การดุลสมการรีดอกซ์ (Balancing Redox Equation)

             การดุลสมการรีดอกซ์มีความยุ่งยากและซับซ้อนกว่าการดุลสมการของปฏิกิริยาธรรมดา ปฏิกิริยารีดอกซ์บางปฏิกิริยาอนุภาคทั้งหมดเกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ล้วน ๆ เช่น  
H₂  +  Cl₂ →  2HCl  ในขณะที่บางปฏิกิริยาจะมีทั้งอนุภาคท่ีเกี่ยวข้องกับการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์  ในขณะท่ีอนุภาคอีกส่วนหน่ึงเกิดปฏิกิริยาธรรมดา เช่น 

KMnO₄ + NaCl + H₂SO₄ →  Cl₂ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O + Na₂SO₄

-          ส่วนที่เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์คือธาตุที่มีการเปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน  ได้แก่  Mn  ใน  KMnO₄  และ   Cl  ใน  NaCl

-          ส่วนที่เกิดปฏิกิริยาธรรมดาคือธาตุที่ไม่เปลี่ยนแปลงเลขออกซิเดชัน  ได้แก่  K  O Na H และ S 

           การดุลปฏิกิริยารีดอกซ์ที่มีปฏิกิริยาธรรมดารวมอยู่ด้วย  ให้ดุลส่วนที่เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ก่อน   แล้วจึงดุลส่วนที่เกิดปฏิกิริยาธรรมดา นอกจากนั้นแล้วยังเกี่ยวข้องกับภาวะแวดล้อมของปฏิกิริยาว่าเป็นกลางหรือเป็นกรดหรือเป็นเบสอีกด้วย  การดุลสมการรีดอกซ์อาจทำได้ 2 วิธีคือ

            1.  ดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้เลขออกซิเดชัน (Balancing redox equation using oxidation number)

            2.  ดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้ปฏิกิริยาครึ่งเซลล์ (Balancing redox equation using half reaction)

การดุลสมการรีดอกซ์โดยใช้เลขออกซิเดชัน  มีขั้นตอนสำคัญดังนี้

            1.  หาตัวรีดิวซ์ (ธาตุที่มีเลขออกดซิเดชั่นเพิ่มขึ้น)  และตัวออกซิไดซ์ (ธาตุที่มีเลขออกซิเดชันลดลง)  เลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นหมายถึงจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวรีดิวซ์ปล่อยออกไป  เลขออกซิเดชันที่ลดลงหมายถึงจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวออกซิไดซ์รับไว้  เช่น

                                                                         
            2.  ถ้าเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นมีค่าเท่ากับเลขออกซิเดชันที่ลดลง  แสดงว่าจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวรีดิวซ์ปล่อยออกไป  กับจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวออกซิไดซ์รับเอาไว้มีจำนวนเท่ากัน  ให้ดุลสมการต่อไปจนจบ  แต่ถ้าเลขออกซิเดชันที่เพิ่มขึ้นและลดลงมีค่าไม่เท่ากัน  ให้หาตัวเลขที่เหมาะสมมาคูณเลขออกซิเดชันที่เพิ่มและลดเพื่อให้ได้ค่าเท่ากัน  แล้วให้ใช้ตัวเลขที่นำมาเป็นตัวคูณนั้น  เป็นจำนวนโมล ของตัวรีดิวซ์หรือตัวออกซิไดซ์ตามลำดับ

                                                                              


            3.  ดุลจำนวนโมลของตัวรีดิวซ์กับผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากตัวรีดิวซ์ให้เท่ากัน  และดุลจำนวนโมล ของตัวออกซิไดซ์กับผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากตัวออกซิไดซ์ให้เท่ากันด้วย 
            

                                                                                  

            4.  ถ้ามีกรดอยู่ในปฏิกิริยาให้พิจารณาดังนี้  (ตัวอย่างนี้เป็นแบบ 4.2)

                        4.1  กรดไม่เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์  สังเกตไอออนลบของกรด(คู่เบส)ไม่เปลี่ยนรูปไปเป็นอย่างอื่น  กรณีนี้ดุลสมการโดยการทำให้จำนวนโมลของกรดทางสารตั้งต้น ให้มีจำนวนโมลเท่ากับจำนวนโมลของไอออนลบของกรด(คู่เบส)ทั้งหมดทางด้านผลิตภัณฑ์  ที่อาจอยู่ในผลิตภัณฑ์ชนิดเดียวหรือหลายชนิดก็ได้

