Πώς να εξισορροπήσετε τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής

Βασικές έννοιες

Οι αντιδράσεις οξειδοαναγωγής είναι απίστευτα ενδιαφέρουσες και σημαντικές αντιδράσεις στη χημεία, ιδιαίτερα στην ηλεκτροχημεία! Ωστόσο, δεν είναι πολύ χρήσιμα εάν δεν είναι σωστά ισορροπημένα. Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε πώς να εξισορροπείτε τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής , και τι σημαίνει μια τέτοια αντίδραση να είναι ισορροπημένη.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Τι είναι η Ηλεκτροχημεία;
• Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής
• Κατάσταση οξείδωσης
• Ηλεκτροχημικά κύτταρα

Λεξιλόγιο

• Οξείδωση: ένας τύπος χημικής αντίδρασης όπου χάνονται ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια.
• Κατάσταση/Αριθμός οξείδωσης: ένας αριθμός που αποδίδεται σε ένα άτομο που περιγράφει τον βαθμό οξείδωσής του, δηλαδή πόσα ηλεκτρόνια έχει αποκτήσει ή χάσει.
• Μείωση: ένας τύπος χημικής αντίδρασης όπου αποκτώνται ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια.

Ανασκόπηση:Τι είναι η αντίδραση οξειδοαναγωγής;

Μια αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι μια αντίδραση όπου λαμβάνουν χώρα τόσο η αναγωγή όσο και η οξείδωση, που σημαίνει ότι τα ηλεκτρόνια που χάνονται κατά την οξείδωση ενός είδους αποκτώνται στη συνέχεια κατά τη διάρκεια της αναγωγής ενός άλλου είδους. Με αυτόν τον τρόπο, τα ηλεκτρόνια ανταλλάσσονται μεταξύ των ειδών και δεν υπάρχει καθαρό φορτίο στην εξίσωση ως σύνολο.

Τι σημαίνει ότι μια αντίδραση οξειδοαναγωγής είναι ισορροπημένη;

Μια αντίδραση οξειδοαναγωγής εξισορροπείται εάν όλα τα άτομα της αντίδρασης είναι ισορροπημένα, που σημαίνει ότι υπάρχει ο ίδιος αριθμός ατόμων Χ και Υ στην πλευρά των αντιδραστηρίων όπως υπάρχουν στην πλευρά των προϊόντων. Σημαίνει επίσης ότι τα ηλεκτρόνια και τα φορτία είναι ισορροπημένα:ο αριθμός των ηλεκτρονίων που χάνονται κατά την οξείδωση είναι ίσος με τον αριθμό των ηλεκτρονίων που αποκτώνται κατά τη διάρκεια της αναγωγής. Η εξισορρόπηση των οξειδοαναγωγικών αντιδράσεων επιτρέπει τη συνοπτική μετάδοση της εξίσωσης της καθαρής αντίδρασης.

Πώς να εξισορροπήσετε τις αντιδράσεις οξειδοαναγωγής:βήμα προς βήμα

1. Γράψτε τη μισή αντίδραση μείωσης
2. Γράψτε ημιαντίδραση οξείδωσης
3. Ισορροπήστε τον αριθμό των ατόμων στις μισές αντιδράσεις
4. Προσδιορίστε τον αριθμό των ηλεκτρονίων που μεταφέρονται σε κάθε μισή αντίδραση
5. Ισορροπήστε τον αριθμό των ηλεκτρονίων μεταξύ των μισών αντιδράσεων, ώστε ο αριθμός που χάνεται στη μία να είναι ίσος με τον αριθμό που αποκτάται στην άλλη.
6. Συνδυάστε τις δύο μισές αντιδράσεις σε μια καθαρή εξίσωση. Φροντίστε να ελέγχετε πάντα στο τέλος εάν τα άτομα είναι ισορροπημένα και στις δύο πλευρές!

Παραδείγματα για τον τρόπο εξισορρόπησης των αντιδράσεων οξειδοαναγωγής

Παράδειγμα #1

Ας δούμε ένα παράδειγμα, βήμα προς βήμα, για να το καταλάβουμε αυτό. Ας δούμε ένα απλό παράδειγμα, ενός κοινού ηλεκτροχημικού στοιχείου που αποτελείται από χαλκό και ψευδάργυρο.

Βήμα 1.

Γράψτε την ημιαντίδραση αναγωγής. Ο χαλκός μειώνεται σε αυτήν την αντίδραση, γεγονός που κάνει την ακόλουθη μισή αντίδραση:

Cu (aq) → Cu (s)

Βήμα 2.

