Ուսումնական վարժությունների էլեկտրոնային հաշվեկշռի լուծման դասի մեթոդ. Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդով ռեդոքսային ռեակցիաների հավասարումների կազմում: Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդի կիրառումը քայլ առ քայլ. Օրինակ «ա»

8. Քիմիական ռեակցիաների դասակարգում. OVR. Էլեկտրոլիզ

8.3. Redox ռեակցիաներ. ընդհանուր դրույթներ

Redox ռեակցիաներ(OVR) կոչվում են ռեակցիաներ, որոնք տեղի են ունենում տարրերի ատոմների օքսիդացման վիճակի փոփոխությամբ։ Այս ռեակցիաների արդյունքում որոշ ատոմներ տալիս են էլեկտրոններ, իսկ մյուսներն ընդունում են դրանք։

Նվազեցնող նյութը ատոմ, իոն, մոլեկուլ կամ FE է, որը նվիրաբերում է էլեկտրոններ, օքսիդացնող նյութը՝ ատոմ, իոն, մոլեկուլ կամ FE, որն ընդունում է էլեկտրոններ.

Էլեկտրոնների նվիրատվության գործընթացը կոչվում է օքսիդացում, իսկ ընդունման գործընթացը՝ օքսիդացում վերականգնում. OVR-ում պետք է լինի վերականգնող և օքսիդացնող նյութ: Չկա օքսիդացման գործընթաց առանց վերականգնողական գործընթացի և չկա վերականգնողական գործընթաց առանց օքսիդացման գործընթացի:

Նվազեցնող նյութը տալիս է էլեկտրոններ և օքսիդանում, մինչդեռ օքսիդացնողը ընդունում է էլեկտրոններ և կրճատվում է:

Կրճատման պրոցեսն ուղեկցվում է ատոմների օքսիդացման աստիճանի նվազմամբ, իսկ օքսիդացմանը՝ տարրերի ատոմների օքսիդացման աստիճանի բարձրացմամբ։ Հարմար է վերը նշվածը նկարազարդել դիագրամով (CO - օքսիդացման վիճակ).

Օքսիդացման և նվազեցման գործընթացների հատուկ օրինակներ (էլեկտրոնային հաշվեկշռի սխեմաներ) տրված են Աղյուսակում: 8.1.

Աղյուսակ 8.1

Էլեկտրոնային հաշվեկշռի սխեմաների օրինակներ

Էլեկտրոնային հաշվեկշռի սխեման	Գործընթացի բնութագիրը
Օքսիդացման գործընթաց
	Կալցիումի ատոմը տալիս է էլեկտրոններ, բարձրացնում է օքսիդացման աստիճանը, վերականգնող նյութ է
	Ion Cr +2-ը տալիս է էլեկտրոններ, բարձրացնում է օքսիդացման աստիճանը, վերականգնող նյութ է
	Քլորի մոլեկուլը տալիս է էլեկտրոններ, քլորի ատոմները բարձրացնում են օքսիդացման վիճակը 0-ից +1, քլորը վերականգնող նյութ է։
Վերականգնման գործընթաց
	Ածխածնի ատոմն ընդունում է էլեկտրոններ, իջեցնում է օքսիդացման աստիճանը, օքսիդացնող նյութ է
	Թթվածնի մոլեկուլն ընդունում է էլեկտրոններ, թթվածնի ատոմներն իջեցնում են օքսիդացման աստիճանը 0-ից -2, թթվածնի մոլեկուլը օքսիդացնող նյութ է։
	Իոնն ընդունում է էլեկտրոններ, իջեցնում է օքսիդացման աստիճանը, օքսիդացնող նյութ է

Ամենակարևոր նվազեցնող նյութերըպարզ նյութեր մետաղներ; ջրածին; ածխածին կոքսի տեսքով; ածխածնի երկօքսիդ (II); միացություններ, որոնք պարունակում են ատոմներ ամենացածր օքսիդացման վիճակում (մետաղների հիդրիդներ, սուլֆիդներ, յոդիդներ, ամոնիակ); ամենահզոր նվազեցնող միջոցը էլեկտրաէներգիակաթոդի վրա։

