Exempel på balansredoxreaktion Problem

Vid balansering av redoxreaktioner måste den totala elektroniska laddningen balanseras utöver de vanliga molära förhållandena för komponentreaktanterna och produkterna. Detta exempelproblem illustrerar hur man använder halvreaktionsmetoden för att balansera en redoxreaktion i en lösning.

Fråga

Balansera följande redoxreaktion i en sur lösning:

Cu (s) + HNO₃(aq) → Cu²⁺(aq) + NO (g)

Lösning

Steg 1: Identifiera vad som oxideras och vad som reduceras.

För att identifiera vilka atomer som reduceras eller oxideras, tilldela oxidationstillstånd till varje atom i reaktionen.

För granskning:

1. Regler för tilldelning av oxidationsstater
2. Tilldela exempel på oxidationsstater
3. Exempel på oxidation och reduktionsreaktion Problem

• Cu (er): Cu = 0
• HNO₃: H = +1, N = +5, O = -6
• Cu²⁺: Cu = +2
• NO (g): N = +2, O = -2

Cu gick från oxidationstillstånd 0 till +2 och förlorade två elektroner. Koppar oxideras genom denna reaktion.
N gick från oxidationstillstånd +5 till +2 och fick tre elektroner. Kväve reduceras genom denna reaktion.

Steg 2: Dela upp reaktionen i två halvreaktioner: oxidation och reduktion.

Oxidation: Cu → Cu²⁺

Minskning: HNO₃ → NEJ

Steg 3: Balansera varje halvreaktion med både stökiometri och elektronisk laddning.

Detta åstadkommes genom att lägga till ämnen till reaktionen. Den enda regeln är att de enda substanserna du kan lägga till redan måste vara i lösningen. Dessa inkluderar vatten (H₂O) H⁺ joner (i sura lösningar), OH^- joner (i grundläggande lösningar) och elektroner.

Börja med oxidationshalvreaktionen:

Halvreaktionen är redan balanserad atomiskt. För att balansera elektroniskt måste två elektroner läggas till produktsidan.

Cu → Cu²⁺ + 2 e^-

Balansera nu reduktionsreaktionen.

Denna reaktion kräver mer arbete. Det första steget är att balansera alla atomer förutom syre och väte.

HNO₃ → NEJ

Det finns bara en kväveatom på båda sidor, så kväve är redan balanserat.

Det andra steget är att balansera syreatomerna. Detta görs genom att tillsätta vatten till den sida som behöver mer syre. I detta fall har reaktantsidan tre oxygener och produktsidan har endast ett syre. Lägg till två vattenmolekyler på produktsidan.

HNO₃ → NO + 2 H₂O

Det tredje steget är att balansera väteatomerna. Detta åstadkoms genom att lägga till H⁺ joner till den sida som behöver mer väte. Reaktantsidan har en väteatom medan produktsidan har fyra. Tillsätt 3 H⁺ joner till reaktantsidan.

HNO₃ + 3 H⁺ → NO + 2 H₂O

Ekvationen är balanserad atomiskt, men inte elektriskt. Det sista steget är att balansera laddningen genom att lägga till elektroner till den mer positiva sidan av reaktionen. En av reaktansidan, den totala laddningen är +3, medan produktsidan är neutral. För att motverka +3-laddningen, lägg till tre elektroner på reaktantsidan.

HNO₃ + 3 H⁺ + 3 e^- → NO + 2 H₂O

Nu är reduktionshalvekvationen balanserad.

Steg 4: Utjämna elektronöverföringen.

Vid redoxreaktioner måste antalet erhållna elektroner vara lika med antalet förlorade elektroner. För att uppnå detta multipliceras varje reaktion med hela siffror för att innehålla samma antal elektroner.

Oxidationshalvreaktionen har två elektroner medan reduktionshalvreaktionen har tre elektroner. Den lägsta gemensamma nämnaren mellan dem är sex elektroner. Multiplicera oxidationshalvreaktionen med 3 och reduktionshalvreaktionen med 2.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
2 HNO₃ + 6 H⁺ + 6 e^- → 2 NO + 4 H₂O

Steg 5: Sammansätt igen halvreaktionerna.

Detta åstadkoms genom att lägga till de två reaktionerna tillsammans. När de har lagts till, avbryt allt som visas på båda sidor av reaktionen.

   3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
+ 2 HNO₃ + 6 H⁺ + 6 e^- → 2 NO + 4 H₂O

3 Cu + 2 HNO₃ + 6H⁺ + 6 e^- → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O + 6 e^-

Båda sidor har sex elektroner som kan avbrytas.

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 H⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O

Den fullständiga redoxreaktionen är nu balanserad.

Svar

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 H⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NO + 4 H₂O

För att sammanfatta:

1. Identifiera oxidation och reduktionskomponenter i reaktionen.
2. Separera reaktionen i oxidationshalvreaktionen och reduktionshalvreaktionen.
3. Balansera varje halvreaktion både atomiskt och elektroniskt.
4. Utjämna elektronöverföringen mellan oxidation och reduktionshalvekvationer.
5. Rekombinera halvreaktionerna för att bilda den fullständiga redoxreaktionen.