Решен пример: Изравняване на редукционно-окислително уравнение в кисели разтвори

Искам да изравним една окислително-редукционна реакция, свързана с киселина. Преди да започнем, нека разгледаме процеса и да определим степените на окисление. Започваме с дихроматния анион. Знаем, че степента на окисление на кислорода е 2–. Имаме 7 пъти кислород. –2 по 7 е –14 общо. Знаем, че общият заряд на целия анион трябва да бъде 2–, колкото е зарядът на дихроматния анион. Значи хрома общо трябва да даде 12+. Така –14 плюс 12 ни дава –2. Тъй като имаме два пъти хром, всеки от тях трябва да е 6+. Това е степента на окисление на хрома в този анион. И сега да видим хлоридния анион. Зарядът е 1–, така че степента на окисление е 1–. За хромния йон тук имаме 3+. И накрая, хлорът тук има степен на окисление 0. Виждаме, че хлорът преминава от степен на окисление 1– към степен на окисление 0. Това е повишение на степента на окисление. Следователно хлорът се окислява. Да видим хрома. Той преминава от 6+ до 3+. Това е понижение на степента на окисление, или редукция на степента на окисление. Следователно хромът се редуцира. Това е окислително-редукционен процес, защото нещо се окислява и нещо се редуцира. За да изравним уравнението, нека запишем отделните части на реакцията. Ще разделим процеса на окислителна част и редукционна част. Нека да си направя малко място. Нека да запиша реакциите. Хлоридния анион се превръща в хлор. Това е окислителната част от процеса, която се вижда тук вдясно. Това е окисление. Редукцията включва хрома. Имаме дихроматен анион тук, така че Cr2O7 с 2 минус се превръща в хром 3+. Това е редукционната част. Това беше първата стъпка. Да запишем отделните реакции. Стъпка две. Да изравним всички атоми, различни от кислород и водород. Ако погледнем първата част на реакцията, имаме един хлор отляво и два пъти хлор отдясно. Трябва да поставим една двойка вляво. Отиваме към редукционната част на реакцията, където имаме два пъти хром отляво и един път хром отдясно. Затова поставям тук една двойка, за да ги изравня. С това е изпълнена стъпка две. Стъпка три. Изравняване на кислорода с добавяне на вода. Като погледна окислителната част на реакцията, виждам, че няма кислород, така че тук няма да правя нищо засега. В редукционната част на реакцията трябва да изравня кислорода. Отивам тук и виждам, че отляво имам седем пъти кислород, и нито един отдясно. Значи трябва да добавя кислород чрез вода. Имам седем пъти кислород отляво, значи ми трябва седем пъти кислород и отдясно. Затова добавям седем молекули вода. Това ми дава седем кислородни атома отдясно. Това беше третата стъпка. Стъпка четири. Изравняване на водорода чрез добавяне на протони. Ще използвам червено. Така, стъпка четири. Изравняване на водорода чрез добавяне на протони. Да повторя, в окислителната част на реакцията не правим нищо, защото нямаме кислород и водород. Но при редукционния процес балансираме кислорода с добавяне на вода и получаваме водород отдясно. Тук имаме общо 14 водорода отдясно. Това е 7 по 2. Трябва да ги изравним, като добавим протони. Добавяме протони отляво. Трябват ни 14. Това е 7 по 2 равно на 14. Така че добавяме 14 Н+ отляво при редукционния процес. Стъпка четири е завършена. Стъпка пет. Изравняване на зарядите чрез добавяне на електрони. Нека първо си направя място. ОК. Ще изравня зарядите, като добавя електрони. Първо да видим какви заряди имаме тук. Ще започнем с горната реакция на окисление. Имаме хлориден анион, който е със заряд 1–. Имаме два такива. Значи имаме два отрицателни заряда. Забележи, това не са степени на окисление. Точно това обърква понякога хората. Това са заряди. Тук отдясно нямаме заряди. Това е неутрална хлорна молекула. Отляво имаме два отрицателни заряда и заряд 0 отдясно. Трябва да ги изравним, като добавим електрони, затова е логично да добавим два електрона тук отдясно, защото така получаваме общ заряд 2– отдясно. Това е единият начин да го разглеждаме, да изравним тези числа. Минус 2 тук и минус 2 тук. Друг начин да го направим, знаем, че електроните ще отидат отдясно, защото това е реакцията на окисление. Един начин за запомняне е LEO the lion, Loss of Electrons is Oxidation = загубата на електрони е окисление. Щом губим електрони, те трябва да отидат от страната на продуктите на реакцията. И нашата реакция на окисление сега е