Beispiel für eine Bilanzredoxreaktion Problem

Beim Ausgleich von Redoxreaktionen muss zusätzlich zu den üblichen Molverhältnissen der Reaktanten- und Produktkomponenten die gesamte elektronische Ladung ausgeglichen werden. Dieses Beispielproblem zeigt, wie die Halbreaktionsmethode verwendet wird, um eine Redoxreaktion in einer Lösung auszugleichen.

Frage

Balanciere die folgende Redoxreaktion in einer sauren Lösung:

Cu (s) + HNO₃(aq) → Cu²⁺(aq) + NO (g)

Lösung

Schritt 1: Identifizieren Sie, was oxidiert und was reduziert wird.

Um festzustellen, welche Atome reduziert oder oxidiert werden, ordnen Sie jedem Atom der Reaktion Oxidationsstufen zu.

Zur Durchsicht:

1. Regeln zur Zuordnung von Oxidationsstufen
2. Beispiel für das Zuweisen von Oxidationszuständen Problem
3. Beispiel für eine Oxidations- und Reduktionsreaktion Problem

• Cu (s): Cu = 0
• HNO₃: H = +1, N = +5, O = -6
• Cu²⁺: Cu = +2
• NEIN (g): N = +2, O = -2

Cu ging vom Oxidationszustand 0 auf +2 über und verlor zwei Elektronen. Kupfer wird durch diese Reaktion oxidiert.
N ging vom Oxidationszustand +5 auf +2 über und erhielt drei Elektronen. Durch diese Reaktion wird Stickstoff reduziert.

Schritt 2: Teilen Sie die Reaktion in zwei Halbreaktionen auf: Oxidation und Reduktion.

Oxidation: Cu → Cu²⁺

Reduktion: HNO₃ → NEIN

Schritt 3: Ausgleich jeder Halbreaktion durch Stöchiometrie und elektronische Ladung.

Dies wird erreicht, indem der Reaktion Substanzen zugesetzt werden. Die einzige Regel ist, dass sich die einzigen Substanzen, die Sie hinzufügen können, bereits in der Lösung befinden müssen. Dazu gehört Wasser (H₂OH⁺ Ionen (in sauren Lösungen), OH^- Ionen (in basischen Lösungen) und Elektronen.

Beginnen Sie mit der Oxidationshalbreaktion:

Die Halbreaktion ist bereits atomar ausgeglichen. Zum elektronischen Ausgleich müssen der Produktseite zwei Elektronen hinzugefügt werden.

Cu → Cu²⁺ + 2 e^-

Gleichen Sie nun die Reduktionsreaktion aus.

Diese Reaktion erfordert mehr Arbeit. Der erste Schritt besteht darin, alle Atome auszugleichen außer Sauerstoff und Wasserstoff.

HNO₃ → NEIN

Es gibt nur ein Stickstoffatom auf beiden Seiten, sodass der Stickstoff bereits ausgeglichen ist.

Der zweite Schritt besteht darin, die Sauerstoffatome auszugleichen. Dies geschieht durch Hinzufügen von Wasser zu der Seite, die mehr Sauerstoff benötigt. In diesem Fall hat die Reaktantenseite drei Sauerstoff und die Produktseite hat nur einen Sauerstoff. Fügen Sie der Produktseite zwei Wassermoleküle hinzu.

HNO₃ → NEIN + 2 H₂Ö

Der dritte Schritt besteht darin, die Wasserstoffatome auszugleichen. Dies wird durch Zugabe von H erreicht⁺ Ionen an die Seite, die mehr Wasserstoff benötigt. Die Reaktantenseite hat ein Wasserstoffatom, während die Produktseite vier aufweist. 3 H zugeben⁺ Ionen zur Reaktantenseite.

HNO₃ + 3 H⁺ → NEIN + 2 H₂Ö

Die Gleichung ist atomar ausgeglichen, aber nicht elektrisch. Der letzte Schritt besteht darin, die Ladung auszugleichen, indem Elektronen zur positiveren Seite der Reaktion hinzugefügt werden. Auf der Reaktantenseite beträgt die Gesamtladung +3, während die Produktseite neutral ist. Um der +3 Ladung entgegenzuwirken, fügen Sie der Reaktantenseite drei Elektronen hinzu.

HNO₃ + 3 H⁺ + 3 e^- → NEIN + 2 H₂Ö

Nun ist die Reduktionshalbgleichung ausgeglichen.

Schritt 4: Gleichen Sie den Elektronentransfer aus.

Bei Redoxreaktionen muss die Anzahl der gewonnenen Elektronen der Anzahl der verlorenen Elektronen entsprechen. Um dies zu erreichen, wird jede Reaktion mit ganzen Zahlen multipliziert, um die gleiche Anzahl von Elektronen zu enthalten.

Die Oxidationshalbreaktion hat zwei Elektronen, während die Reduktionshalbreaktion drei Elektronen hat. Der kleinste gemeinsame Nenner zwischen ihnen ist sechs Elektronen. Multiplizieren Sie die Oxidationshalbreaktion mit 3 und die Reduktionshalbreaktion mit 2.

3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
2 HNO₃ + 6 H⁺ + 6 e^- → 2 NEIN + 4 H₂Ö

Schritt 5: Rekombinieren Sie die Halbreaktionen.

Dies wird durch Addition der beiden Reaktionen erreicht. Löschen Sie nach dem Hinzufügen alle Elemente, die sich auf beiden Seiten der Reaktion befinden.

   3 Cu → 3 Cu²⁺ + 6 e^-
+ 2 HNO₃ + 6 H⁺ + 6 e^- → 2 NEIN + 4 H₂Ö

3 Cu + 2 HNO₃ + 6H⁺ + 6 e^- → 3 Cu²⁺ + 2 NEIN + 4 H₂O + 6 e^-

Beide Seiten haben sechs Elektronen, die gelöscht werden können.

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 H⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NEIN + 4 H₂Ö

Die vollständige Redoxreaktion ist nun ausgeglichen.

Antworten

3 Cu + 2 HNO₃ + 6 H⁺ → 3 Cu²⁺ + 2 NEIN + 4 H₂Ö

Zusammenfassen:

1. Identifizieren Sie die Oxidations- und Reduktionskomponenten der Reaktion.
2. Trenne die Reaktion in die Oxidationshälfte und die Reduktionshälfte.
3. Gleichen Sie jede Halbreaktion sowohl atomar als auch elektronisch aus.
4. Gleichen Sie den Elektronentransfer zwischen Oxidations- und Reduktionshalbgleichungen aus.
5. Rekombination der Halbreaktionen zur vollständigen Redoxreaktion.