                        4.2  กรดเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์บางส่วน  สังเกตจากไอออนลบของกรดมีการเปลี่ยนรูปไปเป็นสารใหม่บางส่วน  แต่ยังคงมีไอออนลบในรูปเดิมเหลืออยู่ด้วย  ในกรณีนี้ให้ตรวจสอบดูว่าไอออนลบของกรดที่อยู่ในรูปเดิมทางด้านผลิตภัณฑ์ยังมีอยู่กี่โมล  ให้เพิ่มจำนวนโมลของกรดทางสารตั้งต้นอีกเท่านั้น  ตัวอย่างยี้มีกรด HNO₃ อยู่ในปฏิกิริยา  คู่เบสของมันคือ  NO₃^-  จะเห็นได้ว่ามีอยู่ในผลิตภัณฑ์  6  โมล  จึงต้องเพิ่อม  HNO₃

                                                                                      
                        4.3  กรดเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ทั้งหมด  สังเกตจากไม่มีไอออนลบของกรดในรูปเดิมเหลืออยู่เลยในผลิตภัณฑ์  กรณีนี้ให้ดุลสมการต่อไปโดยไม่ต้องเพิ่มจำนวนโมลของกรดทางสารตั้งต้น

               5.  ดุลสมการส่วนที่ไม่เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์  แล้วทำให้เป็นอัตราส่วนอย่างต่ำเท่าที่จะทำได้
                                                                                   
               6.  ถ้าปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสารละลายกรดบางครั้งจะพบว่าหลังจากดุลสมการทุกส่วนแล้ว  ยังขาดอะตอมของ  H  หรือ O  ทางด้านใดด้านหนึ่ง  ให้แก้ปัญหาดังนี้

                    6.1  ด้านใดขาด  H  ให้เติม  H⁺   ตามจำนวนที่ขาด   
                    6.2  ด้านใดขาด  O  ให้เติม  H₂O  ตามจำนวนโมลที่ขาด  ดังตัวอย่าง (ตัวอย่างใหม่)

                                                                                    
                   ทางซ้ายมี O = 4  ทางขวายังไม่มี  ต้องเติม  4H₂O  แต่ก็มีผลให้ทางขวามี H = 8 ขณะที่ทางซ้ายยังไม่มี  ต้องเติม  8H⁺  ทางซ้าย

                                                                           
               7.  ถ้าปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสารละลายเบสบางครั้งจะพบว่าหลังจากดุลสมการทุกส่วนแล้ว  ยังขาดอะตอมของ  H  หรือ O  ทางด้านใดด้านหนึ่ง  ให้แก้ปัญหาดังนี้
                    7.1  ด้านใดขาด  O  ให้เติม  H₂O  ตามจำนวนที่ขาด  เช่นเดียวกับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสารละลายกรด  ดังตัวอย่าง (ตัวอย่างใหม่)                           
                    7.2  ด้านใดขาด  H  ให้เติม  H⁺  ตามจำนวนที่ขาด   แล้วเติม  OH^- ทั้ง  2  ข้าง  เท่ากับจำนวนของ  H⁺  ที่เติม   H⁺ และ  OH^- จะรวมตัวกันเป็น H₂O  ถ้าอีกด้านหนึ่งมี H₂O   
                          อยู่ด้วย  ให้หักล้างกันได้ (แนะนำให้ทำข้อ 7.1 ก่อนจะดีกว่า)
                                                                          

• ทางซ้ายมี  O = 9  ทางขวามี  O  =  8  ต้องเติม  H₂O  ทางขวา                                                                                                

*         ทางซ้ายมี  H = 6   ทางขวามี  H  =  2  ต้องเติม  H⁺    ทางขวาอีก  4H⁺  แล้วเติม  4OH^-  ทั้ง  2  ด้าน                                                      

                                                                 
                                                                         
  *  4H⁺ + 4OH^-  ทางขวารวมตัวกันเป็น  4H₂O  รวมกับ  H₂O  ที่มีอยู่เดิมเป็น 5H₂O
                                                                       

                     สมการที่ดุลแล้วเป็นดังนี้ ;                     2Cr(OH)₃  +  ClO₃^-  +  4OH^-  →  2CrO₄^2-  +  Cl^-  +  5H₂O

                       (คลิ้กเพื่อชมและฝึกดุลสมการรีดอกซ์)        

การดุลสมการรีดอกซ์โดยครึ่งปฏิกิริยา (Balancing redox equation using half reaction)

             หลักการทั่วไปคือ  พิจารณาให้ได้ว่าส่วนใดของปฏิกิริยาเป็นส่วนออกซิเดชันและเป็นส่วนรีดัดชัน  แล้วแยกแต่ละส่วนออกมาเขียนเป็นสมการย่อยเพื่อให้เห็นจำนวนอิเล็กตรอนที่ถ่ายเทกันว่าเท่ากันหรือไม่  ถ้าไม่เท่าให้ใช้ตัวเลขที่เหมาะสมคูณแต่ละสมการเพื่อทำให้เท่ากัน  ขั้นนี้เป็นการดุลสมการส่วนที่เกิดปฏิกิริยารีดอกซ์  จากนั้นรวมสมการย่อยเข้าด้วยกันแล้วดุลสมการส่วนที่เกิดปฏิกิริยาธรรมดา  โดยใช้หลักการต่าง ๆ เช่นเดียวกับการดุลโดยเลขออกซิเดชัน  ดูตัวอย่าง

