Пропонуються два алгоритми складання електронного балансу. Сірим кольором даються відповіді, а зеленим кольором - пояснення. |
Вправа 117. Запишіть замість крапок відповідні цифри і слова:
Mn+4O2-2 + 4H+1Вr-1 = Mn+2Вr2-1 + Вr20 + 2H2+1O-2
Mn+4 (окисник) + 2e– → Mn+2 2│2│1 процес відновлення
2Вr-1 (відновник) – 2e– → Вr20 2│ │1 процес окиснення
Вправа 118. Складіть рівняння окисно-відновних реакцій за наведеними схемами, використавши метод електронного балансу:
а) SO2 + Br2 + H2O → H2SO4 + HBr
І спосіб
S+4O2-2 + Br20 + H2+1O-2 → H2+1S+6O4-2 + H+1Br-1
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. S+4 перетворюється на S+6. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. Br0 перетворюється на Br-1. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані. Один атом приєднує 1 електрон, а молекула Br2 містить два атоми, тому приєднує 2 електрони.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник S+4 - 2e- → S+6 │2│2│1 процес окиснення
Окисник Br20 + 2e- → 2Br-1 │2│ │1 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Сульфуру та Брому. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 2 і 2. Це число 2, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 2 і 2, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Сульфуру і Брому. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елементи змінили ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми ці елементи у жодній речовині не виявляють такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині) та однаковими є індекси елемента Сульфуру у формулі вихідної речовини і продукту реакції, тому ставимо коефіцієнт 1, який зазвичай не пишемо, перед формулою двох сполук Сульфуру (SO2, H2SO4), а різними є індекси елемента Брому ― ставимо коефіцієнт 1, який зазвичай не пишемо, тільки перед формулою брому. Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
SO2 + Br2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBr
ІІ спосіб
S+4O2-2 + Br20 + H2+1O-2 → H2+1S+6O4-2 + H+1Br-1
Відновник S+4 - 2e- → S+6 2│х 1 процес окиснення
Окисник Br20 + 2e- → 2Br-1 2│х 1 процес відновлення
Додаткові множники дорівнюють 1.
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
S+4 + Br20 → S+6 + 2Br-1
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції:
SO2 + Br2 + H2O → H2SO4 + 2HBr
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Гідрогену в обох частинах різне, урівнюємо його, тому біля Н2О записуємо коефіцієнт 2.
SO2 + Br2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBr
Число атомів Оксигену в обох частинах однакове: по 4 атоми.
б) Al + KOH → K3AlO3 + H2↑
І спосіб
Al0 + K+1O-2H+1 → K3+1Al+3O3-2 + H20↑
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. Al0 перетворюється на Al+3. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. H+1 перетворюється на H0. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані. Один атом приєднує 1 електрон, а продуктом реакції є речовина молекулярної будови (водень H2), тому для утворення однієї молекули водню потрібно 2 атоми Гідрогену.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник Al0 - 3e- → Al+3 │3│6│2 процес окиснення
Окисник 2H+1 + 2e- → H20 │2│ │3 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Алюмінію та Гідрогену. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 3 і 2. Це число 6, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 3 і 2, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Алюмінію і Гідрогену. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елементи змінили ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми ці елементи у жодній речовині не виявляють такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині) та однаковими є індекси елемента Алюмінію у формулі вихідної речовини і продукту реакції, тому ставимо коефіцієнт 2 перед формулою двох сполук Алюмінію (Al, K3AlO3), а різними є індекси елемента Гідрогену ― ставимо коефіцієнт 3 тільки перед формулою водню:
2Al + KOH -> 2K3AlO3 + 3H2
Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
2Al + 6KOH = 2K3AlO3 + 3H2↑
ІІ спосіб
Al0 + K+1O-2H+1 → K3+1Al+3O3-2 + H20↑
Відновник Al0 - 3e- → Al+3 3│х 2 процес окиснення
Окисник 2H+1 + 2e- → H20 2│х 3 процес відновлення
Числа в останньому стовпчику — 2 і 3 — це додаткові множники в схемах відповідних процесів:
2Al0 - 6e- → 2Al+3
6H+1 + 6e- → 3H20
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
2Al0 + 6H+1 → 2Al+3 + 3H20
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції:
2Al + 6KOH = 2K3AlO3 + 3H2↑
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Калію в обох частинах однакове: по 6 атомів. Число атомів Оксигену в обох частинах однакове: по 6 атомів.
