2CO2
В этом примере после баланса по углероду оказался сбалансированным и кислород (по четыре атома слева и справа). Однако пока нет баланса по водороду.
Баланс по водороду в кислой среде делают, добавляя соответствующее число ионов H+ в ту часть полуреакции, где имеется дефицит атомов водорода.
В нашем примере в левой части имеются два атома водорода, а в правой их нет – дописываем в правую часть 2H+:
H2C2O4 2CO2 + 2H+
д) As2O3 AsH3
В этой полуреакции необходимо сделать баланс и по мышьяку, меняющему степень окисления, и по кислороду, и по водороду. После баланса по мышьяку и кислороду, как описано ранее, получим:
As2O3 + 6H+ 2AsH3 + 3H2O
При этом справа остались еще шесть несбалансированных атомов водорода, в 2AsH3, (они подчеркнуты), поэтому добавим в левую часть полуреакции еще шесть ионов H+ и тогда получим окончательно:
As2O3 + 12H+ 2AsH3 + 3H2O
Баланс по кислороду в щелочной среде делают, добавляя соответствующее число молекул H2O в ту часть полуреакции, где кислород в избытке, а в противоположную часть – удвоенное число ионов OH–.
а) NO NO
3–В правой части полуреакции
два атома кислорода – в избытке, поэтому добавляем
в правую часть две молекулы H2O,а в противоположную часть –четыре иона OH–, в результате получим: NO + 4OH
– NO
3– + 2H
2Oб) ClO
3– Cl
–В этом примере избыток кислорода в левой части полуреакции – добавляем влево три молекулы H
2O, а вправо – шесть ионов OH
–, в результате получим:ClO
3– + 3H
2O Cl
– + 6OH
–Баланс по водороду в щелочной (и нейтральной) средеделают, добавляя соответствующее число молекул H
2O в ту часть полуреакции, где имеется дефицит атомов водорода, а в противоположную часть – такое же число ионов OH
–.
а) P PH3В левой части полуреакции не хватает трех атомов водорода, поэтому добавляем влево три молекулы H2O, а вправо – три иона OH–:P + 3H2O PH3 + 3OH–б) NO3– NH3В этой полуреакции левая и правая части различаются по числу атомов и кислорода, и водорода. После баланса по кислороду получим:NO3– + 3H2O NH3 + 6OH– – при этом справа остались несбалансированными еще три атома водорода, поэтому добавим в левую часть полуреакции еще три молекулы H2O, а в правую – еще три иона OH–, и тогда получим окончательноNO3– + 6H2O NH3 + 9OH–Нередки случаи, когда материальный баланс по водороду и кислороду в щелочной среде можно сделать одновременно с помощью только гидроксид–ионов, например в полуреакции Zn [Zn(OH)4]2– для обеспечения материального баланса достаточно добавить влево четыре иона OH–:Zn + 4OH– [Zn(OH)4]2–В следующем примере этот прием не так очевиден, но также реализуется:P + 2OH– H2PO2–Нейтральная среда. Обратите внимание, что в нейтральной среде источник ионов H+ и OH– – молекулы воды. В этих случаях баланс по кислороду делают, добавляя соответствующее число H2O в левую часть первой полуреакции и в правую часть второй полуреакции. Если в результате H2O оказалась там, где кислород в недостатке, то в противоположную часть добавляют удвоенное число H+, если кислород был в избытке, то в противоположную часть добавляют удвоенное число OH–.Такой прием уменьшает вероятность типичной для нейтральной среды ошибки, когда в молекулярном уравнении в продуктах оказываются одновременно и кислота, и щелочь.Для реакции KMnO4 + KNO2 + H2O MnO2 + KNO3 + KOH можно составить две идентичные схемы превращений:а) MnO4– MnO2 б) NO2– NO3– NO2– NO3– MnO4– MnO2;Начнем с варианта (а): для баланса по кислороду добавим молекулы H
2O в левую часть первой полуреакции и в правую часть второй полуреакции: а) MnO4– + H2O MnO2NO2– NO3– + H2OПри этом оказалась ситуация, рассмотренная ранее при балансе по кислороду в щелочной среде (воду добавили в ту часть полуреакций, где кислород в избытке). Тогда число молекул H2O должно быть равно числу избыточных атомов кислорода, и в противоположную часть необходимо добавить удвоенное число ионов OH–. Окончательно получим:а) MnO4– + 2H2O MnO2 + 4OH–NO2– + 2OH– NO3– + H2OВ варианте (б) для баланса по кислороду также добавим молекулы H2O в левую часть первой полуреакции и в правую часть второй полуреакции: б) NO2– + H2O NO3– MnO4– MnO2 + H2OВ этом случае H2O оказалась в той части полуреакций, где дефицит кислорода. Подобно тому, как это рассмотрено ранее для кислой среды, число молекул H2O должно равняться числу недостающих атомов кислорода, и в противоположную часть следует добавить удвоенное число ионов H+:NO2– + H2O NO3– + 2H+MnO4– + 4H+ MnO2 + 2H2OСледует отметить, что описанные здесь приемы составления материального баланса – чисто технические и совсем не обязательно отражают действительный механизм переноса атомов из одних молекул или ионов в другие.
