Составление материального баланса в полуреакциях

Баланс начинают с элементов, меняющих степени окисления. В примере (а), рассмотренном выше, такой баланс не требуется, т.к. в первой полуреакции слева и справа – равное число атомов висмута, а во второй полуреакции – равное число атомов марганца.

В примере (б) такой баланс необходимо сделать и по хрому (в первой полуреакции), и по углероду (во второй полуреакции):

Cr₂O₇^2– 2Cr³⁺

H₂C₂O₄2CO₂

Баланс по другим элементам, входящим в состав окислителя (восстановителя) и продуктов их превращения, чаще всего включает баланс по кислороду и по водороду.

В водных растворахбаланс по этим элементам выполняют:

– в кислойсреде – с помощьюмолекул воды и ионов водорода;

– в щелочнойсреде – с помощьюмолекул воды и гидроксид-ионов;

– в нейтральнойсреде – с помощьюмолекул воды и ионов H⁺ или OH^–.

Баланс по кислороду в кислой среде делают, добавляя соответствующее число молекулH₂Oв ту часть полуреакции, где дефицит кислорода, а в противоположную часть полуреакции добавляют удвоенное число ионов Н⁺.

Примеры:

а) BiO₃^–Bi³⁺

В правой части полуреакции недостает трех атомов кислорода– вводим их, с помощьютрех молекул H₂O, добавляя при этом в левую частьшесть ионов H⁺: BiO₃^–+ 6H⁺Bi³⁺+ 3H₂O

б) MnO₂MnO₄^–

В этой полуреакции – дефицит кислорода в левой части (на два меньше, чем в правой части), поэтому в левую часть полуреакции добавляем две молекулы H₂O, а в правую часть – четыре ионаH⁺:MnO₂+ 2H₂OMnO₄^–+ 4H⁺

в) Cr₂O₇^2–  2Cr³⁺

После баланса по хрому (см. выше) делаем баланс по кислороду: в правой части недостает семи атомов кислорода, поэтому вправо добавляем семь молекул H₂Oи влево, соответственно, – четырнадцать ионовH⁺:

Cr₂O₇^2– + 14H⁺  2Cr³⁺ + 7H₂O

г) H₂C₂O₄  2CO₂

В этом примере после баланса по углероду оказался сбалансированным и кислород (по четыре атома слева и справа). Однако пока нет баланса по водороду.

Баланс по водороду в кислой среде делают, добавляя соответствующее число ионовH⁺ в ту часть полуреакции, где имеется дефицит атомов водорода.

В нашем примере в левой части имеются два атома водорода, а в правой их нет – дописываем в правую часть2H⁺:

H₂C₂O₄  2CO₂ + 2H⁺

д) As₂O₃  AsH₃

В этой полуреакции необходимо сделать баланс и по мышьяку, меняющему степень окисления, и по кислороду, и по водороду. После баланса по мышьяку и кислороду, как описано ранее, получим:

As₂O₃+ 6H⁺2AsH₃ + 3H₂O

При этом справа остались еще шесть несбалансированных атомов водорода, в 2AsH₃, (они подчеркнуты), поэтому добавим в левую часть полуреакции еще шесть ионовH⁺и тогда получим окончательно:

As₂O₃+ 12H⁺2AsH₃ + 3H₂O

Баланс по кислороду в щелочной средеделают, добавляя соответствующее число молекулH₂Oв ту часть полуреакции, где кислород в избытке, а в противоположную часть – удвоенное число ионовOH^–.

Примеры

а) NONO₃^–

В правой части полуреакции два атома кислорода – в избытке, поэтому добавляемв правую часть две молекулы H₂O,а в противоположную часть –четыре иона OH^–,в результате получим:NO+ 4OH^– NO₃^–+ 2H₂O

б) ClO₃^–Cl^–

В этом примере избыток кислорода в левой части полуреакции – добавляем влево три молекулы H₂O, а вправо – шесть ионовOH^–, в результате получим:

ClO₃^–+ 3H₂O Cl^– + 6OH^–

Баланс по водороду в щелочной (и нейтральной) среде делают, добавляя соответствующее число молекулH₂O в ту часть полуреакции, где имеется дефицит атомов водорода, а в противоположную часть – такое же число ионовOH^–.