ОВР 1 часть

Необходимо также научиться уравнивать окислительно-восстановительные реакции. Мы рассмотрим метод уравнивания и подбора стехиометрических коэффициентов в окислительно- восстановительных реакциях, известный как метод электронного баланса. Для начала рассмотрим реакции, протекающие между газообразными веществами, газами и твердыми веществами, а также между твердыми веществами. Например, реакция азота с водородом, в результате которой образуется аммиак. Важно отметить, что наличие простого вещества в левой или правой части реакции является явным признаком окислительно-восстановительного процесса. Как же уравниваются такие реакции? Первым шагом является определение степени окисления на каждом атоме всех участников реакции. В простых веществах степень окисления равна нулю. В молекуле аммиака атом азота является более электроотрицательным. Водород, находящийся в IA-группе, обладает одним валентным электроном, который может быть отдан. Следовательно, водород имеет заряд $+1$. Отметим, что, при написании степени окисления единицу обычно не пишут, а указывают только знак плюс или минус. Таким образом, степень окисления каждого атома водорода равен $+1$. Тогда у азота должна быть такая степень окисления, которая полностью компенсирует положительный заряд трех атомов водорода, чтобы суммарный заряд всей молекулы был равен нулю, поскольку молекула является электронейтральной частицей. Следовательно, у азота степень окисления $-3$. $$ N_2^0 + H_2^0 \rightleftharpoons N^{-3}H_3^{+} $$ Важно обратить внимание на то, как следует записывать степени окисления. Если частица, например, в водном растворе, может существовать в виде иона, что часто характерно для катионов металлов, таких как $Na^+$, $Ca^{2+}$, $Al^{3+}$, то можно записать как заряд иона – сначала записывается цифра, а затем заряд, например, $Ca^{2+}$. При указании степени окисления сначала записывается заряд, а затем численное значение, т.е. можно записать как $Ca^{+2}$, $Al^{+3}$. Если речь идет о степени окисления марганца, который входит в состав перманганат-аниона $MnO_4^-$, то для марганца можно указывать только степень окисления, т.е. возможна только единственная запись $Mn^{+7}$, т.к. частица катион марганца с зарядом $+7$ самостоятельно не существует. Если записывается многоатомный ион, то у такой частицы может быть только заряд, но не степень окисления, например, $SO_4^{2-}$. При записи исходных частиц для простых веществ, в частности, для двухатомных газов, для упрощения уравнивания и уменьшения вероятности ошибок, принято записывать не просто атом азота в степени окисления 0, а сразу $N_2$. Это делается для того, чтобы не забыть про коэффициент. Азот переходит в состояние, где его степень окисления равна $-3$. $$ N_2^0 + ?e \rightarrow ?\ N^{-3} $$ Первым шагом является достижение материального баланса, то есть число атомов каждого типа в левой и правой частях уравнения должно быть одинаковым. Поэтому перед азотом в правой части ставится коэффициент 2. Таким образом, число атомов азота уравнивается, и материальный баланс по этому элементу соблюдается. $$ N_2^0 + ?e \rightarrow 2\ N^{-3} $$ Суммарный заряд в левой части равен 0, а в правой части две частицы имеют заряд $-3$, то есть $-6$. В ходе этого процесса присоединяется 6 электронов. Учитывая, что электрон имеет отрицательный заряд, чем больше минусов, тем больше присоединяется электронов. $$ N_2^0 + 6e \rightarrow 2\ N^{-3} $$ Следующая полуреакция – это переход водорода в состояние $H^+$. Здесь также необходим материальный баланс, поэтому если коэффициент перед молекулой водорода равен 1, то справа будет коэффициент 2. $$ H_2^0 - 2e \rightarrow 2H^+ $$ Для баланса отданных и принятых электронов, первую полуреакцию домножаем на 1, вторую на коэффициент 3. Это связано с тем, что электроны не возникают и не исчезают, поэтому число принятых электронов должно быть равно числу отданных. Необходимо найти наименьшее общее кратное для чисел 2 и 6, которое равно 6, поэтому 1-ю реакцию нужно умножить на 1, а вторую на 3. С этими множителями нужно записать сумму полуреакций. Можно указать электроны, но обычно это не делается, предполагая, что множители расставлены правильно. $$ N_2^0 + 6e \rightarrow 2\ N^{-3} \times 1 $$ $$ H_2^0 - 2e \rightarrow 2H^+ \times 3 $$ Критерием правильного выбора множителей является то, что число присоединяемых и отдаваемых электронов одинаково, поэтому их можно сократить. Полученные коэффициенты переносятся в уравнение: $N_2^0 + H_2^0 \rightleftharpoons N^{-3}H_3^{+}$. Перед азотом коэффициент 1, который обычно не пишется, перед водородом 3. Справа должно быть 2 атома азота в степени окисления $-3$ и 6 атомов водорода со степенью окисления $+1$. Следует поставить коэффициент 2 перед $NH_3$, и видим, что получается два атома азота в более низкой степени окисления и шесть ионов водорода. $$ N_2^0 + 3H_2^0 \rightleftharpoons 2N^{-3}H_3^{+} $$ Таким образом, мы рассмотрели способ уравнивания окислительно-восстановительной реакции методом электронного баланса. Рассмотрим еще одну ин...