Расстановка коэффициентов в ОВР
Чтобы расставить коэффициенты в ОВР, нужно определить элементы, изменяющие степени окисления, записать отданные и принятые электроны и подобрать их наименьшее общее количество. Этот алгоритм является практической частью темы окислительно-восстановительные реакции и опирается на правила определения степеней окисления.
Что называют электронным балансом
Окислитель принимает электроны и понижает свою степень окисления. Восстановитель отдаёт электроны и повышает свою степень окисления. Процесс отдачи электронов называют окислением, а процесс принятия электронов — восстановлением.
В любой ОВР общее число электронов, отданных восстановителем, равно общему числу электронов, принятых окислителем. Поэтому коэффициенты подбирают так, чтобы выполнялось равенство электронов.
Степени окисления определяют до расстановки коэффициентов. Коэффициент не меняет степень окисления атома: он только показывает количество частиц. Индекс в формуле, напротив, указывает состав одной частицы и изменять его при уравнивании нельзя.
| Процесс | Изменение степени окисления | Электроны |
|---|---|---|
| Окисление | повышение | отдача |
| Восстановление | понижение | принятие |
| Окислитель | понижает собственную степень окисления | принимает |
| Восстановитель | повышает собственную степень окисления | отдаёт |
Алгоритм расстановки коэффициентов
- Запишите схему реакции и определите, какие вещества реагируют и какие образуются.
- Расставьте степени окисления всех элементов, особенно в веществах, которые могут участвовать в ОВР.
- Найдите элементы, у которых степени окисления изменились. Если изменений нет, реакция не является ОВР и электронный баланс не нужен.
- Запишите переходы: атом или ион отдаёт либо принимает указанное число электронов.
- Умножьте переходы на такие множители, чтобы общее число отданных электронов стало равно общему числу принятых.
- Перенесите найденные множители в коэффициенты перед соответствующими формулами.
- Уравняйте остальные элементы обычным подбором. В конце проверьте число атомов каждого элемента и, если нужно, заряды.
Если один атом отдаёт \(3e^-\), а другой принимает \(2e^-\), наименьшее общее число электронов равно \(6\): первый переход берут два раза, второй — три раза. Иногда удобно сразу использовать правило «крест-накрест», но результат всё равно нужно проверить.
В сложных ионах учитывают число атомов изменяющегося элемента. Например, в ионе \(\mathrm{Cr_2O_7^{2-}}\) два атома хрома, поэтому изменение степени окисления одного атома умножают на два. Если один и тот же элемент одновременно окисляется и восстанавливается, это диспропорционирование: для него также составляют баланс.
В реакции \(\mathrm{Zn + CuSO_4 \rightarrow ZnSO_4 + Cu}\) кто является восстановителем?
Разобранный пример: реакция алюминия с оксидом железа(III)
Рассмотрим термитную реакцию. Она относится к ОВР с участием металлов; дополнительные примеры такого типа собраны на странице ОВР с участием металлов. Нужно уравнять схему \(\mathrm{Al + Fe_2O_3 \rightarrow Al_2O_3 + Fe}\).
Показать Шешім по шагам Пример
Проверка: алюминия по два атома с каждой стороны, железа по два, кислорода по три. Коэффициенты имеют наименьшие целые значения: \(2:1:1:2\).
Особые случаи и окончательная проверка
В молекулярных уравнениях сначала уравнивают атомы элементов, участвующих в изменении степеней окисления. Затем переходят к остальным элементам. В соединениях с неизменяющейся многоатомной группой, например в сульфатах и сульфитах, её иногда можно считать одной группой, если она сохраняется с обеих сторон.
Для реакций с хлоридами полезно различать простое замещение и ОВР: в реакции металла с кислотой металл обычно окисляется, а ионы водорода восстанавливаются до водорода. Свойства конкретных веществ, например хлорида никеля(II), не заменяют проверку степеней окисления.
- Все коэффициенты приведены к наименьшим целым числам.
- Количество атомов каждого элемента слева и справа совпадает.
- Число отданных и принятых электронов одинаково.
- В ионном уравнении проверена сумма зарядов.
- Индексы внутри формул веществ не изменены.
Нельзя менять индексы: жазба \(\mathrm{H_2O_2}\) вместо исходного вещества меняет саму реакцию. Не путайте коэффициент с индексом. Не ставьте коэффициент только перед элементом внутри формулы. Не забывайте умножать изменение степени окисления на число атомов элемента в частице. Наконец, совпадение числа атомов ещё не гарантирует правильный баланс, если не проверены электроны.
Повышение степени окисления — отдача электронов и восстановитель. Понижение — принятие электронов и окислитель. Сначала степени окисления и баланс электронов, затем остальные атомы и финальная проверка.
Тренировочный алгоритм на экзамене
Если требуется получить уравнение реакции, не начинайте с угадывания коэффициентов. Выпишите над формулами степени окисления, подчеркните изменяющиеся элементы и отдельно запишите электронные переходы. Для реакций образования газа ориентируйтесь также на признаки реакции, описанные на странице признаки выделения газа, но признак сам по себе не определяет коэффициенты.
Проверь себя
Главное
- ОВР сопровождается изменением степеней окисления элементов.
- Окислитель принимает электроны и восстанавливается; восстановитель отдаёт электроны и окисляется.
- Коэффициенты находят по равенству общего числа отданных и принятых электронов.
- После электронного баланса уравнивают остальные атомы и проверяют атомы, электроны и заряды.
- Индексы в формулах не изменяют: меняют только коэффициенты перед веществами.