Ամենակարևոր օքսիդիչներըպարզ նյութեր - հալոգեններ, թթվածին, օզոն; խտացված ծծմբաթթու; Ազոտական ​​թթու; մի շարք աղեր (KClO 3, KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7); ջրածնի պերօքսիդ H 2 O 2; ամենաուժեղ օքսիդացնող նյութը էլեկտրական հոսանքն է անոդում:

Ժամանակահատվածի ընթացքում ուժեղանում են ատոմների և պարզ նյութերի օքսիդացնող հատկությունները՝ ֆտոր - բոլոր պարզ նյութերի ամենաուժեղ օքսիդացնող նյութը. Յուրաքանչյուր ժամանակաշրջանում հալոգենները ձևավորում են պարզ նյութեր՝ առավել արտահայտված օքսիդացնող հատկություններով։

Ա խմբերում վերևից ներքև թուլանում են ատոմների և պարզ նյութերի օքսիդացնող հատկությունները, իսկ վերականգնող հատկությունները մեծանում են։

Նույն տիպի ատոմների համար վերականգնող հատկությունները մեծանում են դրանց շառավիղի մեծացմամբ. օրինակ՝ անիոնի վերականգնող հատկությունները
I - ավելի արտահայտված են, քան Cl- անիոնը:

Մետաղների համար պարզ նյութերի և իոնների ռեդոքս հատկությունները ջրային լուծույթում որոշվում են մետաղի դիրքով էլեկտրաքիմիական շարքում՝ ձախից աջ (վերևից ներքև), պարզ մետաղների վերականգնող հատկությունները թուլանում են. ամենաուժեղ նվազեցնող նյութը- լիթիում.

Մետաղական իոնների համար ջրային լուծույթում, ձախից աջ, նույն շարքում, համապատասխանաբար, ուժեղացված են օքսիդացնող հատկությունները. ամենահզոր օքսիդացնող նյութը- Au 3 + իոններ:

OVR-ում գործակիցները դասավորելու համար կարող եք օգտագործել մեթոդ, որը հիմնված է օքսիդացման և նվազեցման գործընթացների քարտեզագրման վրա: Այս մեթոդը կոչվում է էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդ.

Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդի էությունը հետեւյալն է.

1. Կազմեք ռեակցիայի սխեման և որոշեք այն տարրերը, որոնք փոխել են օքսիդացման վիճակը:

2. Կազմե՛ք վերականգնման և օքսիդացման կիսա-ռեակցիաների էլեկտրոնային հավասարումներ:

3. Քանի որ վերականգնող նյութի կողմից նվիրաբերված էլեկտրոնների թիվը պետք է հավասար լինի օքսիդացնող նյութի կողմից ընդունված էլեկտրոնների թվին, լրացուցիչ գործոնները հայտնաբերվում են նվազագույն ընդհանուր բազմակի (LCM) մեթոդով:

4. Հավելյալ բազմապատկիչները դրվում են համապատասխան նյութերի բանաձևերից առաջ (1 գործակիցը բաց է թողնվում):

5. Հավասարեցրեք այն տարրերի ատոմների թիվը, որոնք չեն փոխել օքսիդացման աստիճանը (նախ՝ ջրածինը ջրում, իսկ հետո՝ թթվածնի ատոմների թիվը):

Redox ռեակցիայի հավասարման կազմման օրինակ

էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդ.

Մենք գտնում ենք, որ ածխածնի և ծծմբի ատոմները փոխել են իրենց օքսիդացման վիճակը։ Մենք կազմում ենք նվազեցման և օքսիդացման կիսա-ռեակցիաների հավասարումները.

Այս դեպքում LCM-ն 4 է, իսկ լրացուցիչ գործակիցները՝ 1 (ածխածնի համար) և 2 (ծծմբաթթվի համար)։

Մենք դնում ենք ռեակցիայի սխեմայի ձախ և աջ մասերում հայտնաբերված լրացուցիչ գործոնները ածխածին և ծծումբ պարունակող նյութերի բանաձևերի դիմաց.

