Метод электронного баланса в ОВР
Тема кодификатора ОГЭ: Окислительно-восстановительные реакции. Окислитель и восстановитель. Метод электронного баланса.
1. Основные понятия ОВР
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — это реакции, протекающие с изменением степеней окисления атомов химических элементов, входящих в состав реагирующих веществ.
Окислитель — это атом или ион, который принимает электроны. При этом его степень окисления понижается. Сам окислитель в процессе реакции восстанавливается.
Восстановитель — это атом или ион, который отдает электроны. При этом его степень окисления повышается. Сам восстановитель в процессе реакции окисляется.
Запоминалка: "Окислитель — грабитель". Он забирает чужие электроны себе, его степень окисления падает (ведь электроны отрицательные). Процесс принятия электронов называется восстановлением. Процесс отдачи электронов называется окислением.
2. Правила определения степени окисления
Для того чтобы составить электронный баланс, нужно правильно расставить степени окисления элементов в веществах. Вот основные правила:
| Вещество / Элемент | Степень окисления | Исключения |
|---|---|---|
| Простые вещества (O₂, Fe, S₈) | 0 | Нет |
| Фтор (F) в сложных веществах | -1 (всегда) | Нет |
| Кислород (O) в сложных веществах | -2 | Пероксиды (H₂O₂, Na₂O₂) -1, фторид кислорода (OF₂) +2 |
| Водород (H) в сложных веществах | +1 | В гидридах металлов (NaH, CaH₂) -1 |
| Металлы IА группы (Li, Na, K...) | +1 (всегда в соединениях) | Нет |
| Металлы IIА группы (Mg, Ca, Ba...) | +2 (всегда в соединениях) | Нет |
| Алюминий (Al) | +3 (всегда в соединениях) | Нет |
Степень окисления остальных элементов рассчитывается исходя из правила электронейтральности молекулы: сумма всех степеней окисления атомов с учетом их индексов в молекуле равна нулю (а в ионе — заряду иона).
3. Алгоритм метода электронного баланса
Для успешного выполнения 20 задания ОГЭ необходимо составить баланс и уравнять реакцию. Следуйте четкому алгоритму:
- Расставьте степени окисления над всеми элементами в уравнении реакции.
- Найдите элементы, которые изменили свою степень окисления до и после реакции. Выпишите их.
- Составьте схемы отдачи и принятия электронов (сам электронный баланс). Помните, что электрон заряжен отрицательно (-1). Если степень окисления выросла, электроны отданы (-e⁻), если упала — приняты (+e⁻).
- Найдите наименьшее общее кратное (НОК) для числа отданных и принятых электронов. Определите дополнительные множители.
- Перенесите найденные коэффициенты в уравнение реакции к соответствующим веществам.
- Дорасставьте остальные коэффициенты: обычно уравнивают сначала металлы, потом неметаллы, потом водород, и в самом конце проверяют правильность по кислороду.
- Обязательно укажите, какой элемент (и в составе какого вещества) является окислителем, а какой — восстановителем.
4. Разбор типовых заданий
Пример 1: ОВР с аммиаком
Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой:
NH₃ + O₂ → NO + H₂O
Определите окислитель и восстановитель.
Шаг 1. Расставляем степени окисления:
N-3H₃+1 + O₂0 → N+2O-2 + H₂+1O-2
Шаг 2. Находим элементы, изменившие СО:
Азот (N) изменил СО с -3 до +2.
Кислород (O) изменил СО с 0 до -2.
Шаг 3 и 4. Составляем электронный баланс:
O₂0 + 4e⁻ → 2O-2 | 5
(НОК для 5 и 4 равно 20. Коэффициенты: 20/5 = 4 и 20/4 = 5). Обратите внимание: простое вещество O₂ пишем с индексом, поэтому число принятых электронов удваивается (2 атома принимают по 2e⁻ = 4e⁻).
Шаг 5 и 6. Расставляем коэффициенты в уравнение:
Ставим 4 перед аммиаком и оксидом азота, и 5 перед кислородом.
4NH₃ + 5O₂ → 4NO + H₂O
Уравниваем водород (слева 12, справа должно быть 12, ставим 6 перед водой):
4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O
Проверяем кислород: слева 10, справа 4+6=10. Все верно!
Шаг 7. Указываем окислитель и восстановитель:
Азот в степени окисления -3 (в составе NH₃) является восстановителем.
Кислород в степени окисления 0 (в составе O₂) является окислителем.
Пример 2: Реакция с перманганатом калия
Используя метод электронного баланса, расставьте коэффициенты в уравнении реакции, схема которой:
KMnO₄ + HCl → KCl + MnCl₂ + Cl₂ + H₂O
Определите окислитель и восстановитель.
Решение:
Степени окисления меняют марганец (с +7 до +2) и хлор (с -1 до 0). Часть хлора не меняет степень окисления, идя на образование солей (KCl, MnCl₂).
Баланс:
2Cl-1 - 2e⁻ → Cl₂0 | 5
Переносим коэффициенты: 2 к соединениям марганца, и 5 к Cl₂:
2KMnO₄ + HCl → KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + H₂O
Теперь уравниваем калий (ставим 2 перед KCl).
Считаем весь хлор справа: 2 (в KCl) + 4 (в 2MnCl₂) + 10 (в 5Cl₂) = 16 атомов Cl.
Ставим 16 перед HCl:
2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + H₂O
Уравниваем водород (слева 16, значит справа ставим 8 перед водой):
2KMnO₄ + 16HCl = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O
Проверяем кислород: слева 8, справа 8. Уравнение сбалансировано.
Ответ (окислитель и восстановитель):
Марганец в степени окисления +7 (в KMnO₄) — окислитель.
Хлор в степени окисления -1 (в HCl) — восстановитель.