Stechiometria reakcji chemicznych

Przykład 4.4. Bilansowanie równania reakcji redoksowych metodą stopni utlenienia
Zbilansuj podane równanie reakcji chemicznej:
MnO 2 + PbO 2 +HNO 3 = HMnO 4 + Pb(NO 3 ) 2 + H 2 O
Rozwiązanie.
1. Zadanie rozpoczynamy od dobrania stopni utlenienia dla wszystkich atomów po obu
stronach równania reakcji
+4 − 2 +4 − 2 +1 +5 − 2 +1 +7 − 2 +2 +5 − 2 +1 − 2
MnO 2 + PbO 2 +HNO 3 = HMnO 4 + Pb(NO 3 ) 2 + H 2 O
2. Następnym etapem jest wyszukanie wśród związków biorących udział w reakcji
utleniacza i reduktora oraz stwierdzenie, w jaki sposób zmienia się stopień utlenienia
atomów wchodzących w ich skład. Można to zapisać w podany niżej sposób:
+4 − 2 +4 − 2 +1 +5 − 2 +1 +7 − 2 +2 +5 − 2 +1 − 2
MnO 2 + PbO 2 +HNO 3 = HMnO 4 + Pb(NO 3 ) 2 + H 2 O
3e −
2e −
W rozważanym przykładzie reduktorem jest dwutlenek manganu. Wchodzący
w jego skład atom manganu zmienia stopień utlenienia z +4 na +7. Odpowiada to oddaniu
przez atom manganu 3 elektronów (strzałka skierowana w dół). Utleniaczem jest natomiast
dwutlenek ołowiu. Ołów zmienia stopień utlenienia z +4 na +2 co odpowiada pobraniu 2
elektronów (strzałka skierowana w górę).
3. W kolejnym etapie należy zbilansować przepływ elektronów, czyli dopisać takie
współczynniki przy cząsteczkach utleniacza i reduktora, by liczba elektronów oddanych
była równa liczbie elektronów pobranych. Szukamy przy tym najniższych liczb, które
zapewnią zbilansowanie oddanych i pobranych elektronów. Sprowadza się to do
wyszukania najmniejszej wspólnej wielokrotności liczby oddanych i pobranych elektronów.
W omawianym przypadku ta najmniejsza wspólna wielokrotność to 6. Następnie dzielimy
najmniejszą wspólną wielokrotność przez liczbę oddawanych (przyjmowanych) elektronów
i otrzymujemy w ten sposób liczbę cząsteczek reduktora (utleniacza). W naszym
przykładzie przepływ elektronów zostanie zbilansowany, gdy w równaniu znajdą się 2
cząsteczki MnO 2 (6e − /3e − = 2) oraz 3 cząsteczki PbO 2 (6e − /2e − = 3).
+4 − 2 +4 − 2 +1 +5− 2 +1 +7 − 2 +2 +5 − 2 +1 − 2
2MnO 2 + 3PbO 2 +HNO 3 = HMnO 4 + Pb(NO 3 ) 2 + H 2 O
3e
2e −
6
4. Przystępujemy do zbilansowania atomów reduktora i utleniacza po prawej stronie
równania:
2MnO 2 + 3PbO 2 +HNO 3 = 2HMnO 4 + 3Pb(NO 3 ) 2 + H 2 O
5. Liczymy pozostałe atomy metali i niemetali (oprócz wodoru i tlenu). W przypadku
bilansowanego równania są to atomy azotu. Po prawej stronie równania znajduje się ich 6 (3
· 2) zatem tyle samo należy dopisać po lewej stronie.
2MnO 2 + 3PbO 2 + 6HNO 3 = 2HMnO 4 + 3Pb(NO 3 ) 2 + H 2 O
6. Bilansujemy atomy wodoru:
2MnO 2 + 3PbO 2 + 6HNO 3 = 2HMnO 4 + 3Pb(NO 3 ) 2 + 2H 2 O
7. Liczymy atomy tlenu po obu stronach równania - jeżeli liczba atomów tlenu jest
uzgodniona po obu stronach równania to równanie jest zbilansowane. Jeżeli nie jest
- 7 -