в) H2S + HNO3 → S↓ + NO↑ + H2O
І спосіб
H2+1S-2 + H+1N+5O3-2 → S↓0 + N+2O-2↑ + H2+1O-2;
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. S-2 перетворюється на S0. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. N+5 перетворюється на N+2. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник S-2 - 2e- → S0 │2│6│3 процес окиснення
Окисник N+5 + 3e- → N+2 │3│ │2 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Сульфуру та Нітрогену. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 3 і 2. Це число 6, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 3 і 2, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Сульфуру і Нітрогену. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елементи змінили ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми ці елементи у жодній речовині не виявляють такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині) та однаковими є індекси цих елементів у формулі вихідної речовини і продукту реакції, тому ставимо коефіцієнт 3 перед формулою двох сполук Сульфуру (H2S, S) і коефіцієнт 2 ― двох сполук Нітрогену (HNO3, NO):
3H2S + 2HNO3 → 3S + 2NO + H2O
Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
3H2S + 2HNO3 = 3S↓ + 2NO↑ + 4H2O;
ІІ спосіб
H2+1S-2 + H+1N+5O3-2 → S↓0 + N+2O-2↑ + H2+1O-2;
Відновник S-2 - 2e- → S0 2│х 3 процес окиснення
Окисник N+5 + 3e- → N+2 3│х 2 процес відновлення
Числа в останньому стовпчику — 3 і 2 — це додаткові множники в схемах відповідних процесів:
3S-2 - 6e- → 3S0
2N+5 + 6e- → 2N+2
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
3S-2 + 2N+5 → 3S0 + 2N+2
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції:
3H2S + 2HNO3 → 3S + 2NO + H2O
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Гідрогену в обох частинах різне, урівнюємо його, тому біля Н2О записуємо коефіцієнт 4.
3H2S + 2HNO3 = 3S↓ + 2NO↑ + 4H2O;
Число атомів Оксигену в обох частинах однакове: по 6 атомів
г) NO2 + O2 + H2O → HNO3
І спосіб
N+4O2-2 + O20 + H2+1O-2 → H+1N+5O3-2
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. N+4 перетворюється на N+5. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. O0 перетворюється на O-2. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані. Один атом приєднує 2 електрони, а молекула О2 містить два атоми, тому приєднує 4 електрони.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник N+4 - 1e- → N+5 │1│4│4 процес окиснення
Окисник O20 + 4e- → 2O-2 │4│ │1 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Нітрогену та Оксигену. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 1 і 4. Це число 4, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 1 і 4, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Нітрогену і Оксигену. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елемент N змінив ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми цей елемент у жодній речовині не виявляє такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині) та однаковими є індекси цього елемента у формулі вихідної речовини і продукту реакції, тому ставимо коефіцієнт 4 перед формулою двох сполук Нітрогену (NO2, HNO3):
4NO2 + O2 + H2O -> 4HNO3
Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
ІІ спосіб
N+4O2-2 + O20 + H2+1O-2 → H+1N+5O3-2
Відновник N+4 - 1e- → N+5 1│х 4 процес окиснення
Окисник 2O0 + 4e- → 2O-2 4│х 1 процес відновлення
Числа в останньому стовпчику — 4 і 1 — це додаткові множники в схемах відповідних процесів:
4N+4 - 4e- → 4N+5
2O0 + 4e- → 2O-2
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
4N+4 + 2O0 → 4N+5 + 2O-2
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції (зверніть увагу: два атоми О0 є у складі O2, тому біля О2 залишається коефіцієнт 1, який зазвичай не пишуть):
4NO2 + O2 + H2O → 4HNO3
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Гідрогену в обох частинах різне, урівнюємо його, тому біля Н2О записуємо коефіцієнт 2.