Примеры
а) Pt + HNO3 + HCl H2[PtCl6] + NO + H2OНапишем полуреакции, соответствующие заданному превращению:Pt [PtCl6]2–NO3– NOДля баланса по хлору в первой полуреакции достаточно в левую ее часть добавить 6Cl–. Во второй полуреакции баланс по кислороду выполняется, как было показано ранее (для кислой среды). В результате получим:Pt + 6Cl– [PtCl6]2– NO3– + 4H+ NO + 2H2Oб) Si + HNO3 + HF H2[SiF6]+ NO + H2OВ отличие от предыдущего примера источник лигандов HF – слабый электролит, что учтем в первой полуреакции:
Si + 6HF [SiF6]2– + 6H+ NO3– + 4H+ NO + 2H2O
Следует иметь в виду, что в отличие от метода электронного баланса степени окисления элементов в полуреакциях не показывают. Число электронов, участвующих в окислении (восстановлении), определяют по разнице зарядов всех ионов в левой и правой частях полуреакций.ПримерMnO4– + 4H+ MnO2 + 2H2O NO2– + H2O NO3– + 2H+В первой полуреакции сумма зарядов ионов слева равна «+3» а справа – «ноль»; для баланса по заряду необходимо добавить в левую часть три электрона: MnO4– + 4H+ + 3e MnO2 + 2H2OВо второй полуреакции сумма зарядов ионов в левой части равна (–1), а в правой – (+1). Для баланса по заряду в правую часть необходимо добавить два электрона:NO2– + H2O NO3– + 2H+ + 2eДалее необходимо выполнить условие: в окислительно-восстановительных реакциях число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем. Очевидно, что для этого в рассматриваемом примере окислитель и восстановитель необходимо взять в соотношении 3:2 – введем в ионно-электронные уравнения соответствующие множители:MnO4– + 4H+ + 3e MnO2 + 2H2O 2ок–льNO2– + H2O NO3– + 2H+ + 2e 3в–ль На основании полученной схемы напишем ионно-молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции: исходными веществами в нем будут левые части обеих полуреакций, а продуктами – правые их части:2MnO4– + 8H+ + 3NO2– + 3H2O 2MnO2 + 4H2O + 3NO3– + 6H+ После сокращения одноименных H2O и H+ получим ионно–молекулярное уравнение реакции: 2MnO4– + 3NO2– + 8H+ 2MnO2 + 3NO3– + 4H2O Примечание: одноименные молекулы H2O можно сокращать всегда. Ионы водорода сокращают только в тех случаях, когда среди продуктов нет анионов (также как «одноименные» гидроксид-ионы сокращают только в случаях, когда в продуктах нет катионов). Если это условие не выполняется, то сокращение одноименных H+ или OH– лучше сделать позже, в молекулярном уравнении реакции.Молекулярные уравнения окислительно-восстановительных реакций