22.9: Балансування окислювально-відновних реакцій - Метод зміни числа окислення

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Сірчана кислота виробляється в надзвичайно великих кількостях в США (близько 40 млн тонн/рік). Цей матеріал виготовляється шляхом окислення сірки з утворенням триоксиду сірки. Потім розчиняють у воді з утворенням сірчаної кислоти. $\ce{SO_3}$ Велика частина виробленої сірчаної кислоти використовується в добривах. Ця кислота також міститься в свинцево-кислотних автомобільних акумуляторах.

Балансування окислювально-відновних реакцій: метод окислення-число-зміна

Одним із способів збалансувати окислювально-відновні реакції є відстеження передачі електронів, використовуючи номери окислення кожного з атомів. Для методу окислення-зміни чисел почніть з незбалансованого рівняння скелета. Нижче наведено приклад для реакції оксиду заліза (II) з чадним газом. Ця реакція та, яка протікає в доменній печі при переробці залізної руди в металеве залізо:

$\ce{Fe_2O_3} \left( s \right) + \ce{CO} \left( g \right) \rightarrow \ce{Fe} \left( s \right) + \ce{CO_2} \left( g \right)\nonumber$

$\overset{+3}{\ce{Fe_2}} \overset{-2}{\ce{O_3}} \left( s \right) + \overset{+2}{\ce{C}} \overset{-2}{\ce{O}} \left( g \right) \rightarrow \overset{0}{\ce{Fe}} \left( s \right) + \overset{+4}{\ce{C}} \overset{-2}{\ce{O_2}} \left( g \right)\nonumber$

Число окислення атома вуглецю збільшується на 2, тоді як число окислення атома заліза зменшується на 3. Як написано, кількість втрачених електронів не дорівнює кількості отриманих електронів. У збалансованому окислювально-відновному рівнянні вони повинні бути рівними. Так, збільшення числа окислення одного атома необхідно зробити рівним зменшенню числа окислення іншого.

Крок 4: Використовуйте коефіцієнти, щоб загальне збільшення числа окислення дорівнювало загальному зменшенню числа окислення. При цьому найменш поширеним кратним 2 і 3 є 6. Так приріст окислювально-числа потрібно помножити на 3, при цьому зменшення окислювально-числа потрібно помножити на 2. Коефіцієнт також застосовується до формул в рівнянні. Таким чином, 3 поміщається перед $\ce{CO}$ і перед $\ce{CO_2}$ . A 2 ставиться перед $\ce{Fe}$ правою стороною рівняння. Коефіцієнт не $\ce{Fe_2O_3}$ вимагає, оскільки індекс 2 після $\ce{Fe}$ вказує на те, що вже є два атоми заліза.

Крок 5: Перевірте балансування для обох атомів і заряду. Іноді може знадобитися поставити коефіцієнт перед молекулярною формулою, яка не брала участі в окислювально-відновному процесі. У поточному прикладі рівняння тепер збалансоване.

$\ce{Fe_2O_3} \left( s \right) + 3 \ce{CO} \left( g \right) \rightarrow 2 \ce{Fe} \left( s \right) + 3 \ce{CO_2} \left( g \right)\nonumber$