Составление материального баланса в полуреакциях


Баланс начинают с элементов, меняющих степени окисления. В примере (а), рассмотренном выше, такой баланс не требуется, т.к. в первой полуреакции слева и справа – равное число атомов висмута, а во второй полуреакции – равное число атомов марганца.

В примере (б) такой баланс необходимо сделать и по хрому (в первой полуреакции), и по углероду (во второй полуреакции):

Cr2O72– ® 2Cr3+

H2C2O4 ® 2CO2

Баланс по другим элементам, входящим в состав окислителя (восстановителя) и продуктов их превращения, чаще всего включает баланс по кислороду и по водороду.

 

В водных растворах баланс по этимэлементам выполняют:

_ в кислой среде – с помощью молекул воды и ионов водорода,

в щелочной среде – с помощью молекул воды и гидроксид-ионов,

в нейтральной среде – с помощью молекул воды и ионов H+ или OH.


Баланс по кислороду в кислой среде делают, добавляя соответствующее число молекул H2O в ту часть полуреакции, где дефицит кислорода, а в противоположную часть полуреакции добавляют удвоенное число ионов Н+.

Примеры:

а) BiO3 ® Bi3+

В правой части полуреакции недостает трех атомов кислорода – вводим их, с помощью трех молекул H2O, добавляя при этом в левую часть шесть ионов H+: BiO3 + 6H+ ® Bi3+ + 3H2O

 

б) MnO2 ® MnO4

В этой полуреакции – дефицит кислорода в левой части (на два меньше, чем в правой части), поэтому в левую часть полуреакции добавляем две молекулы H2O, а в правую часть – четыре иона H+:

MnO2 + 2H2O ® MnO4 + 4H+

 

в) Cr2O72– ® 2Cr3+

После баланса по хрому (см. выше) делаем баланс по кислороду: в правой части недостает семи атомов кислорода, поэтому вправо добавляем семь молекул H2O и влево, соответственно – четырнадцать ионов H+:

Cr2O72– + 14H+ ® 2Cr3+ + 7H2O

г) H2C2O4 ® 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.

Примеры:

а) NO ® NO3

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® NO3 + 2H2O

б) ClO3 ® Cl

В этом примере избыток кислорода в левой части полуреакции – добавляем влево три молекулы H2O, а вправо – шесть ионов OH, в результате получим:

ClO3 + 3H2O ® Cl+ 6OH

Баланс по водороду в щелочной (и нейтральной) средеделают, добавляя соответствующее число молекул H2O в ту часть полуреакции, где имеется дефицит атомов водорода, а в противоположную часть – такое же число ионов OH.

Примеры:

а) P ® PH3

В 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® NH3

В 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 окончательно

NO3+ 6H2O ® NH3 + 9OH

 

Нередки случаи, когда материальный баланс по водороду и кислороду в щелочной среде можно сделать одновременно с помощью только гидроксидионов, 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.

Примеры:

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 H2O в левую часть первой полуреакции и в правую часть второй полуреакции:

а) MnO4 + H2O ® MnO2

NO2 ® NO3 + H2O

При 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 + H2O

 

В 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 + H2O

В 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 + 2H2O

 

Следует 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.



Дата добавления: 2020-07-18; просмотров: 417;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.017 сек.