Решен пример: Изравняване на редукционно-окислително уравнение в основен разтвор

В предишното видео видяхме как се изравнява уравнението на окислително-редукционен процес в киселинен разтвор. В това видео ще изравним уравнението на процес в основен разтвор. Това е малко по-трудно. Но ще използваме същия подход както при процес в киселинен разтвор. В четвъртата стъпка отново ще добавим протони. После ще съберем двете части на процеса. Но след това ще добавим и хидроксидни аниони. Тъй като това се случва в основен разтвор, хидроксидните йони са нужни, за да неутрализираме протоните, добавени в четвърта стъпка. Да започнем с определяне на степените на окисление, точно както в предходното видео. Започвам с хипохлоритния анион, за който знам, че кислородът има степен на окисление 2–. Знам, че целият йон е 1–. Това означава, че хлорът трябва да има степен на окисление 1+. Плюс 1 и минус 2 дава –1. За това хлорно съединение тук е най-лесно да си спомня, че хидрохиксидният анион има заряд от –1. Имаме четири, така че получаваме общо –4. По отношение на степените на окисление, трябва да ги съберем, за да получим общия заряд на йона –1. Следователно хромът трябва да има заряд 3+. Плюс 3 и минус 4 дават минус 1. Така че зарядът на хрома тук е 3+. Сега минаваме отдясно при хроматния анион. Кислородът е 2–. Имаме четири, така че става –8. Трябва да стигна до общо –2, зарядът на йона. Значи за хрома трябва да бъде +6, защото +6 минус 2 дава –2. Така че степента на окисление на хрома тук е +6. И накрая, хлоридният анион има заряд –1, следователно степен на окисление 1–. По отношение на това какво се окислява и какво се редуцира, трябва да търсим увеличение на степента на окисление. Хромът преминава от степен на окислени +3 в степен на окисление +6, което означава, че той се окислява. Поглеждаме хлора, който преминава от степен на окисление +1 до степен на окисление –1. Това е понижение на степента на окисление или редукция на степента на окисление. Значи хлорът се редуцира. Знаем, че нещо се окислява и нещо се редуцира. Значи можем да минем на стъпка едно. Ще запишем отделните части на реакцията. Окислителната част и редукционната част на реакцията. Този път ще напиша първо редукционната част на реакцията. Макар че няма значение кое е първо. Записвам първо хлора, който тук се редуцира. Хипохлоритния анион става хлориден анион. Това е редукционната част на реакцията. В окислителната част участва хром. Имаме това хромно съединение, Cr(OH)4 с отрицателен заряд, което се превръща в хромат, CrO4 2–. Това е окислителната част на реакцията. В стъпка две ще изравним атомите, различни от кислород и водород. Атоми, различни от кислород и водород. За редукционната част на реакцията, която включва хлор. Имаме един хлор отляво и един хлор отдясно. Така че хлорът е изравнен. В окислителната част на процеса участва хром. Един хром отляво и един хром отдясно. Втората стъпка си беше готова. Но винаги внимавай, защото понякога трябва да направиш изравняване, и това е важно за крайния отговор. Стъпка три, изравняване на кислорода с добавяне на вода. При редукционната част на реакцията, виждаме един кислород отляво и никакъв кислород отдясно. Трябва да добавим една молекула вода към продуктите в редукционната част на процеса. Сега имаме един кислород отдясно и един кислород отляво, така че кислородът е изравнен в редукционната част. Да видим окислителната част на процеса. Това 4 тук се отнася за всичко вътре в скобите. Значи отляво имаме 4 пъти кислород, отдясно също имаме 4 пъти кислород. Значи кислородът вече е изравнен. Стъпка четири – изравняване на водорода чрез добавяне на протони. В редукционната част на реакцията добавяме молекула вода и това означава два водорода отдясно. Значи ни трябват и два водорода отляво, тъй като сега няма никакви. Ще ги изравня, като добавя протони. Ще добавя протони отляво на редукционната част от реакцията. И сега имаме два водорода отляво и два водорода отдясно. За окислителната част на реакцията си спомни, че това четири се отнася и за водорода. Значи отляво имам четири Н и отдясно никакъв водород за окислителната част на реакцията. Следователно ми трябват четири отдясно. Ще добавя тук протони. Значи 4Н + отдясно. Сега трябва да добавим електрони, за да изравним зарядите. В стъпка пет трябва да анализираме общите заряди от двете страни на двете реакции. Да видим първо редукционната част. Имам два протона тук, което е заряд 2+ отляво. Имаме и отрицателен заряд на хипохлоритния анион. Значи имам заряд 2+ и един отрицателен заряд. Това общо е 1+. Имам навик да записвам зарядите като степените на окисление. Запомни, че това са заряди, а не степени на окисление. Имам общо +1 отляво. Отдясно имам –1 на хлоридния анион и това е всичко по отношение на зарядите. Значи отдясно имам –1. Трябва да изравня тези заряди. Мога да го направя само с добавяне на електрони, които разбира се, са отрицателно заредени. За да изравня двете страни на моята редукционна част, трябва да добавя два електрона отляво, което ми дава два допълнителни