Ορισμός της μεθόδου ιόντων-ηλεκτρονίου (ισορροπία)

ο μέθοδος Έχει μια σειρά από βήματα που πρέπει να γίνουν για να δημιουργηθεί μια σωστή ισορροπία του είδους. Αυτή η διαδικασία μπορεί να χωριστεί στα ακόλουθα στάδια:

1) Γράφω όλη η αντίδραση που θέλουμε να ισορροπήσουμε. Με τη σειρά του, αν είναι δυνατόν, διακρίνετε τα είδη που αποτελούν τις ενώσεις και ξαναγράψτε την αντίδραση στην ιοντική της μορφή, με τα φορτισμένα είδη.

2) Γράψτε τις ημι-αντιδράσεις που απαρτίζουν τη συνολική αντίδραση. Αυτό περιλαμβάνει την τοποθέτηση των αντιδρώντων και των προϊόντων σε δύο διαφορετικές ημι-αντιδράσεις και να αναγνωρίσει ποιο είναι το οξείδωση και ποια από αυτά η μείωση. Για αυτό, πρέπει να καταλάβουμε ότι το είδος που χάνει ηλεκτρόνια και παραμένει θετικά φορτισμένο, αυξάνει την οξειδωτική του κατάσταση, επομένως, είναι η ημιαντίδραση οξείδωσης. Εν τω μεταξύ, το είδος που αποκτά ηλεκτρόνια μειώνει την κατάσταση οξείδωσής του, άρα είναι η ημιαντίδραση αναγωγής.

3) Γράψτε τις ισορροπημένες ημι-αντιδράσεις, αυτό συνεπάγεται τη συμπλήρωση με τα ηλεκτρόνια στο παιχνίδι και, Εάν χρειάζεται, ξαναγράψτε τα έτσι ώστε να διακυβεύεται το ίδιο χρηματικό ποσό σε κάθε ένα. ηλεκτρόνια. Για αυτό, μπορεί να χρειαστεί να βρεθεί ένας ελάχιστος συντελεστής που επιτρέπει την εξίσωση.

4) Γράψτε τη συνολική αντίδραση ως το άθροισμα των προηγούμενων ημι-αντιδράσεων. Εάν τα παραπάνω βήματα έγιναν σωστά, τα ηλεκτρόνια σε κάθε πλευρά της αντίδρασης θα πρέπει να ακυρωθούν. Τέλος, η αντίδραση είναι ισορροπημένη.

Χαρακτηριστικό παράδειγμα

\(A{{l}_{\left(s \right)}}+CuS{{O}_{4}}_{\left( ac \right)}\to ~A{{l}_{2 }}{{\left( S{{O}_{4}} \right)}_{3}}_{\left( ac \right)}+~C{{u}_{\left(s \ δεξιά)}}~\)

1) Εντοπίζουμε καταστάσεις οξείδωσης:

• Το \(A{{l}_{\left(s \right)}}\) οξειδώνεται όταν περνά στο \(A{{l}^{+3}}\) (Πρώτον, το αλουμίνιο βρίσκεται σε κατάσταση οξείδωσης 0 και πηγαίνει στο +3)

• Το \(C{{u}^{+2}}\) μειώνεται σε \(C{{u}_{\left(s \right)}}\) (Πρώτον, ο χαλκός βρίσκεται σε κατάσταση οξείδωσης +2 και πάει στο 0)

2) Ιοντίζουμε τις ενώσεις και προσδιορίζουμε τις αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής ξεχωριστά:

\(A{{l}_{\left(s \right)}}^{0}+~C{{u}^{+2}}_{\left( ac \right)}~\to ~A {{l}^{+3}}_{\left( ac \right)}+C{{u}_{\left(s \right)}}^{0}\)

Το αλουμίνιο είναι το είδος που οξειδώνεται, ενώ ο χαλκός είναι το είδος που ανάγεται.

