определение основных классов веществ и правило составления ОВР баланса
Кратко
Классы веществ определяют по составу: оксиды (два элемента, один — кислород), основания (есть группа \(\mathrm{OH}\)), кислоты (есть \(\mathrm{H}\) + кислотный остаток), соли (металл + кислотный остаток).
Правило ОВР-баланса: сколько электронов восстановитель отдал, столько должен принять окислитель. Отсюда находят множители-коэффициенты.
1. Основные классы неорганических веществ
| Класс | Признак состава | Примеры |
|---|---|---|
| Простые вещества | один элемент | \(\mathrm{Fe}\), \(\mathrm{O}_{2}\), \(\mathrm{S}\) |
| Оксиды | 2 элемента, один — \(\mathrm{O}\) в степени окисления \(-2\) | \(\mathrm{CaO}\), \(\mathrm{CO}_{2}\), \(\mathrm{Al}_{2}\mathrm{O}_{3}\) |
| Основания | металл + \(\mathrm{OH}\)-группы | \(\mathrm{NaOH}\), \(\mathrm{Ca(OH)}_{2}\), \(\mathrm{Fe(OH)}_{3}\) |
| Кислоты | \(\mathrm{H}\) + кислотный остаток | \(\mathrm{HCl}\), \(\mathrm{H}_{2}\mathrm{SO}_{4}\), \(\mathrm{H}_{3}\mathrm{PO}_{4}\) |
| Соли | металл + кислотный остаток | \(\mathrm{NaCl}\), \(\mathrm{CuSO}_{4}\), \(\mathrm{CaCO}_{3}\) |
Как быстро распознать:
- в формуле только два элемента и один из них кислород → оксид;
- в конце \(\mathrm{OH}\) → основание (например, \(\mathrm{KOH}\), \(\mathrm{Zn(OH)}_{2}\));
- начинается с \(\mathrm{H}\) (у бескислородных) или \(\mathrm{H}\) + остаток с кислородом → кислота;
- металл + остаток кислоты → соль. Бывают кислые соли (\(\mathrm{NaHCO}_{3}\)) и основные (\(\mathrm{CuOHCl}\)).
Не путайте: \(\mathrm{CO}\) — оксид несолеобразующий, \(\mathrm{Al}_{2}\mathrm{O}_{3}\) — амфотерный, но класс всё равно «оксид».
2. ОВР и метод электронного баланса
ОВР — реакция, в которой меняются степени окисления элементов, потому что электроны переходят от одних атомов к другим.
- Восстановитель отдаёт электроны, его степень окисления повышается (он окисляется).
- Окислитель принимает электроны, его степень окисления понижается (он восстанавливается).
Главное правило (баланс): \[ \sum e^{-}\ (\text{отданных}) = \sum e^{-}\ (\text{принятых}) \]
Алгоритм
- Записать схему реакции.
- Расставить степени окисления всем элементам.
- Найти атомы, у которых степень окисления изменилась.
- Выписать две полуреакции — окисление и восстановление — с числом электронов.
- Найти множители так, чтобы числа отданных и принятых электронов совпали (через НОК).
- Поставить эти множители коэффициентами перед формулами.
- Уравнять остальные элементы: сначала металлы и неметаллы, затем водород.
- Проверить по кислороду — он должен сойтись сам, это контроль.
Разобранный пример
\[ \mathrm{Cu} + \mathrm{HNO}_{3}\ (\text{разб.}) \rightarrow \mathrm{Cu(NO}_{3})_{2} + \mathrm{NO} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} \]
Полуреакции: \[ \mathrm{Cu}^{0} - 2e^{-} \rightarrow \mathrm{Cu}^{+2} \qquad (\times 3) \] \[ \mathrm{N}^{+5} + 3e^{-} \rightarrow \mathrm{N}^{+2} \qquad (\times 2) \]
НОК для 2 и 3 равно 6, значит меди нужно 3 атома, азоту — 2. Ставим коэффициенты:
\[ 3\mathrm{Cu} + 8\mathrm{HNO}_{3} = 3\mathrm{Cu(NO}_{3})_{2} + 2\mathrm{NO} + 4\mathrm{H}_{2}\mathrm{O} \]
Проверка:
- \(\mathrm{Cu}\): 3 = 3 ✓
- \(\mathrm{N}\): слева 8; справа \(3 \cdot 2 + 2 = 8\) ✓
- \(\mathrm{H}\): слева 8; справа \(4 \cdot 2 = 8\) ✓
- \(\mathrm{O}\): слева \(8 \cdot 3 = 24\); справа \(3\cdot 6 + 2 + 4 = 24\) ✓
Медь — восстановитель (\(\mathrm{Cu}^{0} \rightarrow \mathrm{Cu}^{+2}\)), азот в кислоте — окислитель (\(\mathrm{N}^{+5} \rightarrow \mathrm{N}^{+2}\)).
Простой пример для тренировки
\[ \mathrm{Zn} + 2\mathrm{HCl} = \mathrm{ZnCl}_{2} + \mathrm{H}_{2} \]
\(\mathrm{Zn}^{0} - 2e^{-} \rightarrow \mathrm{Zn}^{+2}\) (восстановитель), \(2\mathrm{H}^{+} + 2e^{-} \rightarrow \mathrm{H}_{2}^{0}\) (окислитель). Электроны уже уравнены 1 : 1.
3. Частые ошибки
- множители должны быть взаимно простыми (не 4 и 6, а 2 и 3);
- коэффициент ставится перед всей формулой вещества, а не только перед нужным элементом;
- степень окисления — условный заряд, её не путают с реальным зарядом иона;
- если один элемент и повышает, и понижает степень окисления (например, \(\mathrm{Cl}_{2}\) со щёлочью) — это диспропорционирование, баланс считают для одного и того же элемента в двух направлениях;
- контроль по кислороду обязателен: не сошлось — ищите ошибку в коэффициентах.