Γράψτε την ημιαντίδραση οξείδωσης. Ο ψευδάργυρος οξειδώνεται σε αυτή την αντίδραση, η οποία κάνει την ακόλουθη μισή αντίδραση:

Zn (s) → Zn (aq)

Βήμα 3.

Ισορροπήστε τα άτομα εντός των ημι-αντιδράσεων. Όλα ισορροπημένα! Υπάρχει ένα άτομο χαλκού και στα προϊόντα και στα αντιδρώντα της ημιαντίδρασης αναγωγής και μόνο ένα άτομο ψευδαργύρου και στα προϊόντα και στα αντιδρώντα της ημιαντίδρασης οξείδωσης.

Βήμα 4.

Προσδιορίστε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε κάθε ημιαντίδραση. Καθώς ο αριθμός οξείδωσης στην ημιαντίδραση αναγωγής μειώνεται κατά δύο, αυτό δείχνει ότι μεταφέρονται δύο ηλεκτρόνια:Cu (aq) + 2e → Cu (s).
Με τον ίδιο τρόπο, καθώς ο αριθμός οξείδωσης στην ημιαντίδραση οξείδωσης αυξάνεται κατά δύο, αυτό δείχνει ότι μεταφέρονται δύο ηλεκτρόνια:Zn (s) → Zn (aq) + 2e

Βήμα 5.

Ισορροπήστε τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Υπάρχουν δύο ηλεκτρόνια που χάνονται στην ημιαντίδραση οξείδωσης και δύο ηλεκτρόνια που αποκτώνται στην ημιαντίδραση αναγωγής, οπότε όλα είναι ισορροπημένα!

Βήμα 6.

Συνδυάστε τις ημι-αντιδράσεις. Η πλήρης αντίδραση είναι επομένως:Cu (aq) + Zn (s) + 2e → Zn (aq) + Cu (s) + 2e, ή απλώς Cu (aq) + Zn (s) → Zn (aq) + Cu (s) αφού τα ηλεκτρόνια ακυρώνονται.

Παράδειγμα #2

Ας δούμε ένα λιγότερο απλό παράδειγμα, όπως την αντίδραση που εμπλέκεται στο πείραμα της δικής μας παραγωγής σκόνης χαλκού από φύλλο αλουμινίου. Σε αυτό το πείραμα, ξεκινάμε με φύλλο αλουμινίου, Al και θειικό χαλκό, CuSO₄ . Η αντίδραση απλής μετατόπισης έχει ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό χαλκού, Cu και θειικού αργιλίου, Al₂ (SO₄ )₃ .

Βήμα 0:

Προσδιορίστε τις καταστάσεις οξείδωσης. Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα που πρέπει να κάνουμε πριν καν αρχίσουμε να εξισορροπούμε την αντίδραση οξειδοαναγωγής, καθώς αυτό θα μας βοηθήσει να προσδιορίσουμε ποια είδη υφίστανται αναγωγή και ποια οξειδώνονται.

Αντιδρώντα:Al, Cu, SO₄
Προϊόντα:Al, Cu, SO₄

Από την κατάσταση οξείδωσης του SO₄ Το ιόν δεν αλλάζει καθ' όλη τη διάρκεια της αντίδρασης και εμφανίζεται και ως αντιδρών και ως προϊόν, είναι ένα ιόν θεατή. Ως εκ τούτου, θα το αφήσουμε έξω μέχρι το τέλος, καθώς μπορεί να κάνει τις μισές αντιδράσεις πιο μπερδεμένες.

Βήμα 1.

Γράψτε την ημιαντίδραση αναγωγής. Αναγωγή, όπως γνωρίζουμε, είναι η απόκτηση ηλεκτρονίων, δηλαδή μείωση του αριθμού οξείδωσης. Αυτό δείχνει ότι ο χαλκός μειώνεται:Cu → Cu

Βήμα 2.

Γράψτε την ημιαντίδραση οξείδωσης. Η οξείδωση, όπως γνωρίζουμε, είναι η απώλεια ηλεκτρονίων, που σημαίνει αύξηση του αριθμού οξείδωσης. Αυτό δείχνει ότι το αλουμίνιο οξειδώνεται:Al → Al

Βήμα 3 .

Ισορροπήστε τα άτομα εντός των ημιαντιδράσεων:

Το Cu → Το Cu παραμένει ως έχει, καθώς υπάρχει ένα mole χαλκού τόσο στα αντιδρώντα όσο και στα προϊόντα.