3) Αυτό το βήμα αποτελείται από τη σύνταξη των ισορροπημένων ημιαντιδράσεων:

• \(A{{l}_{\left(s \right)}}^{0}\to ~A{{l}^{+3}}_{\left( ac \right)}+3~ {{e}^{-}}~\) Οξείδωση

• \(C{{u}^{+2}}_{\left( ac \right)}+2~{{e}^{-}}\to ~C{{u}_{\left(s \right)}}^{0}~\) Μείωση

4) Αν παρατηρήσουμε, οι ημι-αντιδράσεις δεν περιλαμβάνουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων στο παιχνίδι, οπότε πρέπει να τα εξισορροπήσουμε με τέτοιο τρόπο ώστε τα φορτία που θα ανταλλάξουν και στα δύο να είναι ίσα:

• \(2~x~\left( A{{l}_{\left(s \right)}}^{0}\to ~A{{l}^{+3}}_{\left( ac \right)}+3~{{e}^{-}} \right)~\) Οξείδωση

• \(3~x~(C{{u}^{+2}}_{\left( ac \right)}+2~{{e}^{-}}\to ~C{{u}_ {\left(s \right)}}^{0})~\) Μείωση

Σε αφηρημένη:

• \(2A{{l}_{\left(s \right)}}^{0}\to ~2A{{l}^{+3}}_{\left( ac \right)}+6~ {{e}^{-}}~\) Οξείδωση

• \(3C{{u}^{+2}}_{\left( ac \right)}+6~{{e}^{-}}\to ~3C{{u}_{\left(s \right)}}^{0}~\) Μείωση

5) Τέλος, θα γράψουμε την συνολική ισορροπημένη αντίδραση, ως το άθροισμα των προηγούμενων αντιδράσεων:

\(2A{{l}_{\left(s \right)}}^{0}+~3C{{u}^{+2}}_{\left( ac \right)}\to ~2A{ {l}^{+3}}_{\left( ac \right)}+~3C{{u}_{\left(s \right)}}^{0}\)

Ξαναγράφουμε το εξίσωση παραπάνω με τις αρχικές ενώσεις:

\(2A{{l}_{\left(s \right)}}+3CuS{{O}_{4}}_{\left( ac \right)}\to ~A{{l}_{2 }}{{\left( S{{O}_{4}} \right)}_{3}}_{\left( ac \right)}+~3C{{u}_{\left(s \ σωστά)}}\)

Υπάρχουν δύο συγκεκριμένες περιπτώσεις, όπου οι αντιδράσεις μπορεί να συμβούν σε όξινα ή βασικά μέσα. Για αυτές τις περιπτώσεις, το θεραπευτική αγωγή είναι κάπως διαφορετικό αφού απαιτεί την προσθήκη ειδών που επιτρέπουν την εξίσωση της αντίδρασης.

Στην περίπτωση του όξινου μέσου, πρέπει να εισάγετε Νερό για την ισορροπία οξυγόνων και υδρογόνων και, επομένως, θα δούμε την παρουσία πρωτονίων (Η+) που θα υποδηλώνουν τον τύπο του μέσου. Ενώ, σε ένα βασικό μέσο, ​​μπορεί να απαιτείται η προσθήκη ΟΗ- (υδροξυλίου) για τη σωστή εξισορρόπηση.

Ας δούμε ένα παράδειγμα

\(Cu{{S}_{\left( ac \right)}}+HN{{O}_{3}}_{\left( ac \right)}\to ~Cu{{\left( N{ {O}_{3}} \δεξιά)}_{2}}_{\αριστερά( ac \right)}+~N{{O}_{2}}_{\left( g \right)}+S{{O}_{2}}_{\left( g \right)}+~ {{H}_{2}}{{O}_{\left( ac \right)}}\)

Παρουσία νιτρικού οξέος εργαζόμαστε σε όξινο μέσο.

1) Πρώτα θα προσδιορίσουμε τις καταστάσεις οξείδωσης:

• Το \(~{{S}^{-2}}\) οξειδώνεται περνώντας στο \({{S}^{+4}}\) (Πρώτον, το θείο βρίσκεται σε κατάσταση οξείδωσης -2 και περνά στο + 4)

• Το \({{N}^{+5}}\) μειώνεται όταν περνά στο \({{N}^{+4}}\) (Πρώτον, το άζωτο βρίσκεται σε κατάσταση οξείδωσης +5 και περνά στο + 4)

2) Ιοντίζουμε τις ενώσεις και προσδιορίζουμε τις αντιδράσεις οξείδωσης και αναγωγής ξεχωριστά:

\({{S}^{-2}}_{\left( ac \right)}+~{{N}^{+5}}_{\left( ac \right)}~\to ~{{ S}^{+4}}_{\left( g \right)}+~{{N}^{+4}}_{\left( g \right)}\)

Το θείο είναι το είδος που οξειδώνεται, ενώ το άζωτο είναι το είδος που ανάγεται.