ตัวอย่าง  จงดุลสมการรีดอกซ์ต่อไปนี้  Cu + HNO₃  →  Cu(NO₃)) + NO + H₂O

            ออกซิเดชัน  ;  Cu  →  Cu²⁺  +  2e^-

            รีดักชัน        ;  N⁵⁺  +  3e^-  →   N²⁺
                              จำนวนอิเล็กตรอนจากปฏิกิริยาออกซิเดชันกับรีดักชันยังไม่เท่ากัน  ต้องทำให้เท่ากันโดยคูณสมการด้วยตัวเลขที่เหมาะสม

            ออกซิเดชัน  ;  3(Cu  →   Cu²⁺  +  2e^-)

                                  3Cu  →   3Cu²⁺  +  6e^-

            รีดักชัน        ;  2(N⁵⁺  +  3e^-  →   N²⁺)

                                  2N⁵⁺  +  6e^-  →   2N²⁺

                       ต่อจากนี้รวมเป็นสมการเดียวกัน  แล้วดุลสมการต่อไปจนจบด้วยหลักการเดียวกับการดุลด้วยเลขออกซิเดชัน

                       3Cu  +  2N⁵⁺  +  6e  →   3Cu²⁺  +  6e^-  +  2N²⁺

                       3Cu  +  2HNO₃  +  6e^-  →   3Cu(NO₃)₂  +  6e^-  +  2NO  +  H₂O

                       3Cu  +  2HNO₃  →   3Cu(NO₃)₂  +  2NO  +  H₂O

แบบฝึกหัด  จงดุลสมการรีดอกซ์ต่อไปนี้  โดยวิธีใช้เลขออกซิเดชันและโดยวิธีใช้ครึ่งปฏิกิริยา (บางปฏิกิริยาอาจเกิดในสารละลายกรดหรือเบสแต่ไม่ได้บอกไว้)

1.  Fe + V₂O₃ → Fe₂O₃ + VO

2.  H₂C₂O₄ + KMnO₄ → CO₂ + K₂O + Mn₂O₃ + H₂O

3.  Mn(NO₃) ₂ + NaBiO₃ + HNO₃ →HMnO₄ + Bi(NO₃) ₃ + NaNO₃ + H₂O

4.  H₂C₂O₄ + K₂MnO₄ → CO₂ + K₂O + Mn₂O₃ + H₂O

5.  KClO₃ + C₁₂H₂₂O₁₁ →KCl + H₂O + CO₂

6.  K₂Cr₂O₇ + H₂O + S → SO₂ + KOH + Cr₂O₃

7.  KMnO₄ + NaCl + H₂SO₄ → Cl₂ + K₂SO₄ + MnSO₄ + H₂O + Na₂SO₄

8.  K₂Cr₂O₇ + SnCl₂ + HCl → CrCl₃ + SnCl₄ + KCl + H₂O

9.  KMnO₄ + KNO₂ + H₂SO₄ → MnSO₄ + H₂O + KNO₃ + K₂SO₄

10. Cu +  HNO₃ → Cu²⁺ +  NO+  NO₃^- + H₂O
11.  Al(s)  +  MnO₂→  Al₂O₃+  Mn

12.  SO₂+  HNO₂→  H₂SO₄+  NO

13.  HNO₃+  H₂S→  NO+ S+  H₂O
14.   Al+  H₂SO₄→ Al₂(SO₄)₃+  H₂

15.   HNO₃+ H₃AsO₃→  NO(+ H₃AsO₄(+ H₂O

16.   Cu+ HNO₃→  Cu(NO₃)₂+ NO+ H₂O

17.   NO₂+ H₂→   NH₃+ H₂O

18.   Cr₂O₇²⁻+ HNO₂→  Cr³⁺+ NO₃⁻ (acidic)

(Cr₂O₇²⁻ 3HNO₂+5H⁺    →  2Cr³⁺    +  3NO₃⁻     +  4H₂O)

19.   Cr(OH)₃ + ClO₃⁻ →  CrO₄²⁻ + Cl⁻   (basic)

(2Cr(OH)₃  +  ClO₃⁻  +  4OH⁻ →  2CrO₄²⁻  +  Cl⁻ +  5H₂O)

20.   Fe²⁺ + MnO₄^- →  Fe³⁺ + Mn²⁺ (acidic solution)

(5Fe2+ + MnO4- + 8H+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O)

21.   Pb + PbO2  + SO42- → PbSO4 (acidic solution)

Size : 39.47 KBs Upload : 2012-10-29 21:18:54

ติชม กำลังแสดงหน้า 1/0 << 1 >>

ต้องการให้คะแนนบทความนี้่ ? 0 คะแนนโหวด สร้างโดย : K-Me สถานะ : ผู้ใช้ทั่วไป วิทยาศาสตร์