コア コンセプト
レドックス反応は、化学、特に電気化学において非常に興味深く重要な反応です!ただし、適切にバランスを取らない限り、それらはあまり役に立ちません。このチュートリアルでは、レドックス反応のバランスをとる方法を学びます 、そしてそのような反応がバランスをとるとはどういう意味ですか.
他の記事で取り上げるトピック
- 電気化学とは
- 酸化還元反応
- 酸化状態
- 電気化学セル
語彙
- 酸化: 1 つ以上の電子が失われる化学反応の一種。
- 酸化状態/数: 酸化の程度を表す原子に割り当てられた数値。つまり、獲得または喪失した電子の数を意味します。
- 削減: 1 つ以上の電子が得られる化学反応の一種。
復習:酸化還元反応とは?
酸化還元反応は、還元と酸化の両方が起こる反応です。つまり、ある種の酸化中に失われた電子が、別の種の還元中に得られます。このようにして、電子は種間で交換され、方程式全体に正味の電荷はありません。
レドックス反応のバランスが取れているとはどういう意味ですか?
反応中のすべての原子のバランスが取れている場合、レドックス反応はバランスが取れています。つまり、生成物側と同じ数の X 原子と Y 原子が反応物側にあります。また、電子と電荷のバランスが取れていることも意味します。酸化中に失われる電子の数は、還元中に得られる電子の数と同じです。酸化還元反応のバランスをとることで、正味の反応方程式を簡潔に伝えることができます。
レドックス反応のバランスをとる方法:ステップバイステップ
<オール>レドックス反応のバランスをとる方法の例
例 #1
これを理解するために、例を段階的に見ていきましょう。銅と亜鉛で構成される一般的な電気化学セルの簡単な例を見てみましょう。
ステップ 1。
還元半反応を書きなさい。この反応で銅が還元され、次の半反応が起こります:
Cu (aq) → Cu (s)
ステップ 2。
酸化半反応を書きなさい。亜鉛はこの反応で酸化され、次の半反応が起こります:
Zn (s) → Zn (aq)
ステップ 3.
半反応内の原子のバランスをとります。全てバランス！還元半反応の生成物と反応物の両方に 1 つの銅原子があり、酸化半反応の生成物と反応物の両方に 1 つの亜鉛原子しかありません。
ステップ 4。
各半反応の電子数を決定します。還元半反応の酸化数が2減るので、Cu(aq)+2e→Cu(s)と2個の電子が移動したことを示します。
同様に、半酸化反応の酸化数が2増えると、2個の電子が移動することを示します：Zn(s) → Zn(aq) + 2e
ステップ 5。
電子の数のバランスをとります。酸化半反応で失われる電子が2つ、還元半反応で電子が2つ得られるので、バランスがとれています!
ステップ 6。
半反応を組み合わせます。したがって、完全な反応は次のとおりです。 Cu (秒) 電子が相殺されるからです。
例 #2
アルミホイルから銅粉を作る私たち自身の実験に含まれる反応のような、あまり単純ではない例を見てみましょう.この実験では、アルミホイル、Al、および硫酸銅、CuSO4 から始めます。 .単一置換反応により、銅、Cu、および硫酸アルミニウム、Al2 が形成されます。 (SO4 )3 .
ステップ 0:
酸化状態を識別します。これは、酸化還元反応のバランスを取り始める前に行う重要なステップです。これにより、どの種が還元を受け、どの種が酸化を受けるかを特定するのに役立ちます.
反応物:Al、Cu、SO4
製品:Al、Cu、SO4
SO4の酸化状態から イオンは反応全体で変化せず、反応物と生成物の両方として表示されます。これはスペクテーター イオンです。したがって、半反応がより混乱する可能性があるため、最後まで省略します。
ステップ 1。
還元半反応を書きなさい。ご存じのとおり、還元とは電子を受け取ることであり、酸化数が減少することを意味します。これは、銅が還元されることを示しています:Cu → Cu
ステップ 2。
酸化半反応を書きなさい。私たちが知っているように、酸化は電子の損失であり、酸化数の増加を意味します.これは、アルミニウムが酸化されることを示しています:Al → Al
ステップ 3 .
半反応内の原子のバランスをとります:
Cu → Cu は、反応物と生成物の両方に 1 モルの銅があるため、そのままです。
ただし、生成物が実際には Al2 であるという事実を説明する必要があります。 (SO4 )3 、つまり、反応物中のすべてのアルミニウムに対して、生成物中に 2 つのアルミニウム原子があることを意味します。したがって、反応物側に係数 2 を配置します:2Al → Al。この時点で、明確にするために、スペクテーター イオンを元に戻すと役立つ場合があります。その場合、2Al → Al2 (SO4 )3 .
ステップ 4。
各半反応の電子数を決定してください。
Cu → Cu は 2 個の電子を受け取るので、Cu + 2e → Cu
となります。2Al → Al 各アルミニウム原子は 3 つの電子を失い、係数 2 を掛けます:2Al → Al + 6e、または 2Al → Al2 (SO4 )3 + 6e.
ステップ 5。
電子の数のバランスをとります。還元の半反応では 2 個の電子しか得られませんが、酸化の半反応では合計 6 個の電子が失われます。したがって、還元半反応に係数 3 を掛けて、両方の半反応で 6 個の電子を取得し、3Cu + 6e → 3Cu とします。繰り返しますが、わかりやすくするためにスペクテーター イオンを戻します。3CuSO4 + 6e → 3Cu.
ステップ 6.
半反応を組み合わせます。したがって、完全な反応は次のようになります。2Al + 3CuSO4 + 6e → アル2 (SO4)3 + 3Cu + 6e、または単に 2Al + 3CuSO4 → アル2 (SO4)3 + 3Cu .
レドックス反応のバランス:酸性または塩基性条件
酸性または塩基性条件下でレドックス反応のバランスをとるときは、上記と同じ手順に従いますが、重要な注意事項が 1 つあります。
酸性ではそのままでは原子のバランスが取れなくなることが多いので、H2 を加えるとよい O は過剰な酸素のバランスをとり、次に H は過剰な水素のバランスをとります。これは、両方の H2 が原因です。 O と H は酸性条件下で存在するため、反応中に存在するため、必要なだけ追加できます。この点で、正味の電荷を保存する必要があるため、反応物側と生成物側の電荷も必ず追跡する必要があります (これは、半反応のバランスを取る場合に特に関連します)。 H を追加すると過剰な電荷が発生する場合は、必要に応じて電子を追加することで相殺できます。ただし、最終的には、上記のステップ 5 で説明したように、完全な酸化還元方程式の両側で電子が相殺される必要があります。
塩基性条件下での酸化還元反応のバランスは、上記の方法と非常に似ていますが、H ではなく OH を使用します。
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