Примеры уравнений:
- BaO + C = Ba + CO2
- C6H5COOH + O2 = CO2 + H2O
- PhCH3 + KMnO4 + H2SO4 = PhCOOH + K2SO4 + MnSO4 + H2O
- K2CO3 + C + N2 = KCN + CO
- Cl2 + H2S + H2O = HCl + H2SO4
- K4Fe(CN)6 + KMnO4 + H2SO4 = KHSO4 + Fe2(SO4)3 + MnSO4 + HNO3 + CO2 + H2O
Окислительно-восстановительные реакции (ОВР) — это химические реакции, в которых происходит обмен электронами между атомами, и, как следствие, изменяются степени окисления участвующих элементов.
В таких реакциях одно вещество (или атом) отдает электроны и называется восстановителем, а другое вещество принимает электроны и называется окислителем.
Основные термины
1. Окисление — процесс **отдачи** электронов атомом, молекулой или ионом. При этом степень окисления элемента увеличивается.
Пример: \( \text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + e^- \) (отдан один электрон).
2. Восстановление — процесс присоединения электронов атомом, молекулой или ионом. При этом степень окисления элемента уменьшается.
Пример: \( \text{Cl}_2 + 2e^- \rightarrow 2\text{Cl}^- \) (присоединены два электрона).
3. Окислитель — вещество, которое принимает электроны и восстанавливается.
4. Восстановитель — вещество, которое отдает электроны и окисляется.
Пример реакции
Рассмотрим реакцию между цинком и раствором сульфата меди:
\[
\text{Zn} + \text{CuSO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{Cu}
\]
1. Цинк (\( \text{Zn} \)) отдаёт два электрона и окисляется до иона \( \text{Zn}^{2+} \):
\[
\text{Zn} \rightarrow \text{Zn}^{2+} + 2e^-
\]
2. Медь (\( \text{Cu}^{2+} \)) принимает два электрона и восстанавливается до металлической меди (\( \text{Cu} \)):
\[
\text{Cu}^{2+} + 2e^- \rightarrow \text{Cu}
\]
Как работает калькулятор
Ввод исходного уравнения:
Пользователь вводит незбалансированное уравнение в текстовом виде, например:
\( \text{Fe}^{2+} + \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \rightarrow \text{Fe}^{3+} + \text{Cr}^{3+} \).
Определение полу-реакций:
Калькулятор автоматически определяет элементы, которые изменяют степени окисления:
— \( \text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} \) (окисление).
— \( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \rightarrow \text{Cr}^{3+} \) (восстановление).
Балансировка атомов, кроме \( O \) и \( H \):
— Полу-реакция \( \text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} \) уже сбалансирована.
— Полу-реакция \( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \rightarrow \text{Cr}^{3+} \) требует уравнивания \( Cr \):
\[
\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \rightarrow 2\text{Cr}^{3+}.
\]
Балансировка кислорода с помощью воды (\( H_2O \)):
— В полу-реакции восстановления \( \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \) добавляем \( 7H_2O \) на правую сторону:
\[
\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7H_2O.
\]
Балансировка водорода с помощью ионов \( H^+ \):
— Добавляем \( 14H^+ \) на левую сторону:
\[
\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14H^+ \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7H_2O.
\]
Балансировка зарядов с помощью электронов (\( e^- \)):
— Заряд левой стороны: \( -2 + 14 = +12 \).
— Заряд правой стороны: \( 2 \times (+3) = +6 \).
— Добавляем \( 6e^- \) на левую сторону:
\[
\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14H^+ + 6e^- \rightarrow 2\text{Cr}^{3+} + 7H_2O.
\]
Суммирование полу-реакций:
— Балансируем электроны. Окисление \( \text{Fe}^{2+} \rightarrow \text{Fe}^{3+} \) требует \( 1e^- \). Для 6 электронов умножаем первую полу-реакцию на 6:
\[
6\text{Fe}^{2+} \rightarrow 6\text{Fe}^{3+} + 6e^-.
\]
— Сложив полу-реакции, получаем:
\[
6\text{Fe}^{2+} + \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14H^+ \rightarrow 6\text{Fe}^{3+} + 2\text{Cr}^{3+} + 7H_2O.
\]
Вывод результата:
Калькулятор отображает сбалансированное уравнение:
\( 6\text{Fe}^{2+} + \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-} + 14H^+ \rightarrow 6\text{Fe}^{3+} + 2\text{Cr}^{3+} + 7H_2O \).