ЕГЭ. Расстановка коэффициентов методом электронного баланса. Базовые знания
Рассмотрим разные типы реакций, в которых определение коэффициентов методом электронного баланса немного отличается. Типы реакций даны от простых к сложным.
1. Все атомы одного элемента полностью переходят из одной степени окисления в другую.
Это самый простой случай расставления коэффициентов.
Рассмотрим реакцию окисления фосфина. В этой реакции все атомы фосфора из фосфина окисляются до степени окисления +5, и все атомы азота в азотной кислоте восстанавливаются с образованием NO2:
Коэффициенты из электронного баланса переносим в уравнение реакции: коэффициент 1 ставим и перед фосфином, и перед фосфорной кислотой (в уравнении не пишем). Аналогично, коэффициент 8 ставим и перед азотной кислотой, и перед оксидом азота (IV):
Считаем количество атомов кислорода в реагентах (24 атома), следовательно, перед водой ставим коэффициент 4. Убеждаемся, что число атомов водорода уравнялось:
PH3 + 8HNO3 → H3PO4 + 8NO2
+ 4H2O
Рассмотрим реакцию йода с концентрированной азотной кислотой.
Аналогично предыдущему примеру, в данной реакции все атомы азота азотной кислоты восстанавливаются до степени окисления +4. Поэтому коэффициенты перед HNO3 и перед NO2 берём из электронного баланса:
Все атомы йода окисляются с образованием HIO3, поэтому коэффициенты также берём из электронного баланса, но с учетом того, что молекулярный йод состоит из двух атомов, а в йодноватой кислоте атом иода один:
Считаем количество атомов кислорода в реагентах (30) и вычисляем коэффициент перед водой:
I2 + 10HNO3(конц.) → 2HIO3 + 10NO2 + 4H2O.
Другие примеры
В следующих реакциях коэффициенты расставляются по аналогичной схеме (предлагаем найти их самостоятельно):
Na3P + Cl2 + NaOH → Na3PO4 + NaCl + H2O (ответ)
PH3 + H2SO4(конц.) → H3PO4 + SO2 + H2O (ответ)
H2S + HNO3(конц.) → H2SO4 + NO2 + H2O (ответ)
CuS + HNO3 → CuSO4 + NO2 + H2O (ответ)
Ответы также можно проверить в тренажёре реакций.
2. Часть атомов одного элемента изменяет степень окисления, а у другой части атомов степень окисления остаётся прежней.
Рассмотрим взаимодействие меди с концентрированной азотной кислотой.
Из уравнения реакции видим, что все атомы меди переходят в нитрат меди (II), следовательно, коэффициенты перед Cu и Cu(NO3)2 берём из электронного баланса (коэффициент 1 в уравнении не пишем).
Далее замечаем, что не все атомы азота из азотной кислоты перешли в NO2, часть нитрат-ионов осталась для образования соли Cu(NO3)2. Поэтому коэффициент 2 из электронного баланса мы не можем поставить перед всеми соединениями, содержащими азот (HNO3, Cu(NO3)2, NO2). Коэффициент из электронного баланса ставим только перед тем соединением, в котором атомы азота изменили степень окисления, т.е. только перед NO2:
На следующем шаге видим, что в продуктах имеются 4 атома азота (2 в нитрат-ионах и 2 в NO2), поэтому перед азотной кислотой ставим коэффициент 4:
Cu + 4HNO3(конц.) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + H2O.
И на последнем шаге вычисляем коэффициент перед водой:
Cu + 4HNO3(конц.) → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.
Другие примеры
В следующих реакциях коэффициенты расставляются по аналогичной схеме (предлагаем найти их самостоятельно):
2Cu(NO3)2 + 4KI → 2CuI + I2 + 4KNO3 (ответ)
HCl + KMnO4 → Cl2 + KCl + MnCl2 + H2O (ответ)
HBr + K2Cr2O7 → Br2 + CrBr3 + KBr + H2O (ответ)
HBr + MnO2 → Br2 + MnBr2 + H2O (ответ).
Ответы также можно проверить в тренажёре реакций.
3. Реакции, в которых окисляются сразу два восстановителя, находящиеся в одном соединении.
В данных реакциях важно сохранять соотношение двух восстановителей при составлении электронного баланса.
Рассмотрим реакцию взаимодействия CuI с HNO3(конц.). Как видно из уравнения реакции, окисляются и Cu+1, и I–1. Запишем электронный баланс:
В электронном балансе мы вынуждены поставить коэффициент 2 перед Cu+1 и Cu+2 и удвоить число отдаваемых электронов, так как соотношение атомов меди и йода 1:1. Поэтому коэффициенты перед CuI и Cu(NO3)2 равны 2.
Перед оксидом азота (IV) в продуктах ставим коэффициент 4, так как Cu+1 и I–1 вместе отдают 4 электрона. Перед HNO3 коэффициент 4 поставить не можем, так как часть нитрат-ионов осталась неизменной для образования Cu(NO3)2.
Теперь можем посчитать коэффициент перед HNO3, так как количество атомов азота в продуктах уже знаем:
2CuI + 8HNO3 → 2Cu(NO3)2 + I2 + 4NO2 + H2O.
На последнем шаге вычисляем коэффициент перед водой и проверяем, что количество атомов водорода уравнялось:
2CuI + 8HNO3 → 2Cu(NO3)2 + I2 + 4NO2 + 4H2O.
Аналогичная реакция с двумя восстановителями (но в данном случае дополнительно ничего домножать в электронном балансе не нужно):
Cu2S + HNO3(конц.) → Cu(NO3)2 + CuSO4 + NO2 + H2O (ответ).
Коэффициенты предлагаем определить самостоятельно.
4. Реакции диспропорционирования
5. Реакции сопропорционирования
6. Реакции, в которых образуются кислые соли
Два последних типа реакций рассматриваются на отдельных страницах.