Метод электронного баланса
Пошаговый разбор: как расставить коэффициенты и не ошибиться в переходе электронов.
5. Метод электронного баланса
Метод электронного баланса — основной способ расстановки коэффициентов в ОВР. Он основан на том, что число электронов, отданных восстановителем, равно числу электронов, принятых окислителем.
Алгоритм составления электронного баланса
- Записать схему реакции и определить степени окисления всех элементов.
- Найти элементы, которые изменяют степень окисления (окислитель и восстановитель).
- Составить схемы изменения степеней окисления окислителя и восстановителя.
- Найти НОК (наименьшее общее кратное) для числа отданных и принятых электронов.
- Найти коэффициенты, разделив НОК на число электронов.
- Перенести коэффициенты в уравнение реакции.
- Уравнять остальные элементы вручную: сначала металлы и неметаллы, затем водород, потом проверить по кислороду.
- Указать окислитель и восстановитель отдельной строкой.
Пример составления электронного баланса
Задача: Уравнять реакцию HI + H₂SO₄ → I₂ + H₂S + H₂O ▼
Шаг 1. Определяем степени окисления:
H+1I-1 + H2+1S+6O4-2 → I20 + H2+1S-2 + H2+1O-2
Шаг 2. Находим элементы с изменением степени окисления:
- Иод: I-1 → I0 (повышается, отдаёт электроны → восстановитель)
- Сера: S+6 → S-2 (понижается, принимает электроны → окислитель)
Шаг 3. Составляем электронный баланс:
| 2I-1 − 2ē → I20 | | 4 | ← восстановитель |
| S+6 + 8ē → S-2 | | 1 | ← окислитель |
Шаг 4. НОК(2, 8) = 8. Коэффициенты: 8÷2=4 (для I), 8÷8=1 (для S)
Шаг 5. Переносим коэффициенты в уравнение:
8HI + H₂SO₄ → 4I₂ + H₂S + ?H₂O
Шаг 6. Уравниваем водород: слева 10H, справа 2H в H₂S → 8H нужно в воде → 4H₂O
Ответ:
8HI + H₂SO₄ = 4I₂ + H₂S + 4H₂O
Окислитель и восстановитель:
- H₂SO₄ — окислитель (за счёт S+6)
- HI — восстановитель (за счёт I-1)
Важно для ЕГЭ!
Заряды органических групп для расчёта степени окисления углерода
В органической химии степень окисления каждого атома углерода рассчитывается индивидуально через заряды связанных с ним атомов и групп. Метод основан на условном распределении электронов по электроотрицательности.
Таблица зарядов органических групп и атомов
| Атом / Группа | Заряд | Пояснение |
|---|---|---|
| −H (водород) | +1 | Водород менее ЭО, чем углерод, «отдаёт» электрон |
| −C (другой углерод) | 0 | Одинаковая ЭО → электроны делятся поровну |
| −OH (гидроксил) | −1 | Кислород более ЭО, «забирает» электрон у C |
| =O (карбонильный) | −2 | Двойная связь с O → 2 электрона к кислороду |
| −Cl, −Br, −I (галогены) | −1 | Галогены более ЭО, «забирают» электрон |
| −NH₂ (аминогруппа) | −1 | Азот более ЭО, чем углерод |
| −COOH (карбоксил) | −3 | Сумма: =O (−2) + −OH (−1) = −3 |
| −CHO (альдегидная) | −1 | Сумма: =O (−2) + −H (+1) = −1 |
Формула для расчёта С.О. углерода:
С.О.(C) = −(сумма зарядов всех связанных атомов/групп)
Сумма степеней окисления всех атомов в молекуле должна равняться нулю (для нейтральной молекулы) или
заряду иона.