C + 2H 2 SO 4 → CO 2 + 2SO 2 + H 2 O

Ջրածնի ատոմների թիվը հավասարեցնում ենք՝ ջրի բանաձևի դիմաց դնելով 2 գործակից և համոզվում ենք, որ թթվածնի ատոմների թիվը հավասարման երկու մասերում նույնն է։ Հետեւաբար, OVR հավասարումը

C + 2H 2 SO 4 \u003d CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O

Հարց է առաջանում՝ OVR սխեմայի ո՞ր մասում պետք է տեղադրվեն հայտնաբերված լրացուցիչ գործոնները՝ ձախ, թե աջ:

Պարզ ռեակցիաների համար սա նշանակություն չունի։ Այնուամենայնիվ, պետք է նկատի ունենալ. եթե հավասարման ձախ կողմում սահմանվում են լրացուցիչ գործոններ, ապա գործակիցները դրվում են ձախ կողմում գտնվող նյութերի բանաձևերից առաջ. եթե հաշվարկները կատարվել են աջ կողմի համար, ապա գործակիցները դրվում են հավասարման աջ կողմում։ Օրինակ:

Ըստ ձախ կողմում Al ատոմների քանակի.

Ըստ աջ կողմում Al ատոմների թվի.

Ընդհանուր դեպքում, եթե ռեակցիային մասնակցում են մոլեկուլային կառուցվածքի նյութեր (O 2, Cl 2, Br 2, I 2, N 2), ապա գործակիցներն ընտրելիս դրանք բխում են հենց մոլեկուլի ատոմների քանակից.

Եթե ​​N 2 O-ը ձևավորվում է HNO 3-ի հետ կապված ռեակցիայի ժամանակ, ապա ավելի լավ է նաև գրել ազոտի էլեկտրոնային հավասարակշռության սխեման՝ հիմնված ազոտի երկու ատոմների վրա: .

Որոշ ռեդոքսային ռեակցիաներում նյութերից մեկը կարող է կատարել և՛ օքսիդացնող նյութի (վերականգնող նյութի), և՛ աղի ձևավորման գործառույթը (այսինքն՝ մասնակցել աղի ձևավորմանը):

Նման ռեակցիաները բնորոշ են, մասնավորապես, մետաղների փոխազդեցության համար օքսիդացնող թթուների (HNO 3, H 2 SO 4 (conc)), ինչպես նաև օքսիդացնող աղերի (KMnO 4, K 2 Cr 2 O 7, KClO 3, Ca ( OCl) 2) աղաթթվի հետ (շնորհիվ Cl անիոնների – աղաթթուն ունի վերականգնող հատկություն) և այլ թթուներ, որոնց անիոնը վերականգնող նյութ է։

Կազմենք նոսր ազոտաթթվի հետ պղնձի ռեակցիայի հավասարումը.

Մենք տեսնում ենք, որ ազոտաթթվի մոլեկուլների մի մասը ծախսվում է պղնձի օքսիդացման վրա, մինչդեռ այն վերածվում է ազոտի օքսիդի (II), իսկ մի մասը օգտագործվում է ձևավորված Cu 2+ իոնները կապելու համար աղի Cu (NO 3) 2-ին (in. աղի բաղադրությունը, ազոտի ատոմի օքսիդացման աստիճանը նույնն է, ինչ թթվի մեջ, այսինքն՝ չի փոխվում): Նման ռեակցիաներում օքսիդացնող տարրի հավելյալ գործոնը միշտ տեղադրվում է աջ կողմում՝ վերականգնողական արտադրանքի բանաձևից առաջ, այս դեպքում՝ NO բանաձևից առաջ, և ոչ թե HNO 3 կամ Cu(NO 3) 2:

HNO 3 բանաձևից առաջ դնում ենք 8 գործակից (երկու HNO 3 մոլեկուլ ծախսվում է պղնձի օքսիդացման վրա, իսկ վեցը՝ երեք Cu 2+ իոնները աղի մեջ կապելու վրա), հավասարեցնում ենք H և O ատոմների թիվը և ստանում.

3Cu + 8HNO 3 \u003d 3Cu (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O:

Այլ դեպքերում, թթուն, ինչպիսին է աղաթթունը, կարող է միաժամանակ լինել և՛ վերականգնող նյութ, և՛ մասնակցել աղի ձևավորմանը.

