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 баланса складывается 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
ClV → Cl−I
MnII → MnIV

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

полуреакция восстановления ClV + 6e = Cl−I
полуреакция окисления MnII − 2e = MnIV

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:

ClV + 6e = Cl−I     * 1
MnII − 2e = MnIV     * 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 примеры подбора коэффициентов:

а) (NH4)2Cr2O7 = Cr2O3 + N2 + 4H2O
2CrVI + 6e = 2CrIII     * 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 2CrVI; 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
SIV + 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 = ZnII     * 3
NV + 3e = NII     * 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 = ZnII 1
2HI + 2e = H20 1

(здесь Zn - восстановитель, H2O - окислитель; в молекуле воды восстанавливается один атом водорода из двух: HIOH → 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.