Расстановка коэффициентов любых ОВР реакций
Расстановка коэффициентов любых ОВР реакций представляет большую головную боль, как для школьников, так и для студентов, изучающих химию!
В этом уроке я покажу как расставлять коэффициенты для любых окислительно-восстановительных реакций и продемострирую это на примере одной очень сложной реакции диспропорционирования:
FeS2 + K2Cr2O7 + Na2CO3 = NaFeO2 + KCrO2 + Na2SO4 + CO2
Прежде чем приступить, попробуйте сами расставить коэффициенты для данной реакции!
Метод решения, который я объясняю в статье, позволяет безошибочно расставить все коэффициенты без использования метода электронного баланса.
Шаг первый — неизвестные
Первое что нам потребуется сделать, это присвоить неизвестные каждому коэффициенту:
Было:
_FeS2 + _K2Cr2O7 + _Na2CO3 = _NaFeO2 + _KCrO2 + _Na2SO4 + _CO2
Стало:
X1FeS2 + X2K2Cr2O7 + X3Na2CO3 = X4NaFeO2 + X5KCrO2 + X6Na2SO4 + X7CO2
Шаг второй — равенства
Обратим внимание на элементы, которые встречаются до знака и после знака равенства 1 раз!
Это железо «Fe» в соединениях FeS2 и NaFeO2, из этого делаем вывод что:
X1 = X4
Коэффициент перед железосодержащими соединениями будет одинаковым, т.к. железо встречается единожды до и после знака равенства)
Далее это сера «S» в соединениях FeS2 и Na2SO4, из этого делаем вывод что:
X1 = X6/2
Обратите внимание откуда появился коэффициент «2», это связано с тем, что в соединении FeS2 у серы коэффициент два, а в Na2SO4 у серы коэффициент один, соответственно, чтобы количество серы до и после было равным, нужно разделить коэффициент X6 Na2SO4 на 2, т.е. коэффициент X6 по условию уравнения будет больше в два раза по сранению с X1!
Значит:
X1= X4 = X6/2
Теперь следующий элемент — «Cr» в соединениях K2Cr2O7 и KCrO2, следовательно:
X2 = X5/2
И наконец «C» в соединениях Na2CO3 и CO2, следовательно:
X3 = X7
Подводим итог:
X1= X4 = X6/2
X2 = X5/2
X3 = X7
Шаг третий — составление уравнения
Решение данного задания является математическим, и нам нужно составить уравнение на основе того, что количество элементов до, должно равняться количеству после! Поэтому составим уравнение, где коэффициенты становятся множителями элементов:
X1(Fe + 2S) + X2(2K + 2Cr + 7O) + X3(2Na + C + 3O) = X4(Na + Fe + 2O) + X5(K + Cr + 2O) + X6(2Na + S + 4O) + X7(C + 2O)
Шаг четвертый — подстановка
Мы уже знаем, что:
X1= X4 = X6/2
X2 = X5/2
X3 = X7
Отсюда:
X1= X4
2X1 = X6
2X2 = X5
X3 = X7
Давайте подставим все неизвестные выразив их через X1, X2 и X3, получим:
X1(Fe + 2S) + X2(2K + 2Cr + 7O) + X3(2Na + C + 3O) = X1(Na + Fe + 2O) + 2X2(K + Cr + 2O) + 2X1(2Na + S + 4O) + X3(C + 2O)
Шаг пятый — привидение уравнения
Теперь у нас все готово, для того, чтобы раскрыть скобки уравнения, это мы и сделаем:
X1Fe + 2X1S+ 2X2K + 2X2Cr + 7X2O + 2X3Na + X3C + 3X3O =
X1Na + X1Fe + 2X1O + 2X2K + 2X2Cr + 4X2O + 4X1Na + 2X1S + 8X1O + X3C + 2X3O
Сократим все что сможем:
3X2O + 2X3Na + X3O = 5X1Na + 10X1O
Получилось весьма компактно!
Шаг шестой — решение уравнения
Чтобы решить полученное уравнение нам нужно выразить X2 и X3 через X1, для этого рассмотрим элементы, которые находятся не в единичном количестве до, и после знака равенства, это Na и O, составим для них уравнения!
Для натрия, из уравнения выше — так как мы знаем, что количество элемента до, равно количеству элемента после:
2X3Na = 5X1Na
Сокращаем натрий:
2X3 = 5X1
2X3/5 = X1
Для кислорода:
3X2O + X3O = 10X1O
3X2 + X3 = 10X1, так как 2X3/5 = X1, то подставляем X1:
3X2 + X3 = 10*2X3/5
3X2 + X3 = 4X3
3X2 = 3X3
X2 = X3
Подытожим:
5X1/2 = X2 = X3
Так как мы ранее узнали, что:
X1= X4
2X1 = X6
2X2 = X5
X3 = X7
То теперь мы можем выразить все неизвестные через X1!
Поставим все неизвестные в самое начальное уравнение, выразив их через X1 и представив X1 = 2 (это нужно для того, что бы не было дробных значений, впрочем если вы представите X1 = 1, то ошибки не будет):
2FeS2 + 5K2Cr2O7 + 5Na2CO3 = 2NaFeO2 + 10KCrO2 + 4Na2SO4 + 5CO2
Вот и наше решение!
Такой метод идеально подходит для решений реакций диспропорционирования и конпропорционирования, а также для решения олимпиадных задач по химии и любых ОВР реакций!
Пример
Для примера попробуем расставить коэффициенты у следующей реакции ОВР, попробуем решить эту задачу в укороченном варианте:
X1KMnO4 = X2K2MnO4 + X3MnO2 + X4O2
Из уравнения (для калия):
X1/2 = X2
Составим уравнение по марганцу:
X1Mn = X1Mn/2 + X3Mn
Сократим марганец:
X1 = X1/2 + X3
X1/2 = X3
Отсюда:
X1/2 = X3 = X2
Составим уравнение по кислороду:
4X1O = 4X2O + 2X3O + 2X4O
Т.к.:
X1/2 = X3 = X2
То подставив, выразив через X1:
4X1O = 4X1O/2 + 2X1O/2 + 2X4O
4X1O = 2X1O + X1O + 2X4O
X1 = 2X4
X1/2 = X4
Значит:
X1/2 = X3 = X2 = X4
Выразим через X1 все неизвестные:
X1KMnO4 = (X1/2)K2MnO4 + (X1/2)MnO2 + (X1/2)O2
Примем X1 = 2:
2KMnO4 = 1K2MnO4 + 1MnO2 + 1O2
Конечно, данное уравнение можно было решить и методом перебора, и методом электронного баланса, однако наш метод дает вам стопроцентное решение в любой реакции ОВР!
Доброго времени суток!
Извините, я не поняла вот этот момент: Шаг шестой — решение уравнения
Чтобы решить полученное уравнение нам нужно выразить X2 и X3 через X1, для этого рассмотрим элементы, которые находятся не в единичном количестве до, и после знака равенства, это Na и O, составим для них уравнения!
не можете ли вы объяснить более подробно?