Օրինակ 8.5. Հաշվիր, թե HNO 3-ի ինչ զանգված է ծախսվել աղ առաջացման վրա, երբ ռեակցիայի մեջ, որի հավասարումը.

ցինկը մտնում է 1,4 գ զանգվածով։

Լուծում. Ռեակցիայի հավասարումից տեսնում ենք, որ ազոտաթթվի 8 մոլից միայն 2 մոլն է անցել 3 մոլ ցինկի օքսիդացմանը (թթվային վերականգնող արտադրանքի բանաձեւի դիմաց կա 2 գործակից՝ NO)։ Աղի առաջացումը սպառել է 6 մոլ թթու, որը հեշտ է որոշել՝ Zn(HNO 3) 2 աղի բանաձևի դիմաց 3 գործակիցը բազմապատկելով աղի մեկ բանաձեւի միավորում թթվային մնացորդների քանակով, այսինքն. 2-ին։

n (Zn) \u003d 1,4 / 65 \u003d 0,0215 (մոլ):

x = 0,043 մոլ;

m (HNO 3) \u003d n (HNO 3) M (HNO 3) \u003d 0,043 ⋅ 63 \u003d 2,71 (գ)

Պատասխան՝ 2,71 գ.

Որոշ OVR-ներում օքսիդացման վիճակը փոխվում է ոչ թե երկու, այլ երեք տարրերի ատոմներով։

Օրինակ 8.6. Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդով դասավորեք գործակիցները OVR-ում հոսող FeS + O 2 → Fe 2 O 3 + SO 2 սխեմայի համաձայն:

Լուծում. Մենք տեսնում ենք, որ օքսիդացման վիճակը փոխվում է երեք տարրերի ատոմներով՝ Fe, S և O: Նման դեպքերում ամփոփվում են տարբեր տարրերի ատոմների կողմից նվիրաբերված էլեկտրոնների թիվը.

Տեղադրելով ստոյխիոմետրիկ գործակիցները՝ ստանում ենք.

4FeS + 7O 2 \u003d 2Fe 2 O 3 + 4SO 2:

Դիտարկենք այս թեմայի վերաբերյալ այլ տեսակի քննական առաջադրանքների լուծման օրինակներ:

Օրինակ 8.7. Նշեք պղնձի(II) նիտրատի ամբողջական տարրալուծման ժամանակ վերականգնող նյութից օքսիդացնող նյութ անցնող էլեկտրոնների թիվը՝ 28,2 գ զանգվածով։

Լուծում. Մենք գրում ենք աղի տարրալուծման ռեակցիայի հավասարումը և OVR-ի էլեկտրոնային հաշվեկշռի սխեման. M = 188 գ/մոլ:

Տեսնում ենք, որ 4 մոլ աղի քայքայման ժամանակ առաջանում է 2 մոլ Օ 2։ Միևնույն ժամանակ, 4 մոլ էլեկտրոններ վերականգնող նյութի ատոմներից (այս դեպքում դրանք իոններ են) անցնում են օքսիդացնող նյութ (այսինքն՝ իոններ). . Քանի որ աղի քիմիական քանակությունը n = 28,2/188 = = 0,15 (մոլ) է, մենք ունենք.

2 մոլ աղ - 4 մոլ էլեկտրոն

0,15 մոլ - x

n (e) \u003d x \u003d 4 ⋅ 0,15 / 2 \u003d 0,3 (մոլ),

N (e) \u003d N A n (e) \u003d 6,02 ⋅ 10 23 ⋅ 0,3 \u003d 1,806 ⋅ 10 23 (էլեկտրոններ):

Պատասխան՝ 1.806 ⋅ 10 23:

Օրինակ 8.8. 0,02 մոլ քիմիական քանակության հետ ծծմբաթթվի մագնեզիումի հետ փոխազդեցության ժամանակ ծծմբի ատոմներն ավելացրել են 7,224 ⋅ 10 22 էլեկտրոն։ Գտեք թթվային վերականգնման արտադրանքի բանաձևը:

Լուծում. Ընդհանուր դեպքում ծծմբաթթվի բաղադրության մեջ ծծմբի ատոմների կրճատման գործընթացների սխեմաները կարող են լինել հետևյալը.