4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3
Вправа 119. Допишіть схеми реакцій та перетворіть їх на хімічні рівняння за методом електронного балансу:
а) FeCl3 + H2S → S↓ + FeCl2 + HCl
І спосіб
Fe+3Cl3-1 + H2+1S-2 → S↓0 + Fe+2Cl2-1 + H+1Cl-1
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. S-2 перетворюється на S0. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. Fe+3 перетворюється на Fe+2. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник S-2 - 2e- → S0 │2│2│1 процес окиснення
Окисник Fe+3 + 2e- → Fe+2 │1│ │2 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Сульфуру та Феруму. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 2 і 1. Це число 2, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 2 і 1, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Сульфуру і Феруму. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елементи змінили ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми ці елементи у жодній речовині не виявляють такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині) та однаковими є індекси цих елементів у формулі вихідної речовини і продукту реакції, тому ставимо коефіцієнт 2 перед формулою двох сполук Феруму (FeCl3, FeCl2) і коефіцієнт 1, який зазвичай не пишемо, ― двох сполук Сульфуру (H2S, S):
2FeCl3 + H2S → S + 2FeCl2 + HCl
Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
2FeCl3 + H2S = S + 2FeCl2 + 2HCl
ІІ спосіб
Fe+3Cl3-1 + H2+1S-2 → S↓0 + Fe+2Cl2-1 + H+1Cl-1
Окисник Fe+3 + 2e- → Fe+2 1│х 2 процес відновлення
Відновник S-2 - 2e- → S0 2│х 1 процес окиснення
Числа в останньому стовпчику — 2 і 1 — це додаткові множники в схемах відповідних процесів:
2Fe+3 + 1e- → 2Fe+2
S-2 - 2e- → S0
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
2F+3 + S-2 → 2Fe+2 + S0
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції:
2FeCl3 + H2S → S + 2FeCl2 + HCl
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Хлору в обох частинах різне, урівнюємо його, тому біля НCl записуємо коефіцієнт 2.
2FeCl3 + H2S = S + 2FeCl2 + 2HCl
Число атомів Гідрогену в обох частинах однакове: по 2 атоми.
б) H2S + Cl2 + H2O → H2SO4 + HCl; t
І спосіб
H2+1S-2 + Cl20 + H2+1O-2 → H2+1S+6O4-2 + H+1Cl-1
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. S-2 перетворюється на S+6. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. Cl0 перетворюється на Cl-1. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані. Один атом приєднує 1 електрон, а молекула Сl2 містить два атоми, тому приєднує 2 електрони.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник S-2 - 8e- → S+6 │8│8│1 процес окиснення
Окисник Cl20 + 2e- → 2Cl-1 │2│ │4 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Сульфуру та Хлору. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 8 і 2. Це число 8, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 8 і 2, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Сульфуру і Хлору. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елементи змінили ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми ці елементи у жодній речовині не виявляють такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині) та однаковими є індекси елемента Сульфуру у формулі вихідної речовини і продукту реакції, тому ставимо коефіцієнт 1, який зазвичай не пишемо, перед формулою двох сполук Сульфуру (H2S, H2SO4), а різними є індекси елемента Хлору ― ставимо коефіцієнт 4 перед формулою хлору:
H2S + 4Cl2 + H2O → S + H2SO4 + HCl
Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
H2S + 4Cl2 + 4H2O = S + H2SO4 + 8HCl
ІІ спосіб
H2+1S-2 + Cl20 + H2+1O-2 → H2+1S+6O4-2 + H+1Cl-1
Відновник S-2 - 8e- → S+6 8│х 1 процес окиснення
Окисник Cl20 + 2e- → 2Cl-1 2│х 4 процес відновлення
Числа в останньому стовпчику — 1 і 4 — це додаткові множники в схемах відповідних процесів:
S-2 - 8e- → S+6
4Cl20 + 8e- → 8Cl-1
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
S-2 + 4Cl20 → S+6 + 8Cl-1
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції:
H2S + 4Cl2 + H2O → H2SO4 + 8HCl
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Гідрогену в обох частинах різне, урівнюємо його, тому біля Н2О записуємо коефіцієнт 4.
