Ioon-elektron meetodi määratlus (bilanss)

The meetod Sellel on rida samme, mis tuleb läbi viia, et luua liikide õige tasakaal. Selle protseduuri saab jagada järgmisteks etappideks:

1) Kirjutage kogu reaktsiooni, mida tahame tasakaalustada. Omakorda võimalusel eristada ühendeid moodustavad liigid ja kirjutada reaktsioon ümber selle ioonsel kujul, laetud liikidega.

2) Kirjutage poolreaktsioonid, millest moodustub globaalne reaktsioon. See hõlmab reagentide ja toodete viimist kahte erinevasse poolreaktsiooni ja tuvastada milline neist on oksüdatsioon ja milline neist on vähendamine. Selleks peame mõistma, et liigid mis kaotab elektrone ja jääb positiivselt laetuks, suurendab selle oksüdatsiooniastet, seega on see oksüdatsiooni poolreaktsioon. Samal ajal vähendab elektrone koguv liik oma oksüdatsiooniastet, seega on tegemist redutseerimise poolreaktsiooniga.

3) Kirjutage üles tasakaalustatud poolreaktsioonid, mis tähendab mängus olevate elektronide täitmist ja Vajadusel kirjuta need ümber nii, et igaühes oleks mängus sama rahasumma. elektronid. Selleks võib osutuda vajalikuks leida minimaalne koefitsient, mis võimaldab võrdsustada.

4) Kirjutage globaalne reaktsioon eelnevate poolreaktsioonide summana. Kui ülaltoodud sammud tehti õigesti, peaksid elektronid reaktsiooni mõlemal küljel katkema. Lõpuks on reaktsioon tasakaalus.

Tüüpiline näide

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

1) Tuvastame oksüdatsiooniastmed:

• \(A{{l}_{\left( s \right)}}\) oksüdeerub üleminekul \(A{{l}^{+3}}\) (Esiteks, alumiinium on oksüdatsiooni olekus 0 ja läheb +3 juurde)

• \(C{{u}^{+2}}\) taandub väärtuseks \(C{{u}_{\left( s \right)}}\) (Esiteks, vask on oksüdatsiooniseisundis +2 ja läheb 0-ni)

2) Ioniseerime ühendeid ja tuvastame oksüdatsiooni- ja redutseerimisreaktsioonid individuaalselt:

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

Alumiinium on oksüdeeritav liik, vask aga redutseeritav liik.

3) See samm koosneb tasakaalustatud poolreaktsioonide kirjutamisest:

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

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

4) Kui vaatleme, siis poolreaktsioonides ei osale mängus sama arv elektrone, seega peame need tasakaalustama nii, et mõlemas vahetatavad laengud oleksid võrdsed:

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

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

sisse abstraktne:

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

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

5) Lõpuks kirjutame globaalse tasakaalustatud reaktsiooni eelmiste reaktsioonide summana:

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

Kirjutame ümber võrrand ülalpool algsete ühenditega:

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

On kaks konkreetset juhtumit, kus reaktsioonid võivad toimuda happelises või aluselises keskkonnas. Nendel juhtudel on ravi see on mõnevõrra erinev, kuna see nõuab liikide lisamist, mis võimaldavad reaktsiooni võrdsustada.

Happelise keskkonna puhul tuleb sisestada Vesi hapniku ja vesiniku tasakaalu jaoks ning seetõttu näeme prootonite (H+) olemasolu, mis näitavad keskkonna tüüpi. Aluselises keskkonnas võib õigeks tasakaalustamiseks olla vajalik OH- (hüdroksüül) lisamine.

Vaatame näidet

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

Lämmastikhappe juuresolekul töötame happelises keskkonnas.

1) Kõigepealt tuvastame oksüdatsiooniastmed:

• \(~{{S}^{-2}}\) oksüdeeritakse üleminekul olekusse \({{S}^{+4}}\) (Esiteks on väävel oksüdatsiooniastmes -2 ja läheb üle + 4)

• \({{N}^{+5}}\) väheneb, kui läheb üle olekuks \({{N}^{+4}}\) (Esiteks, lämmastik on oksüdatsiooniastmes +5 ja läheb üle + 4-ni)

2) Ioniseerime ühendeid ja tuvastame oksüdatsiooni- ja redutseerimisreaktsioonid individuaalselt:

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

Väävel on rühm, mida oksüdeeritakse, samas kui lämmastik on liik, mida redutseeritakse.

3) Kirjutame tasakaalustatud poolreaktsioonid:

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

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

Nagu näha, oli vesinike ja hapniku õigeks tasakaaluks oksüdatsioonireaktsioonis vajalik vee lisamine.

4) Kui vaatleme, siis poolreaktsioonides ei osale mängus sama arv elektrone, seega peame need tasakaalustama nii, et mõlemas vahetatavad laengud oleksid võrdsed:

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

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

5) Lõpuks väljendame globaalset tasakaalustatud reaktsiooni vastuseks käsitletud reaktsioonide summale:

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

Kirjutame eelmise võrrandi ümber algsete ühenditega, võttes arvesse, et seal on liike, nagu H+, mis esinevad nii reagentides kui ka toodetes ja seetõttu osa neist on tühistada

$Cu\{\{S\}\_\{\backslash left(\; ac\; \backslash right)\}\}+8HN\{\{O\}\_\{3\}\}\_\{\backslash left(\; ac\; \backslash right)\}\backslash \; kuni\; ~Cu\{\{\backslash left(\; N\{\{O\; \}\_\{3\}\}\; \backslash right)\}\_\{2\}\}\_\{\backslash left(\; ac\; \backslash right)\}+~6N\{\{O\}\_\{2\}\}\_\{\backslash left(\; g\; \backslash right)\}+S\{\{O\}\_\{2\}\}\_\{\backslash left(\; g\; \backslash right)\}+~\; 4\{\{H\}\_\{2\}\}\{\{O\}\_\{\backslash left(\; ac\; \backslash right)\}\}\backslash )$