դրանք. 1 մոլ ծծմբի ատոմը կարող է ընդունել 2, 6 կամ 8 մոլ էլեկտրոն։ Հաշվի առնելով, որ 1 մոլ թթու պարունակում է 1 մոլ ծծմբի ատոմ, այսինքն. n (H 2 SO 4) = n (S), մենք ունենք.

n (e) \u003d N (e) / N A \u003d (7,224 ⋅ 10 22) / (6,02 ⋅ 10 23) \u003d 0,12 (մոլ):

Մենք հաշվարկում ենք 1 մոլ թթվի կողմից ընդունված էլեկտրոնների քանակը.

0,02 մոլ թթու ընդունում է 0,12 մոլ էլեկտրոն

1 մոլ - x

n (e) \u003d x \u003d 0,12 / 0,02 \u003d 6 (մոլ):

Այս արդյունքը համապատասխանում է ծծմբաթթվի ծծմբի վերածելու գործընթացին.

Պատասխան՝ ծծումբ։

Օրինակ 8.9. Ածխածնի խտացված ազոտական ​​թթվի հետ ռեակցիայի ժամանակ առաջանում են ջուր և երկու աղ առաջացնող օքսիդներ։ Գտե՛ք ածխածնի զանգվածը, որը արձագանքել է, եթե օքսիդացնող նյութի ատոմներն այս գործընթացում վերցրել են 0,2 մոլ էլեկտրոն:

Լուծում. Նյութերի փոխազդեցությունն ընթանում է ըստ ռեակցիայի սխեմայի

Մենք կազմում ենք օքսիդացման և նվազեցման կիսա-ռեակցիաների հավասարումները.

Էլեկտրոնային հաշվեկշռի սխեմաներից մենք տեսնում ենք, որ եթե օքսիդացնող նյութի () ատոմներն ընդունում են 4 մոլ էլեկտրոն, ապա ռեակցիայի մեջ մտնում է 1 մոլ (12 գ) ածխածին։ Կազմեք և լուծեք համամասնությունը.

4 մոլ էլեկտրոն՝ 12 գ ածխածին

0.2 - x

x = 0,2 ⋅ 12 4 = 0,6 (դ):

Պատասխան՝ 0,6 գ.

Redox ռեակցիաների դասակարգում

Տարբերում են միջմոլեկուլային և ներմոլեկուլային ռեդոքս ռեակցիաներ։

Երբ միջմոլեկուլային OVRՕքսիդացնող և վերականգնող նյութի ատոմները տարբեր նյութերի մի մասն են և տարբեր քիմիական տարրերի ատոմներ են։

Երբ ներմոլեկուլային OVRՆույն նյութում են օքսիդացնող և վերականգնող ատոմները։ Ներմոլեկուլային ռեակցիաներն են անհամաչափություն, որտեղ օքսիդացնող և վերականգնող նյութը նույն նյութի բաղադրության մեջ միևնույն քիմիական տարրի ատոմներն են։ Նման ռեակցիաները հնարավոր են միջանկյալ օքսիդացման աստիճանով ատոմներ պարունակող նյութերի համար։

Օրինակ 8.10. Նշեք OVR-ի անհամաչափության սխեման.

1) MnO 2 + HCl → MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O

2) Zn + H 2 SO 4 → ZnSO 4 + H 2

3) KI + Cl 2 → KCl + I 2

4) Cl 2 + KOH → KCl + KClO + H 2 O

Լուծում. 1)–3) ռեակցիաները միջմոլեկուլային OVR են.

Անհամաչափության ռեակցիան ռեակցիան է 4), քանի որ այն պարունակում է քլորի ատոմ և օքսիդացնող և վերականգնող նյութ.

Պատասխան՝ 4).

Հնարավոր է որակապես գնահատել նյութերի ռեդոքսային հատկությունները՝ հիմնվելով նյութի բաղադրության մեջ ատոմների օքսիդացման վիճակների վերլուծության վրա.

