Расставление коэффициентов в окислительно-восстановительных реакциях

Как расставлять коэффициенты в окислительно-восстановительных реакциях методом электронно-ионного баланса:

1. Определить степени окисления 

2. Понять, атомы каких элементов меняют степень окисления

3. Записываем электронно-ионный баланс. Для этого, записываем атом элемента сначала со степенью окисления в левой части, а затем в правой

4. Считаем, сколько электронов было отдано или принято

5. Находим общее кратное, делим его на соответствующее количество отданных или принятых электронов

6. Атом элемента, отдающий электроны, является восстановителем (отдача - окисление), принимающий электроны - окислителем.

7. Расставляем коэффициенты

8. Подводим баланс по водороду и кислороду

 

Рассмотрим пример:

HClO3 + P → H3PO4 + HCl

В данной реакции хлор и фосфор меняют степень окисления. Запишем баланс.

Фосфор в левой части находится в состоянии простого вещества, а в правой в составе ортофосфорной кислоты, то есть меняет степень окисления с 0 на +5.

Р(0) → Р(+5)

Положительная степень окисления означает, что атом отдал электроны, фосфор отдает пять электронов. 

Р(0) -5е → Р(+5)

Восстановитель отдает электроны, значит фосфор является восстановителем.

Хлор в левой части находится в составе хлорноватой кислоты, а в правой - в составе соляной.

Хлор меняет степень окисления с +5 на -1, то есть хлор принимает 6 электронов.

Cl(+5) +6e → Cl(-1)

Окислитель принимает электроны.

Находим общее кратное между 5 и 6, это - 30. То есть, около хлора мы должны поставить 5, а около фосфора - 6.

Расставим коэффициенты.

5HClO3 + 5P → 6H3PO4 + 5HCl

Перед соединениями хлора поставим 5. Теперь слева 15 атомов кислорода, тогда справа перед ортофосфорной кислотой тоже поставим 6. В этот момент мы понимаем, что не можем уравнять, так как слева не хватает атомов водорода. Добавим воду слева. 

5HClO3 + 5P + 9Н2О → 6H3PO4 + 5HCl

И перед водой поставим 9. Теперь все коэффициенты расставлены правильно. 

Не во всех уравнениях коэффициенты расставляются так (добавлением воды).

Поэтому разберем окислительно-восстановительную реакцию из варианта ЕГЭ.

KMnO4 + K2SO3 + KOH = K2MnO4 + K2SO4 + H2O

В данной реакции меняют степень окисления марганец и сера.

Марганец меняет степень окисления с +7 на +6, а сера с +4 на +6.

Mn(+7) +1e → Mn(+6) (марганец принимает 1 электрон, значит является окислителем)

S(+4) -2e → S(+6) (сера отдает 2 электрона, значит является восстановителем)

Общее кратное - 2, перед марганцем нужно поставить 2, перед серой - единички.

2KMnO4 + K2SO3 + KOH = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O

Слева получилось 5 атомов калия, а слева 6, поставим 2 перед гидроксидом калия.

2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O

Теперь коэффициенты расставлены правильно!

 

 

Задания по теме

1. Al + ... + KNO3 + KOH = K[Al(OH)4] + NH3↑

Алюминий и азот меняют степень окисления. Запишем баланс.

Al(0) -3e → Al(+3)  | 8 - восстановитель

N(+5) +8e → N(-3) | 3 - окислитель

Слева не хватает атомов водорода, поэтому добавим воды. Перед алюминием слева и справа ставим 8, а перед азотом ставим 3. Считаем атомы водорода и кислорода, перед водой ставим 18.

8Al + 18Н2О + 3KNO3 + 5KOH = 8K[Al(OH)4] + 3NH3↑

 

2. Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2O + ...

Справа не хватает атомов водорода, добавим их в составе воды. 

Al + HNO3 → Al(NO3)3 + N2O + Н2О

Алюминий и азот меняют степень окисления. Запишем баланс.

Al(0) -3e → Al(+3)   | 4 - восстановитель

N(+5) +4e → N(+1) | 3 - окислитель

Перед алюминием ставим не 4, а 8 - иначе уравнять не получится. Перед оксидом алюминия - 3.

8Al + HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + Н2О

Справа 30 атомов азота. значит слева перед азотной кислотой ставим 30, тогда получается 15 молекул воды.

8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3N2O + 15Н2О

 

3. Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + ...

Справа не хватает воды.

Al + HNO3 → Al(NO3)3 + NH4NO3 + Н2О

Алюминий и азот меняют степень окисления. Запишем баланс.

 

Al(0) -3e → Al(+3)   | 8 - восстановитель

 

N(+5) +8e → N(-3)  | 3 - окислитель

Перед алюминием ставим 8, перед нитратом аммония - 3.

8Al + HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + Н2О

Тогда справа получается 30 атомов азота, значит перед азотной кислотой поставим 30, а перед водой - (30 - 12)/2 = 9.

8Al + 30HNO3 → 8Al(NO3)3 + 3NH4NO3 + 9Н2О

 

4. KNO3 + ... + S → N2 + CO2 + ...

Слева не хватает углерода, а справа соединения серы. 

Сера превращается в сульфид.

KNO2 + С + S → N2 + CO2 + H2S

C(0) -4e → C(+4) | 5 - восстановитель

S(0) +2e → S(-2) | 10 - окислитель

2N(+5) +10e → N2(0) | 2 - окислитель

Если углерод отдает электроны и превращается в С(+4), то сера должна эти электроны принимать, иначе баланс не получится.

Расставляем коэффициенты.

2KNO3 + 3С + S → N2 + 3CO2 + К2S

5. KNO3 + Al → KAlO2 + ... + N2

Справа не хватает соединения алюминия, а именно оксида.

KNO3 + Al → KAlO2 + Al2O3 + N2

Записываем баланс.

Al(0) -3e → Al(+3)       | 10 - восстановитель

2N(+5) +10e → N2(0) | 3 - окислитель

Расставляем коэффициенты.

6KNO3 + 10Al → 6KAlO2 + 2Al2O3 + 3N2

6.