Примеры заданий и уравнений (Органика)
Пример расчёта С.О. углерода в этаноле ▼
Развёрнутая формула этанола: CH₃−CH₂−OH
Углерод-1 (CH₃−)
| 3 × (−H) | 3 × (+1) = +3 |
| 1 × (−C) | 1 × (0) = 0 |
| Сумма: | +3 |
С.О.(C₁) = −3
Углерод-2 (−CH₂−OH)
| 2 × (−H) | 2 × (+1) = +2 |
| 1 × (−C) | 1 × (0) = 0 |
| 1 × (−OH) | 1 × (−1) = −1 |
| Сумма: | +1 |
С.О.(C₂) = −1
Проверка: C₂H₅OH → 2C + 6H + O
(−3) + (−1) + 6×(+1) + (−2) = −3 − 1 + 6 − 2 = 0 ✓
Электронный баланс в органике (этанол) ▼
Пример: Окисление этанола до уксусной кислоты (разбор)
Шаг 1. Расчёт С.О. углерода через заряды групп:
В этаноле: −CH₂−OH
| 2 × (−H) | 2 × (+1) = +2 |
| 1 × (−C) | 1 × (0) = 0 |
| 1 × (−OH) | 1 × (−1) = −1 |
| Сумма: | +1 |
С.О.(C) = −(+1) = −1
В уксусной к-те: −COOH
| 1 × (−C) | 1 × (0) = 0 |
| 1 × (=O) | 1 × (−2) = −2 |
| 1 × (−OH) | 1 × (−1) = −1 |
| Сумма: | −3 |
С.О.(C) = −(−3) = +3
Шаг 2. Составляем электронный баланс:
| C−1 − 4ē → C+3 | | 1 | ← восстановитель (этанол) |
| O20 + 4ē → 2O−2 | | 1 | ← окислитель (кислород) |
Шаг 3. Уравниваем реакцию:
Окислитель и восстановитель:
- O₂ — окислитель
- C₂H₅OH — восстановитель (за счёт C−1)
Пример: Окисление альдегида ▼
Реакция серебряного зеркала
Реакция:
Электронный баланс:
| C+1 − 2ē → C+3 | | 1 | ← восстановитель (альдегид) |
| Ag+1 + 1ē → Ag0 | | 2 | ← окислитель (серебро) |
Окислитель и восстановитель:
- [Ag(NH₃)₂]OH — окислитель (за счёт Ag+1)
- CH₃CHO — восстановитель (за счёт C+1 альдегидной группы)
Сложный пример: Спирт + дихромат ▼
Реакция: Окисление пропанола-2 до ацетона (подробный разбор)
Молекулярная схема реакции:
Развёрнутые структурные формулы:
│
H₃C⁻³−−C⁰−−C⁻³H₃
│
H
║
H₃C⁻³−−C⁺²−−C⁻³H₃
Шаг 1. Расчёт С.О. центрального углерода:
В пропаноле-2: −CH(OH)−
| 1 × (−H) | 1 × (+1) = +1 |
| 2 × (−C) | 2 × (0) = 0 |
| 1 × (−OH) | 1 × (−1) = −1 |
| Сумма: | 0 |
С.О.(C) = −(0) = 0
В ацетоне: −CO−
| 2 × (−C) | 2 × (0) = 0 |
| 1 × (=O) | 1 × (−2) = −2 |
| Сумма: | −2 |
С.О.(C) = −(−2) = +2
Шаг 2. Составляем электронный баланс:
| C0 − 2ē → C+2 | | 3 | ← восстановитель (спирт) |
| 2Cr+6 + 6ē → 2Cr+3 | | 1 | ← окислитель (дихромат) |
Шаг 3. Уравненная реакция:
Окислитель и восстановитель:
- K₂Cr₂O₇ — окислитель (за счёт Cr+6)
- (CH₃)₂CHOH — восстановитель (за счёт C0)
Вопрос 1: Метод электронного баланса
ПроверкаКакой фундаментальный принцип лежит в основе расстановки коэффициентов методом электронного баланса?
Ответ: Равенство отданных и принятых электронов.
Пояснение: В любой окислительно-восстановительной реакции общее число электронов, отданных атомами восстановителя, должно быть строго равно суммарному числу электронов, принятых атомами окислителя.
Вопрос 2: Комплексный анализ
ПроверкаКакова сумма всех коэффициентов в уравнении реакции горения аммиака в кислороде (без участия катализатора) с образованием азота и воды?
Ответ: 15.
Пояснение: Уравнение имеет вид: $4NH_3 + 3O_2 \rightarrow 2N_2 + 6H_2O$. Проверка по балансу: азот отдает 6 электронов (на $N_2$), кислород принимает 4 электрона. НОК = 12. Коэффициенты: 4, 3, 2, 6. Сумма: 4+3+2+6 = 15.