3) Γράφουμε τις ισορροπημένες ημιαντιδράσεις:

• \(~\) \(2~{{H}_{2}}{{O}_{\left( ac \right)}}+~{{S}^{-2}}_{\αριστερά ( ac \right)}~\to ~S{{O}_{2}}_{\left( g \right)}+4{{H}^{+}}_{\left( ac \right) }+6~{{e}^{-}}\) Οξείδωση

• \(2{{H}^{+}}_{\left( ac \right)}+\) \(N{{O}_{3}}{{^{-}}_{\left( ac \right)}}+1~{{e}^{-}}~\to ~N{{O}_{2}}_{\left( g \right)}+~~{{H}_ {2}}{{O}_{\left( ac \right)}}~\) Μείωση

Όπως φαίνεται, η προσθήκη νερού ήταν απαραίτητη στην αντίδραση οξείδωσης για τη σωστή ισορροπία υδρογόνων και οξυγόνων.

4) Αν παρατηρήσουμε, οι ημι-αντιδράσεις δεν περιλαμβάνουν τον ίδιο αριθμό ηλεκτρονίων στο παιχνίδι, οπότε πρέπει να τα εξισορροπήσουμε με τέτοιο τρόπο ώστε τα φορτία που θα ανταλλάξουν και στα δύο να είναι ίσα:

• \(~\) \(2~{{H}_{2}}{{O}_{\left( ac \right)}}+~{{S}^{-2}}_{\αριστερά ( ac \right)}~\to ~S{{O}_{2}}_{\left( g \right)}+4{{H}^{+}}_{\left( ac \right) }+6~{{e}^{-}}\) Οξείδωση

• \(12{{H}^{+}}_{\left( ac \right)}+\) \(6N{{O}_{3}}{{^{-}}_{\left( ac \right)}}+6~{{e}^{-}}~\to ~6N{{O}_{2}}_{\left( g \right)}+~~6{{H} 2}}{{O}_{\left( ac \right)}}~\) Μείωση

5) Τέλος, εκφράζουμε την παγκόσμια ισορροπημένη αντίδραση, ως απάντηση στο άθροισμα των αντιδράσεων που αναφέρονται:

\(2~{{H}_{2}}{{O}_{\left( ac \right)}}+~{{S}^{-2}}_{\left( ac \right)} +~12{{H}^{+}}_{\left( ac \right)}+\) \(6N{{O}_{3}}{{^{-}}_{\left( ac \right)}}\to ~S{{O}_{2}}_{\left( g \right)}+4{{H}^{+}}_{\left( ac \right)}+ 6N{{O}_{2}}_{\left( g \right)}+~~6{{H}_{2}}{{O}_{\left( ac \σωστά)}}\)

Ξαναγράφουμε την προηγούμενη εξίσωση με τις αρχικές ενώσεις, λαμβάνοντας υπόψη ότι υπάρχουν είδη, όπως το Η+, που εμφανίζονται τόσο στα αντιδρώντα όσο και στα προϊόντα και, επομένως, μέρος τους είναι Ματαίωση

$Cu\{\{S\}\_\{\backslash left(\; ac\; \backslash right)\}\}+8HN\{\{O\}\_\{3\}\}\_\{\backslash left(\; ac\; \backslash right)\}\backslash to\; ~Cu\{\{\backslash left(\; N\{\{O\; \}\_\{3\}\}\; \backslash \delta \epsilon \xi \iota ά)\}\_\{2\}\}\_\{\backslash \alpha \rho \iota \sigma \tau \epsilon \rho ά(\; ac\; \backslash right)\}+~6N\{\{O\}\_\{2\}\}\_\{\backslash left(\; g\; \backslash right)\}+S\{\{O\}\_\{2\}\}\_\{\backslash left(\; g\; \backslash right)\}+~\; 4\{\{H\}\_\{2\}\}\{\{O\}\_\{\backslash left(\; ac\; \backslash \sigma \omega \sigma \tau ά)\}\}\backslash )$