Составление материального баланса в полуреакциях

Баланс начинают с элементов, меняющих степени окисления. В примере (а), рассмотренном выше, такой баланс не требуется, т.к. в первой полуреакции слева и справа – равное число атомов висмута, а во второй полуреакции – равное число атомов марганца.

В примере (б) такой баланс необходимо сделать и по хрому (в первой полуреакции), и по углероду (во второй полуреакции):

Cr₂O₇^2–  2Cr³⁺

H₂C₂O₄  2CO₂

Баланс по другим элементам, входящим в состав окислителя (восстановителя) и продуктов их превращения, чаще всего включает баланс по кислороду и по водороду.

В водных растворах баланс по этим элементам выполняют:

– в кислой среде – с помощью молекул воды и ионов водорода;

– в щелочной среде – с помощью молекул воды и гидроксид-ионов;

– в нейтральной среде – с помощью молекул воды и ионов H⁺ или OH^–.

Баланс по кислороду в кислой среде делают, добавляя соответствующее число молекул H₂O в ту часть полуреакции, где дефицит кислорода, а в противоположную часть полуреакции добавляют удвоенное число ионов Н⁺.

Примеры:

а) BiO₃^–  Bi³⁺

В правой части полуреакции недостает трех атомов кислорода – вводим их, с помощью трех молекул H₂O, добавляя при этом в левую часть шесть ионов H⁺: BiO₃^– + 6H⁺  Bi³⁺ + 3H₂O

б) MnO₂  MnO₄^–

В этой полуреакции – дефицит кислорода в левой части (на два меньше, чем в правой части), поэтому в левую часть полуреакции добавляем две молекулы H₂O, а в правую часть – четыре иона H⁺: MnO₂ + 2H₂O  MnO₄^– + 4H⁺

в) Cr₂O₇^2–  2Cr³⁺

После баланса по хрому (см. выше) делаем баланс по кислороду: в правой части недостает семи атомов кислорода, поэтому вправо добавляем семь молекул H₂O и влево, соответственно, – четырнадцать ионов H⁺:

Cr₂O₇^2– + 14H⁺  2Cr³⁺ + 7H₂O

г) H₂C₂O₄  2CO₂

В этом примере после баланса по углероду оказался сбалансированным и кислород (по четыре атома слева и справа). Однако пока нет баланса по водороду.

Баланс по водороду в кислой среде делают, добавляя соответствующее число ионов H⁺ в ту часть полуреакции, где имеется дефицит атомов водорода.

В нашем примере в левой части имеются два атома водорода, а в правой их нет – дописываем в правую часть 2H⁺:

H₂C₂O₄  2CO₂ + 2H⁺

д) As₂O₃  AsH₃

В этой полуреакции необходимо сделать баланс и по мышьяку, меняющему степень окисления, и по кислороду, и по водороду. После баланса по мышьяку и кислороду, как описано ранее, получим:

As₂O₃ + 6H⁺  2AsH₃ + 3H₂O

При этом справа остались еще шесть несбалансированных атомов водорода, в 2AsH₃, (они подчеркнуты), поэтому добавим в левую часть полуреакции еще шесть ионов H⁺ и тогда получим окончательно:

As₂O₃ + 12H⁺  2AsH₃ + 3H₂O

Баланс по кислороду в щелочной среде делают, добавляя соответствующее число молекул H₂O в ту часть полуреакции, где кислород в избытке, а в противоположную часть – удвоенное число ионов OH^–.

Примеры

а) NO  NO₃^–

В правой части полуреакции два атома кислорода – в избытке, поэтому добавляем в правую часть две молекулы H₂O, а в противоположную часть – четыре иона OH^–, в результате получим: NO + 4OH^–  NO₃^– + 2H₂O

б) ClO₃^–  Cl^–

В этом примере избыток кислорода в левой части полуреакции – добавляем влево три молекулы H₂O, а вправо – шесть ионов OH^–, в результате получим:

ClO₃^– + 3H₂O  Cl^– + 6OH^–

Баланс по водороду в щелочной (и нейтральной) среде делают, добавляя соответствующее число молекул H₂O в ту часть полуреакции, где имеется дефицит атомов водорода, а в противоположную часть – такое же число ионов OH^–.