H2S + 4Cl2 + 4H2O = S + H2SO4 + 8HCl
Число атомів Оксигену в обох частинах однакове: по 4 атоми.
в) NH3 + O2 → N2 + … ; t
І спосіб
N-3H3+1 + O20 → N20 + H2+1O-2
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. N-3 перетворюється на N0. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. Один атом віддає 3 електрони, а молекула N2 містить два атоми, тому віддає 6 електронів. O0 перетворюється на O-2. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані. Один атом приєднує 2 електрони, а молекула О2 містить два атоми, тому приєднує 4 електрони.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник 2N-3 - 6e- → N20 │6│12│2 процес окиснення
Окисник O20 + 4e- → 2O-2 │4│ │3 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Нітрогену та Оксигену. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 6 і 4. Це число 12, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 6 і 4, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Нітрогену і Оксигену. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елементи змінили ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми ці елементи у жодній речовині не виявляють такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині) та різними є індекси цих елементів у формулі вихідної речовини і продукту реакції, тому перед азотом у молекулярному рівнянні ставимо коефіцієнт 2, а перед киснем — 3:
NH3 + 3O2 -> 2N2 + H2O
Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
ІІ спосіб
N-3H3+1 + O20 → N20 + H2+1O-2
Відновник 2N-3 - 6e- → N20 6│х 2 процес окиснення
Окисник O20 + 4e- → 2O-2 4│х 3 процес відновлення
Числа в останньому стовпчику — 2 і 3 — це додаткові множники в схемах відповідних процесів:
4N-3 - 12e- → 2N20
3O20 + 12e- → 6O-2
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
4N-3 + 3O20 → 2N20 + 6O-2
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції:
4NH3 + 3O2 = 2N2 + 6H2O
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Гідрогену в обох частинах однакове: по 12 атомів.
г) FeO + Al → … + … .
І спосіб
Fe+2O-2 + Al0 → Al3+3O2-2 + Fe0.
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. Al0 перетворюється на Al+3. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. Fe+2 перетворюється на Fe0. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник Al0 - 3e- → Al+3 │3│6│2 процес окиснення
Окисник Fe+2 + 2e- → Fe0 │2│ │3 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Алюмінію та Феруму. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 3 і 2. Це число 6, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 3 і 2, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Алюмінію і Феруму. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елементи змінили ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми ці елементи у жодній речовині не виявляють такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині) та однаковими є індекси елемента Алюмінію у формулі вихідної речовини і продукту реакції, тому ставимо коефіцієнт 3 перед формулою двох сполук Феруму (FeO, Fe), а різними є індекси елемента Алюмінію ― ставимо коефіцієнт 2 тільки перед формулою алюмінію:
3FeO + 2Al -> Al2O3 + 3Fe
Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe
ІІ спосіб
Fe+2O-2 + Al0 → Al3+3O2-2 + Fe0
Окисник Fe+2 + 2e- → Fe0 2│х 3 процес відновлення
Відновник Al0 - 3e- → Al+3 3│х 2 процес окиснення
Числа в останньому стовпчику — 3 і 2 — це додаткові множники в схемах відповідних процесів:
3Fe+2 + 6e- → 3Fe0
2Al0 - 6e- → 2Al+3
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
3Fe+2 + 2Al0 → 2Al+3 + 3Fe0
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції (зверніть увагу: два атоми Al+3 є у складі Al2O3, тому біля Al2О3 залишається коефіцієнт 1, який зазвичай не пишуть):
3FeO + 2Al = Al2O3 + 3Fe
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Оксигену в обох частинах однакове: по 3 атоми.
Вправа 120. Реакція між ферум (ІІІ) оксидом і карбон (ІІ) оксидом може відбуватися з утворенням двох інших оксидів. Укажіть тип реакції й складіть відповідне хімічне рівняння.
