приєднує окисник (2), у схемах є різною.

4. Для того щоб зрівняти кількості електронів, які віддав відновник (5e-) і приєднав окисник (2е-), необхідно дібрати множник для кожного із зазначених процесів. Для цього шукаємо найменше спільне кратне (2 · 5 = 10):

Операцію з пошуку найменшого спільного кратного можна не записувати, а виконувати усно.

5. Відділяємо схеми вертикальною лінією і записуємо множники 2 і 5 (2 — до процесу окиснення, а 5 — до процесу відновлення):

Множники 2 і 5 є коефіцієнтами, які потрібно поставити в схему реакції, щоб перетворити її на рівняння. Коефіцієнт 2 ставимо перед формулами фосфору й ортофосфатної кислоти, а 5 — перед формулами міді й купрум(ІІ) сульфату (зауважте, що передусім коефіцієнти ставлять перед формулами речовин, у яких ступінь окиснення елемента дорівнює 0). Одержуємо:

5CuSO4 + 2Р + Н2О → 5Сu + 2Н3РО4 + H2SO4

6. Продовжуємо добирати коефіцієнти. Зважаючи на те, що в лівій частині схеми є 5 атомів Сульфуру, ставимо коефіцієнт 5 перед формулою сульфатної кислоти:

5CuSO4 + 2Р + Н2О → 5Сu + 2Н3РО4 + 5H2SO4

Обчислимо кількість атомів Гідрогену: у правій частині схеми їх є 16 (6 — у двох молекулах Н3РО4 і 10 — у п'яти молекулах H2SO4). Отже, перед формулою води поставимо коефіцієнт 8:

5CuSO4 + 2Р + 8Н2О → 5Cu + 2Н3РО4 + 5H2SO4

Нарешті, перерахувавши атоми Оксигену в лівій і правій частинах рівняння, переконуємось, що їх є по 28.

5CuSO4 + 2Р + 8Н2О = 5Cu + 2Н3РО4 + 5H2SO4

У кожному рівнянні окисно-відновної реакції бажано вказати речовини чи йони, що є окисниками і відновниками:

Приклад 2. Розгляньмо окисно-відновну реакцію, схема якої:

S + Сl2 + H2O → H2SO4 + HCl

Розставивши ступені окиснення всіх елементів, одержимо:

Запишемо схеми процесів окиснення та відновлення, поставимо множники 2 і 6, які можна скоротити до 1 і 3:

Кількість атомів Сульфуру в правій і лівій частинах однакова (дорівнює 1). Перед Сl2 ставимо коефіцієнт 3:

S + 3Cl2 + H2O → H2SO4 + HCl

Кількість атомів Хлору в лівій частині — 6. Щоб у правій частині також отримати 6 атомів, ставимо перед НСl коефіцієнт 6:

S + 3Сl2 + Н2O → H2SO4 + 6НСl

Обчислимо кількість атомів Гідрогену в правій частині рівняння: їх 8. Отже, перед формулою води потрібно поставити коефіцієнт 4:

S + 3Сl2 + 4Н2О → H2SO4 + 6НСl

Перевіряємо кількість атомів Оксигену: їх по 4 у правій і лівій частинах. Отже:

S + 3Сl2 + 4Н2О = H2SO4 + 6НСl

Указуємо окисник і відновник:

Приклад 3. Розгляньмо добір коефіцієнтів для окисно-відновної реакції, схема якої:

FeO + HNO3 (розб.) → Fe(NO3)3 + NO + Н2О

Указавши ступені окиснення елементів, одержимо:

Записуємо схеми процесів окиснення і відновлення, ставимо множники, щоб збалансувати електрони:

Перед формулами FeO і Fe(NO3)3 ставимо коефіцієнт 3. Одержуємо:

3FeO + HNO3 (розб.) → 3Fe(NO3)3 + NO + Н2О

Коефіцієнт 1 стосується лише NO, тому що частина атомів Нітрогену в йоні NO-3 не відновилась, а увійшла до складу солі — ферум(ІІІ) нітрату. Обчислюємо загальну кількість атомів Нітрогену в правій частині рівняння: їх є 10 (9 + 1). Отже, перед формулою нітратної кислоти ставимо коефіцієнт 10:

3FeO + 10HNO3 (розб.) → 3Fe(NO3)3 + NO + Н2О

Щоб зрівняти кількість атомів Гідрогену, необхідно перед формулою води поставити коефіцієнт 5:

3FeO + 10HNO3 (розб.) → 3Fe(NO3)3 + NO + 5Н2О

Підрахувавши кількість атомів Оксигену в лівій і правій частинах рівняння, переконуємося у правильності його написання (по 33 атоми Оксигену):

3FeO + 10HNO3 (розб.) = 3Fe(NO3)3 + NO + 5Н2O

У цьому рівнянні окисно-відновної реакції відновник — ферум(ІІ) оксид FeO, тому що до його складу входить йон Fe2+, який віддав електрони. Окисником виступає нітратна кислота HNO3. У її складі є аніон NO-3, а в аніоні — атом Нітрогену з найвищим ступенем окиснення +5, який приєднав 3 електрони. Отже, підсумовуючи все, запишемо:

Підсумки

  • 1. Рівняння окисно-відновних реакцій складають, використовуючи метод електронного балансу.
  • 2. Для добору коефіцієнтів керуються правилом: кількість електронів, які віддає відновник (атоми, молекули чи йони), має дорівнювати кількості електронів, які приєднує окисник.
  • 3. Правильно складене рівняння окисно-відновної реакції забезпечує точне написання схем процесів окиснення і відновлення та встановлення множників, щоб збалансувати електрони.

Контрольні запитання

  • 1. Опишіть основні етапи складання електронного балансу для окисно-відновної реакції.
  • 2. Чи правильним є твердження, що два атоми Нітрогену, що утворюють молекулу азоту, приєднуючи 6е-, окиснюються? Запишіть схему цього процесу та назвіть його.
  • 3. Як називають процес, описаний схемою:

  • 4. Чи правильним є твердження, що Оксиген в описаній схемі відновлюється:

  • 5. Яку кількість електронів втрачає (чи приєднує) Нітроген у процесі окиснення (чи відновлення), що відповідає схемам:

Вправи та задачі

1. Складіть рівняння окисно-відновних реакцій за наведеними схемами, використавши метод електронного балансу:

  • a) N2 + Н2 → NH3;
  • б) KNO3 + С → KNO2 + CO2;
  • в) FeCl2 + Сl2 → FeCl3;
  • г) SO2 + О2 → SO3.

Укажіть речовини — окисники та відновники, процеси окиснення і відновлення.

2. Завершіть схеми наведених процесів:

3. За допомогою методу електронного балансу здійсніть добір коефіцієнтів для окисно-відновних реакцій, перебіг яких описано схемами:

  • а) SO2 + HNO3 + Н2О → H2SO4 + NO↑;
  • б) ΝΗ3 + О2 → N2 + Н2O;
  • в) S + HNO3 → SO2↑ + ΝΟ2↑ + Н2O;
  • r) H2S + O2 → SO2 + H2O.

4*. Установіть формулу речовини, склад якої описує формула Е2О2 (Е — невідомий елемент). Масова частка Оксигену в цій сполуці становить 94,14 %. Назвіть цю речовину. Які окисно-відновні властивості, на вашу думку, може виявляти ця речовина? Відповідь обґрунтуйте.

5. Взаємодія калій йодиду з гідроген пероксидом за наявності сульфатної кислоти описана схемою:

КI + Н2О2 + H2SO4 → I2 + K2SO4 + H2O

У якій ролі (окисника чи відновника) виступає гідроген пероксид? Складіть рівняння реакції методом електронного балансу.

6. Для кожної з реакцій, схеми яких наведені, укажіть речовини — окисники та відновники:

  • а) KNO2 + Н2О2 → KNO3 + Н2О;
  • б) Н2О2 + Ag2O → Ag + О2↑ + Н2О;
  • в) МnО + Н2О2 → МnО2 + Н2О.

Складіть відповідні рівняння реакцій. Зробіть висновок щодо окисно-відновних властивостей гідроген пероксиду.

7. Порівняйте окисно-відновні властивості сульфур(ІV) оксиду в реакціях, схеми яких наведено:

  • а) SO2 + CO → S↓ + СО2;
  • б) FeCl3 + SO2 + Н2О → FeCl2 + H2SO4 + НСl;
  • в) SO2 + I2 + Н2О → НІ + H2SO4.

Зробіть висновок і обґрунтуйте, чому в одних реакціях сульфур(ІV) оксид є відновником, а в інших — окисником. Складіть рівняння реакцій, користуючись методом електронного балансу.

8. Складіть рівняння окисно-відновних реакцій за наведеними схемами, використавши метод електронного балансу:

  • а) S + КСlО3 КСl + SO2↑;
  • б) NH3 + SO2 → N2 + S↓ + Η2Ο;
  • в) SO2 + H3PO3 → H3PO4 + S↓.