1) եթե ռեդոքս հատկությունների համար պատասխանատու ատոմը գտնվում է օքսիդացման ամենաբարձր աստիճանում, ապա այս ատոմն այլևս չի կարող էլեկտրոններ նվիրել, այլ կարող է միայն ընդունել դրանք: Հետևաբար, OVR-ում այս նյութը կցուցադրվի միայն օքսիդացնող հատկություններ. Նման նյութերի օրինակներ (բանաձևերում նշվում է ռեդոքսային հատկությունների համար պատասխանատու ատոմի օքսիդացման վիճակը).

2) եթե ռեդոքս հատկությունների համար պատասխանատու ատոմը գտնվում է օքսիդացման ամենացածր վիճակում, ապա այս նյութը OVR-ում կցուցաբերվի. միայն վերականգնող հատկություններ(Տրված ատոմն այլևս չի կարող ընդունել էլեկտրոններ, այն կարող է միայն տալ դրանք): Նման նյութերի օրինակներ. Հետևաբար, բոլոր հալոգեն անիոնները (բացառությամբ F-ի, որի օքսիդացման համար օգտագործվում է էլեկտրական հոսանք անոդում), սուլֆիդային իոն S 2-, ազոտի ատոմը ամոնիակի մոլեկուլում և հիդրիդ իոն H- դրսևորվում են միայն նվազեցնելով հատկությունները OVR-ում: Մետաղները (Na, K, Fe) ունեն միայն նվազեցնող հատկություն.

3) եթե տարրի ատոմը գտնվում է միջանկյալ օքսիդացման վիճակում (օքսիդացման աստիճանը նվազագույնից մեծ է, բայց առավելագույնից փոքր է), ապա համապատասխան նյութը (իոնը), կախված պայմաններից, կցուցաբերի. կրկնակի օքսիդացում-վերականգնող հատկություններԱվելի ուժեղ օքսիդացնող նյութերը կօքսիդացնեն այս նյութերը (իոնները), իսկ ավելի ուժեղ վերականգնիչները կկրճատեն դրանք: Նման նյութերի օրինակներ՝ ծծումբ, քանի որ բարձրագույն աստիճանծծմբի ատոմի օքսիդացում +6, իսկ ամենացածրը՝ -2, ծծմբի օքսիդ (IV), ազոտի օքսիդ (III) (ազոտի ատոմի ամենաբարձր օքսիդացման աստիճանը +5 է, իսկ ամենացածրը՝ -3), ջրածնի պերօքսիդ ( թթվածնի ատոմի ամենաբարձր օքսիդացման աստիճանը +2 է, իսկ ամենացածրը՝ −2): Կրկնակի ռեդոքս հատկությունները դրսևորվում են մետաղական իոնների կողմից միջանկյալ օքսիդացման վիճակում՝ Fe 2+, Mn +4, Cr +3 և այլն։

Օրինակ 8.11. Redox ռեակցիան չի կարող շարունակվել, որի սխեման հետևյալն է.

1) Cl 2 + KOH → KCl + KClO 3 + H 2 O

2) S + NaOH → Na 2 S + Na 2 SO 3 + H 2 O

3) KClO → KClO 3 + KClO 4

4) KBr + Cl 2 → KCl + Br

Լուծում. Ռեակցիան, որի սխեման նշված է թիվ 3-ում), չի կարող շարունակվել, քանի որ այն պարունակում է վերականգնող նյութ, բայց ոչ օքսիդացնող նյութ.

Պատասխան՝ 3).

Որոշ նյութերի դեպքում ռեդոքսի երկակիությունը պայմանավորված է նրանց կազմի մեջ տարբեր ատոմների առկայությամբ ինչպես ամենացածր, այնպես էլ ամենաբարձր օքսիդացման վիճակներում. օրինակ՝ ջրածնի ատոմի շնորհիվ հիդրոքլորաթթուն (HCl) (ամենաբարձր օքսիդացման աստիճան, հավասար +1) օքսիդացնող նյութ է, իսկ Cl-ի անիոնի շնորհիվ՝ վերականգնող նյութ (օքսիդացման ամենացածր վիճակ):

OVR-ն անհնար է այն նյութերի միջև, որոնք ցուցադրում են միայն օքսիդացնող (HNO 3 և H 2 SO 4, KMnO 4 և K 2 CrO 7) կամ միայն նվազեցնող հատկություններ (HCl և HBr, HI և H 2 S)