изравнена. Да видим редукционната реакция. LEO the lion goes GER. (мнемоника) Gain of Electrons is Reduction = получаването на електрони е редукция. Вече знаем, че трябва да добавим електрони от страната на изходните вещества. Да видим колко електрона са ни необходими. Имаме 14 положителни заряда от протоните. Имаме и два отрицателни заряда от дихроматния анион. Имаме 14 положителни и два отрицателни заряда, което означава 12 положителни заряда отляво. Отдясно имаме хромен йон. Той има заряд 3+, като имаме два броя хромни йони. 2 по 3+ дава 6+. Значи отдясно на редукционната реакция имам 6+. Отляво имам 12+, отдясно 6+. Трябва да добавя електрони, за да изравня зарядите. Вече знам, че трябва да ги добавя от страната на реагентите. Знам това от "LEO the lion goes GER". Или просто мога да помисля: ако имам 12 положителни заряда, трябва да добавя шест отрицателни, за да получа общ заряд 6+. Значи трябва да добавя шест електрона отляво. Нека добавя шест електрона. И сега зарядите са изравнени. И тази стъпка е готова. Стъпка пет е изпълнена. Отиваме на стъпка шест. Трябва да изравним броя на електроните. Какво означава това? Да се съсредоточим върху електроните, които добавихме току-що. Ако се върна тук горе, добавихме два електрона при процеса на окисление и шест електрона при процеса на редукция. Но ние знаем, че този брой тук трябва да е равен на този, тъй като електроните, отдадени в процеса на окисление са същите електрони, които са присъединени в процеса на редукция. Ето защо трябва да изравним тези електрони като брой. Ето защо трябва да умножим първата реакция по 3. Ако умножим по 3 първата реакция, това ни дава 6 електрона, които са нужни, за да изравним броя на електроните. Нека да продължим и да го направим. Ще препиша първата част на реакцията. Ще умножа всичко в окислителната реакция по 3, значи всичко в скобите. Ако умножа по 3 тези 2 хлоридни аниона, ще получа 6. Сега имаме 6 хлоридни аниона. След това тройката отива пред хлора. Така че имам 3 Cl2, и после 3 по 2 електрона, което ми дава 6 електрона. Нека да препиша уравнението на редукционната част, тъй като тук се случват много неща. Ще препиша точно това, което имаме. Шест електрона плюс 14 протона, плюс дихроматен анион. И после имаме два хромни йона и седем пъти вода. Сега имам двете части на процеса. Изравних броя на електроните. И сме готови за последната стъпка. Просто взимаме двете части на процеса и ги събираме, което ни дава цялата изравнена окислително-редукционна реакция. Да го направя. Нека да си отворя място тук, за да събера тези две части на процеса. Просто ще взема всичко от страната на изходните вещества и ще го събера. Нека просто да препиша всичко от страната на реагентите. Имаме 6Cl – и после шест електрона и 14 протона. Имаме дихроматен анион. И сега ще препиша всичко от страната на продуктите. Всичко това ще го взема и ще събера от страната на продуктите. Имам 3Cl2 плюс шест електрона плюс два хромни йона, плюс седем молекули вода. И сега по-лесно се вижда, че електроните ще се унищожат, нали? Имаме шест електрона от страната на изходните вещества. Имаме шест електрона от страната на продуктите. Така че те се унищожават. И оставаме с крайния резултат. Но можеш да го преработиш, за да изглежда по-добре. Имаме 6Cl– плюс 14Н плюс Cr2O7 2–, получаваме 3Cl2 плюс 2Cr3 плюс 7Н2О. И това е нашият отговор. Обичам да ограждам крайния отговор, за да бъде лесно на проверяващия да ми постави оценка. Хубавото нещо при окислително-редукционните реакции е, че когато сме готови, винаги можем да проверим отговора. Защото трябва да са изравнени и атомите, и зарядите. Затова да направим една бърза проверка. Започвам с хлора. Имаме 6 пъти хлор отляво, а отдясно имаме 3 пъти по 2, което е 6. Значи хлорът е изравнен. Водород: имам 14 отляво и 7 по 2 е също 14 отдясно. Хром: имам два отляво и два отдясно. Кислород: седем отляво и седем отдясно. Атомите са правилно изравнени. Сега да проверим зарядите, защото трябва да имаме правилни заряди. Да видим, имаме заряд 6 минус. Пиша 6– тук. След това имам 14 плюс. После тук имам 2–. Като ги събера получавам 6+ отляво. 14 минус 8. Отдясно единственият заряд е при този хромен йон. Той има заряд 3+, и имам два такива йона. 2 по 3 дава 6+. Значи и зарядите са правилно изравнени. Така че това е правилният отговор. Изравнени са и атомите, и зарядите.