Fe2O3 + CO → FeO + CO2
І спосіб
Fe2+3O3-2 + C+2O-2 → Fe+2O-2 + C+4O2-2
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. C+2 перетворюється на C+4. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. Fe+3 перетворюється на Fe+2. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник C+2 - 2e → C+4 │2│2│1 процес окиснення
Окисник Fe+3 + 1e → Fe+2 │1│ │2 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Карбону та Феруму. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 2 і 1. Це число 2, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 2 і 1, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Карбону і Феруму. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елементи змінили ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми ці елементи у жодній речовині не виявляють такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині) та однаковими є індекси елемента Карбону у формулі вихідної речовини і продукту реакції, тому ставимо коефіцієнт 1, який зазвичай не пишемо, перед формулою двох сполук Карбону (CO,CO2), а різними є індекси елемента Феруму ― ставимо коефіцієнт 2, відноситься до одного атома Феруму, перед формулою FeO:
Fe2O3 + CO → 2FeO + CO2
Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2
ІІ спосіб
Fe2+3O3-2 + C+2O-2 → Fe+2O-2 + C+4O2-2
Окисник Fe+3 + 1e → Fe+2 1│х 2 процес відновлення
Відновник C+2 - 2e → C+4 2│х 1 процес окиснення
Числа в останньому стовпчику — 2 і 1 — це додаткові множники в схемах відповідних процесів:
2Fe+3 + 2e- → 2Fe+2
C+2 - 2e- → C+4
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
2Fe+3 + C+2 → 2Fe+2 + C+4
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції (зверніть увагу: два атоми Fe+3 є у складі Fe2O3, тому біля Fe2О3 залишається коефіцієнт 1, який зазвичай не пишуть):
Fe2O3 + CO = 2FeO + CO2
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Оксигену в обох частинах однакове: по 4 атоми.
Тип реакції: окисно-відновна реакція.
Вправа 121. Сірка і фосфор взаємодіють із концентрованою нітратною кислотою з утворенням кислот, які відповідають вищим оксидам Сульфуру і Фосфору, а також нітроген (ІV) оксиду і води. Складіть рівняння цих реакцій.
S + HNO3 → SO3 + NO + H2O
І спосіб
S0 + H+1N+5O3-2 → S+6O3-2 + N+4O2-2 + H2+1O-2
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. S0 перетворюється на S+6. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. N+5 перетворюється на N+4. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник S0 - 6e → S+6 6│6│1 процес окиснення
Окисник N+5 + 1e → N+4 1│ │6 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Сульфуру та Нітрогену. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 6 і 1. Це число 6, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 6 і 1, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Сульфуру і Нітрогену. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елементи змінили ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми ці елементи у жодній речовині не виявляють такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині), причому однаковими є індекси елементів у формулах вихідних речовин і продуктів реакції, тому ставимо коефіцієнт 6 перед формулою двох сполук Нітрогену (HNO3, NO2), а коефіцієнт 1, який зазвичай не пишемо, перед формулами двох сполук Сульфуру (S, SO3):
S + 6HNO3 → SO3 + 6NO2 + H2O
Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
S + 6HNO3 = SO3 + 6NO2 + 3H2O
ІІ спосіб
S0 + H+1N+5O3-2 → S+6O3-2 + N+4O2-2 + H2+1O-2
Відновник S0 - 6e → S+6 6│х 1 процес окиснення
Окисник N+5 + 1e → N+4 1│х 6 процес відновлення
Числа в останньому стовпчику — 1 і 6 — це додаткові множники в схемах відповідних процесів:
S0 - 6e → S+6
6N+5 + 6e → 6N+4
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
S0 + 6N+5 → S+6 + 6N+4
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції:
S + 6HNO3 → SO3 + 6NO2 + H2O
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. Число атомів Гідрогену в обох частинах різне, урівнюємо його, тому біля Н2О записуємо коефіцієнт 3.
S + 6HNO3 = SO3 + 6NO2 + 3H2O
Число атомів Оксигену в обох частинах однакове: по 18 атомів.
P + HNO3 → H3PO4 + NO2 + H2O
І спосіб
P0 + H+1N+5O3-2 → H3+1P+5O4-2 + N+4O2-2 + H2+1O-2
Підкреслюємо елементи, які змінили свої ступені окиснення. P0 перетворюється на P+5. Ступінь окиснення збільшується, тобто електрони були віддані. N+5 перетворюється на N+4. Ступінь окиснення зменшується, тобто електрони були приєднані.