отрицателни заряда. Така от +1 отиваме на –1. Сега имам общ заряд –1 отляво на редукционната част. Което е равно на –1 отдясно на редукционната част. Изравних зарядите, като добавих електрони. Нека да видим окислителната част сега. Тук имам само един от тези йони. Отляво имаме заряд –1. Отдясно имаме 1 хроматен йон, но всеки хроматен йон има заряд –2. И имам +4 от протоните. –2 плюс 4 дава общо +2. Значи имам +2 отдясно и –1 отляво. Повтарям, целта ми е да изравня тези заряди с добавяне на електрони. Ако добавя електрони отдясно, ще променя общия заряд от +2 на –1. И така сега имам –1 отдясно и –1 отляво, така че зарядите са изравнени. Друг начин да установим къде отиват тези електрони е да си спомним мнемоничния израз "Leo the lion goes "ger." Leo = loss of electrons is oxidation ( загубата на електрони е окисление). Ето защо трябва да покажем, че в окислителната част на процеса електроните са отдадени или изгубени от страната на продуктите. Тогава Leo the lion goes ger, gain of electrons is reduction = получаването на електрони е редукция. Така че в редукционната част трябва да покажем къде са електроните отляво, където те са присъединени. Това е начин да си направиш двойна проверка. Сега сме на стъпка шест. Трябва да изравним броя на електроните. Значи в стъпка шест изравняваме броя на електроните. Правим това, защото електроните, изгубени при окислението, са същите, които са спечелени в редукционната част. Имаме изгубени три електрона, а имаме само два електрона спечелени. Това не е логично. Нали? Това са същите електрони, те трябва да са равен брой. Значи трябва да изравним броя на електроните. Правим това като намираме най-малкото общо кратно. Значи имаме две и три. Ще ги направим шест електрона. Трябва да направим и в двете части на процеса да има по шест електрона. Ще направим това като умножим първата част на процеса по коефициент 3. След това втората част на процеса ще умножим по коефициент 2. И това ще ни даде равен брой електрони. Нека да го пресметнем. Тук имаме 3 пъти по 2 електрона, което е 6 електрона. После 3 по 2 протона са 6 протона. 3 пъти по 1, коефициента пред хипохлоритния анион, ми дава 3 ClO–. 3 по 1 пред хлоридния анион ни дава 3Cl–. И накрая имаме 1 пред водата като коефициент. 3 пъти по 1 са 3 молекули вода. Сега да видим окислителната част на процеса. Нека да си направя място. Умножавам всичко по 2. Пред този йон имаме коефициент 1. Сега ще имам 2Cr(OH)4 минус. Това 2 умножавам и по коефициента 1 пред хромата. Ще имам 2CrO42– по 2. 2 по 4 дава 8 протона. Значи стават 8 протона. И накрая 2 по 3 електрона става 6 електрона. Сега имаме 6 електрона в редукционната част на процеса и 6 електрона в окислителната част на процеса. Сега ще съберем двете части на процеса. Пак повтарям, ние все още приемаме, че сме в киселинна среда. Нека да съберем двете части на реакцията. Взимаме всички изходни вещества и ги слагаме от едната страна. Ще направим първо това. Имаме 6 електрона плюс 6 протона плюс 3ClO– плюс 2Cr(OH)4–. Сега отдясно взимаме всичко това. Събираме ги от страната на продуктите. Да видим какво имаме. Имаме 3Cl– плюс 3H2O плюс 2CRO42– плюс 8H+ плюс 6 електрона. Така. Добре. Сега написано така е по-лесно да видим че има по шест електрона отляво и отдясно. Те ще се унищожат. Имаме и протони от двете страни. Имаме шест тук и осем тук. Тези шест протона се унищожават и оставаме с два протона отдясно. Да препишем още веднъж всичко. Да видим какво остана, след като опростихме малко. Имаме 3ClO– плюс 2CR(OH)4– дава 3Cl– плюс 2 Н2О, грешка, 3H2O плюс 2CrO42– плюс 2H+. Добре. Сега трябва да си спомним, че всъщност тази реакция се провежда в основа. Затова ще добавим хидроксидни йони, които ще неутрализират протоните. Ако погледнем броя на протоните тук, имаме два протона отдясно. Значи трябва да добавим два хидроксидни аниона. Добавяме два хидроксидни аниона, за да неутрализираме протоните. И тъй като това е изравнено уравнение, това, което правим отдясно, го правим и отляво. Тъй като добавих два хидроксида отдясно, трябва да добавя два хидроксида и отляво. Сега да помислим какво правят тези хидроксиди с протоните. Те се неутрализират. Н+ и ОН– дават Н2О. Значи получаваме водни молекули. Ще получим две молекули, защото неутрализираме два протона с два хидроксидни аниона. Тук отдясно получаваме два пъти Н2О, т.е. две молекули вода отдясно. Сега да препишем крайния отговор тук, с всичко, което направихме. Отляво имаме 3ClO– плюс 2Cr(OH)4 –. И понеже добавихме тези хидроксидни аниони, плюс 2ОН–. Отдясно имаме 3Cl– плюс... тук има три молекули вода. И ние току що получихме още две. Значи стават общо 5. Така че 5Н2О. И след това, имаме два хромата тук. Така че 2CrO42–. И това би трябвало да е всичко. Затова можем да заградим крайния си отговор. Ето така. Отне ни много време, но получихме крайния отгвор. И запомни, че винаги можеш да провериш крайния си отговор по отношение на атомите и зарядите. И атомите, и зарядите трябва да са изравнени. Затова го направи самостоятелно, както показах в предишното видео.