Ωστόσο, πρέπει να λάβουμε υπόψη το γεγονός ότι το προϊόν είναι στην πραγματικότητα Al₂ (SO₄ )₃ , που σημαίνει ότι για κάθε αλουμίνιο στα αντιδρώντα, υπάρχουν δύο άτομα αλουμινίου στα προϊόντα. Ως εκ τούτου, τοποθετούμε έναν συντελεστή 2 στην πλευρά του αντιδρώντος:2Al → Al. Σε αυτό το σημείο, μπορεί να είναι χρήσιμο να επαναφέρετε το ιόν του θεατή, για διευκρίνιση. Σε αυτή την περίπτωση, βλέπουμε ότι 2Al → Al₂ (SO₄ )₃ .

Βήμα 4.

Προσδιορίστε τον αριθμό των ηλεκτρονίων σε κάθε μισή αντίδραση.

Cu → Cu αποκτά 2 ηλεκτρόνια, οπότε γίνεται:Cu + 2e → Cu

2Al → Al κάθε άτομο αλουμινίου χάνει τρία ηλεκτρόνια, πολλαπλασιαζόμενα με τον συντελεστή 2:2Al → Al + 6e, ή 2Al → Al₂ (SO₄ )₃ + 6ε.

Βήμα 5.

Ισορροπήστε τον αριθμό των ηλεκτρονίων. Η ημιαντίδραση αναγωγής κερδίζει μόνο 2 ηλεκτρόνια, ενώ η ημιαντίδραση οξείδωσης χάνει συνολικά 6 ηλεκτρόνια. Έτσι, πολλαπλασιάζουμε την ημιαντίδραση αναγωγής με ένα συντελεστή 3 για να λάβουμε 6 ηλεκτρόνια και στις δύο ημιαντιδράσεις, εξομαλύνοντάς την:3Cu + 6e → 3Cu. Και πάλι, επαναφέροντας το ιόν του θεατή για σαφήνεια, βλέπουμε ότι το 3CuSO₄ + 6e → 3Cu.

Βήμα 6.

Συνδυάστε τις ημι-αντιδράσεις. Η πλήρης αντίδραση γίνεται έτσι:2Al + 3CuSO₄ + 6e → Al₂ (SO4)₃ + 3Cu + 6e ή απλώς 2Al + 3CuSO₄ → Al₂ (SO4)₃ + 3 Cu .

Αντιδράσεις οξειδοαναγωγής ισορροπίας:όξινες ή βασικές συνθήκες

Όταν εξισορροπείτε μια αντίδραση οξειδοαναγωγής υπό όξινες ή βασικές συνθήκες, ακολουθήστε τα ίδια βήματα που περιγράφονται παραπάνω, με μια σημαντική προειδοποίηση.

Σε όξινες συνθήκες, τα άτομα συχνά δεν ισορροπούν όπως είναι, επομένως θα πρέπει να προσθέσετε H₂ O για να εξισορροπηθεί μια περίσσεια οξυγόνου, και στη συνέχεια H για να εξισορροπηθεί μια περίσσεια υδρογόνου. Αυτό συμβαίνει επειδή και τα δύο H₂ Το O και το H βρίσκονται σε όξινες συνθήκες, επομένως θα υπάρχουν στην αντίδραση, ώστε να μπορείτε να προσθέσετε όσα χρειάζονται. Σε αυτόν τον βαθμό, θα πρέπει επίσης να φροντίζετε να παρακολουθείτε τα φορτία σας στις πλευρές των αντιδρώντων και των προϊόντων, καθώς το καθαρό φορτίο πρέπει να διατηρηθεί (αυτό είναι ιδιαίτερα σημαντικό όταν εξισορροπείτε τις ημιαντιδράσεις). Εάν η προσθήκη Η δημιουργεί υπερβολικό φορτίο, μπορείτε να το αντισταθμίσετε προσθέτοντας ηλεκτρόνια όπου χρειάζεται. Στο τέλος, ωστόσο, τα ηλεκτρόνια πρέπει να εξακολουθήσουν να ακυρώνονται και στις δύο πλευρές της εξίσωσης πλήρους οξειδοαναγωγής, όπως περιγράφεται στο βήμα 5 παραπάνω.

Η εξισορρόπηση μιας αντίδρασης οξειδοαναγωγής υπό βασικές συνθήκες είναι πολύ παρόμοια με τη μέθοδο που περιγράφεται παραπάνω, αλλά με τη χρήση ΟΗ και όχι Η.

Περαιτέρω ανάγνωση

• Τυπικές δυνατότητες μείωσης γίνονται εύκολα
• Διαδικασία εργαστηρίου:Τιτλοδότηση
• Υπολογισμός ποσοστού απόδοσης
• Χημικές εξισώσεις εξισορρόπησης