Складаємо рівняння електронного балансу.
Відновник P0 - 5e → P+5 5 │5│1 процес окиснення
Окисник N+5 + 1e → N+4 1 │ │5 процес відновлення
Проводимо вертикальну риску й виписуємо за нею число електронів, що віддали й приєднали атоми Фосфору та Нітрогену. Знаходимо найменше спільне кратне для чисел 5 і 1. Це число 5, яке записуємо за другою вертикальною рискою посередині.
Найменше спільне кратне ділимо почергово на 5 і 1, записуємо результат за третьою рискою в рядках, які стосуються елементів Фосфору і Нітрогену. Ці числа відповідають шуканим коефіцієнтам. Оскільки елементи змінили ступінь окиснення повністю (в правій частині схеми ці елементи у жодній речовині не виявляють такий самий ступінь окиснення, як у вихідній речовині) та однаковими є індекси цих елементів у формулі вихідної речовини і продукту реакції, тому ставимо коефіцієнт 5 перед формулою двох сполук Нітрогену (HNO3, NO2), а коефіцієнт 1, який зазвичай не пишемо, перед формулою двох сполук Фосфору (P, H3PO4):
P + 5HNO3 → H3PO4 + 5NO2 + H2O
Добираємо коефіцієнти для решти сполук. Правильно записане рівняння:
P+ 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O
ІІ спосіб
P0 + H+1N+5O3-2 → H3+1P+5O4-2 + N+4O2-2 + H2+1O-2
Відновник P0 - 5e → P+5 5│х 1 процес окиснення
Окисник N+5 + 1e → N+4 1│х 5 процес відновлення
Числа в останньому стовпчику — 1 і 5 — це коефіцієнти в схемах відповідних процесів:
P0 - 5e → P+5
5N+5 + 5e → 5N+4
Додамо почленно ці рівняння, одержимо сумарну схему:
P0 + 5N+5 → P+5 + 5N+4
Ці коефіцієнти переносимо у рівняння реакції:
P+ 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O
Перевіряємо, чи зрівнялося число атомів елементів, яких не було в схемах окиснення та відновлення. У нашому випадку це Гідроген: в обох частинах рівняння записано по 5 атомів. Число атомів Оксигену в обох частинах однакове: по 15 атомів.
Вправа 122. Яку кількість електронів під час реакції кальцію з киснем:
а) втрачає 1 моль металу; 2Ca + O2 = 2CaO
Кожен атом Кальцію втрачає 2 електрони, тому 1 моль кальцію втрачає:
N(e-)=2•n(Ca)•NA=2•1•NA=2•NA
б) втрачає 1 г металу;
N(e-)=2•n(Ca)•NA=2•(m(Ca)/M(Са))•NA=2•(1:40)•NA=(1:20)•NA=0,05•NA
в) приєднує 1 л кисню (н. у.);
З однієї молекули кисню утворюються два атоми. Молекула кисню приєднує 4 електрони, оскільки кожний атом Оксигену в ній приєднує 2 електрони.
N(e-)=4•n(O)•NA=4•(V(O)/VM)•NA=4•(1:22,4)•6,02•1023=1,07•1023
г) приєднує 1 г кисню?
З однієї молекули кисню утворюються два атоми. Молекула кисню приєднує 4 електрони, оскільки кожний атом Оксигену в ній приєднує 2 електрони.
N(e-)=4•n(O)•NA=4•(m(O2)/M(О2))•NA=4•(1:32)•6,02•1023=0,75•1023=7,5•1022
Вправа 123. Обчисліть масу цинку, яку потрібно взяти для реакції з надлишком хлоридної кислоти, щоб за допомогою добутого водню перетворити 2 г купрум (ІІ) оксиду на метал.
Дано: m(CuO)=2 г
Знайти: m(Zn)-?
