MnO2 + Al = Al2O3 + Mn составить электронный баланс

Составление электронного баланса — это важный шаг при решении задач по окислительно-восстановительным реакциям. Рассмотрим реакцию:

[ \text{MnO}_2 + \text{Al} \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{Mn} ]

Для этого сначала нужно определить степени окисления всех элементов в исходных веществах и продуктах реакции.

1. Исходные степени окисления:

   • Mn в ( \text{MnO}_2 ): ( +4 ) (кислород обычно имеет степень окисления -2)
   • Al в ( \text{Al} ): ( 0 ) (металлы в свободной форме имеют степень окисления 0)
   • Al в ( \text{Al}_2\text{O}_3 ): ( +3 ) (кислород -2, у нас есть два атома алюминия и три атома кислорода: ( 2x + 3(-2) = 0 ), ( 2x - 6 = 0 ), ( x = +3 ))
   • Mn в ( \text{Mn} ): ( 0 ) (металлы в свободной форме имеют степень окисления 0)

2. Определение изменений степеней окисления:

   • Mn меняет степень окисления с ( +4 ) до ( 0 ) (восстанавливается).
   • Al меняет степень окисления с ( 0 ) до ( +3 ) (окисляется).

3. Составление полуреакций:

   • Восстановление Mn: ( \text{Mn}^{+4} + 4e^- \rightarrow \text{Mn}^0 )
   • Окисление Al: ( \text{Al}^0 \rightarrow \text{Al}^{+3} + 3e^- )

4. Уравнивание числа электронов: Чтобы уравнять число электронов, необходимо найти наименьшее общее кратное для 3 и 4, что равно 12. Следовательно, нужно умножить первую полуреакцию на 3, а вторую — на 4.

   • ( 3\text{Mn}^{+4} + 12e^- \rightarrow 3\text{Mn}^0 )
   • ( 4\text{Al}^0 \rightarrow 4\text{Al}^{+3} + 12e^- )

5. Суммирование полуреакций: Теперь можно сложить обе полуреакции:

   [ 3\text{Mn}^{+4} + 4\text{Al}^0 \rightarrow 3\text{Mn}^0 + 4\text{Al}^{+3} ]

6. Запись полной реакции и уравнивание атомов кислорода: Теперь у нас есть уравненные атомы Mn и Al. Чтобы уравнять кислород, нужно добавить соответствующее количество ( \text{O}_2 ):

   [ 3\text{MnO}_2 + 4\text{Al} \rightarrow 3\text{Mn} + 2\text{Al}_2\text{O}_3 ]

Таким образом, уравнение реакции с учетом электронного баланса выглядит так:

[ 3\text{MnO}_2 + 4\text{Al} \rightarrow 3\text{Mn} + 2\text{Al}_2\text{O}_3 ]

Теперь уравнение реакции сбалансировано как по массам, так и по зарядам.

Для составления электронного баланса данного химического уравнения необходимо учитывать изменение валентности элементов и количество передаваемых электронов.

Исходя из данной реакции, марганец (Mn) в окислителе MnO2 имеет валентность +4, алюминий (Al) в восстановителе Al имеет валентность +3. После реакции марганец имеет валентность +2, алюминий - +3.

Составим электронный баланс:

MnO2 + 2e- -> Mn + 2O2- (окисление марганца)

2Al -> 2Al3+ + 6e- (восстановление алюминия)

Следовательно, нужно умножить первое уравнение на 3 и второе на 1, чтобы количество переданных электронов было одинаковым:

3(MnO2 + 2e- -> Mn + 2O2-) + 2(2Al -> 2Al3+ + 6e-) 3MnO2 + 6e- -> 3Mn + 6O2- 4Al -> 4Al3+ + 12e-

Таким образом, электронный баланс в данной реакции будет соблюден.