Розв'язування
І спосіб
Складаємо хімічне рівняння:
2 г х моль
CuO + H2 = Cu + H2O
80 г 1 моль
Над формулами сполук CuO і H2 записуємо наведену в умові задачі масу оксиду (2 г) і невідому кількість речовини водню (х моль), а під формулами сполук - масу і кількість речовини згідно з коефіцієнтами в хімічному рівнянні. Для цього обчислюємо молярну масу (M=Mrг/моль) купрум (ІІ) оксиду й, відповідно, масу 1 моль.
Mr(CuO)=Ar(Cu)+Ar(H)=64+16=80, M(CuO)=80 г/моль. Маса 1 моль=80 г
Складаємо пропорцію для обчислення кількості речовини водню і розв'язуємо її:
за рівнянням реакції з 80 г CuO утворюєтьсях 1 моль Н2,
за умовою задачі з 2 г CuO - x моль Н2.
80 г / 2 г = 1 моль / х моль, звідси за властивістю пропорції маємо:
х моль • 80 г = 2 г • 1 моль, тому
х=2 г • 1 моль : 80 г=0,025 моль
Складаємо хімічне рівняння:
x г 0,025 моль
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
65 г 1 моль
Над формулами сполук Zn і H2 записуємо наведену в умові задачі невідому масу цинку (х г) і відому кількість речовини водню (0,025 моль), а під формулами сполук - масу і кількість речовини згідно з коефіцієнтами в хімічному рівнянні. Для цього обчислюємо молярну масу (M=Mrг/моль) цинку й, відповідно, масу 1 моль.
Mr(Zn)=Ar(Zn)=65, M(Zn)=65 г/моль. Маса 1 моль=65 г
Складаємо пропорцію для обчислення маси цинку і розв'язуємо її:
за рівнянням реакції 1 моль Н2 утворюється з 65 г Zn,
за умовою задачі 0,025 моль Н2 утвориться з х г Zn.
1 моль / 0,025 моль = 65 г / х г, звідси за властивістю пропорції маємо:
х г • 1 моль = 65 г • 0,025 моль, тому
х=65 г • 0,025 моль : 1 моль=1,625 г
II спосіб
Обчислюємо кількість речовини купрум (ІІ) оксиду масою 2 г за формулою v=m/M, де M=Mrг/моль.
Mr(CuO)=Ar(Cu)+Ar(H)=64+16=80, M(CuO)=80 г/моль
v(CuO)=m(CuO) : M(CuO)=2 г : 80 г/моль=0,025 моль
Записуємо під формулами сполук у хімічному рівнянні їх кількості речовини згідно з коефіцієнтами, а над формулами - обчислену кількість речовини купрум (ІІ) оксиду й невідому кількість речовини водню:
0,025 моль х моль
CuO + H2 = Cu + H2O
1 моль 1 моль
Складаємо пропорцію для обчислення кількості речовини водню і розв'язуємо її:
за рівнянням реакції взято 1 моль CuO і 1 моль Н2,
за умовою задачі взято 0,025 моль Н2 і х моль Н2.
1 моль / 0,025 моль = 1 моль / х моль, звідси за властивістю пропорції маємо:
х моль • 1 моль = 0,025 моль • 1 моль, тому
х=0,025 моль • 1 моль : 1 моль=0,025 моль
Записуємо під формулами сполук у хімічному рівнянні їх кількості речовини згідно з коефіцієнтами, а над формулами - обчислену кількість речовини водню й невідому кількість речовини цинку:
х моль 0,025 моль
Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2↑
1 моль 1 моль
Складаємо пропорцію для обчислення кількості речовини цинку і розв'язуємо її:
за рівнянням реакції 1 моль Н2 утворюється з 1 моль Zn,
за умовою задачі 0,025 моль Н2 утвориться з х моль Zn.
1 моль / 0,025 моль = 1 моль / х моль, звідси за властивістю пропорції маємо:
х моль • 1 моль = 0,025 моль • 1 моль, тому
х=0,025 моль • 1 моль : 1 моль=0,025 моль
З формули v=m/M, де M=Mrг/моль, знаходимо масу цинку m=v•M.
Mr(Zn)=Ar(Zn)=65, M(Zn)=65 г/моль
m(Zn)=v(Zn)•M(Zn)=0,025 моль•65 г/моль=1,625 г
Відповідь: m(Zn)=1,625 г