OVR-ները չափազանց տարածված են բնության մեջ (նյութափոխանակություն կենդանի օրգանիզմներում, ֆոտոսինթեզ, շնչառություն, քայքայում, այրում), լայնորեն օգտագործվում են մարդկանց կողմից տարբեր նպատակներով (մետաղներ ստանալ հանքաքարերից, թթուներից, ալկալներից, ամոնիակից և հալոգեններից, ստեղծել քիմիական հոսանքի աղբյուրներ, ջերմություն ստանալ): և էներգիան տարբեր նյութերի այրման ժամանակ): Նկատի ունեցեք, որ OVR-ը հաճախ բարդացնում է մեր կյանքը (սննդի, մրգերի և բանջարեղենի փչացում, մետաղների կոռոզիա. այս ամենը կապված է տարբեր ռեդոքս պրոցեսների առաջացման հետ):

Իոն-էլեկտրոնային մեթոդ (կես ռեակցիայի մեթոդ)

Հոսող OVR հավասարումները կազմելիս ջրային լուծույթներում, նախընտրելի է ընտրել գործակիցները կիսա-ռեակցիայի մեթոդով։

Կես ռեակցիայի մեթոդով գործակիցների ընտրության կարգը.

1. Գրի՛ր ռեակցիայի սխեման մոլեկուլային և իոն-մոլեկուլային ձևերով և որոշի՛ր օքսիդացման վիճակը փոխող իոններն ու մոլեկուլները։

2. Որոշեք այն միջավայրը, որտեղ ընթանում է ռեակցիան (H + - թթվային; OH - ալկալային; H 2 O - չեզոք)

3. Կազմե՛ք իոն-մոլեկուլային հավասարում յուրաքանչյուր կիսա-ռեակցիայի համար և հավասարեցրեք բոլոր տարրերի ատոմների թիվը:

1. Թթվածնի ատոմների թիվը հավասարեցվում է ջրի մոլեկուլների կամ OH-իոնների միջոցով:
2. Եթե ​​սկզբնական իոնը կամ մոլեկուլը պարունակում է ավելի շատ թթվածնի ատոմներ, քան ռեակցիայի արտադրանքը, ապա

• թթվածնի ատոմների ավելցուկ թթվային միջավայրումկապվում է H + իոնների հետ ջրի մոլեկուլների մեջ
• չեզոք և ալկալային միջավայրում Թթվածնի ավելցուկային ատոմները ջրի մոլեկուլներով կապված են OH խմբերի.
  

1. Եթե ​​սկզբնական իոնը կամ մոլեկուլը պարունակում է ավելի քիչ թթվածնի ատոմներ, քան ռեակցիայի արտադրանքը, ապա

· թթվային և չեզոք լուծույթներում թթվածնի ատոմների պակասը փոխհատուցվում է ջրի մոլեկուլներով

· ալկալային լուծույթներում - OH - իոնների պատճառով:

4. Կազմի՛ր կիսա-ռեակցիաների էլեկտրոն-իոնային հավասարումներ:

Դրա համար էլեկտրոնները ավելացվում են (կամ հանվում) յուրաքանչյուր կես ռեակցիայի ձախ կողմում այնպես, որ հավասարումների ձախ և աջ կողմերի ընդհանուր լիցքը դառնում է նույնը: Ստացված հավասարումները բազմապատկում ենք ամենափոքր գործակիցներով՝ էլեկտրոնների հավասարակշռության համար։

5. Ամփոփի՛ր ստացված էլեկտրոն-իոնային հավասարումները: Չեղարկեք նման տերմինները և ստացեք իոն-մոլեկուլային OVR հավասարումը

6. Ստացված իոն-մոլեկուլային հավասարման համաձայն կազմվում է մոլեկուլային հավասարում.

Օրինակ :

1 . Na 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 → Na 2 SO 4 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

2Na + +SO 3 2- +K + +MnO 4 - +2H + +SO 4 2- →2Na + +SO 4 2- +Mn 2+ +SO 4 2- +2K + +SO 4 2- +H 2 Օ

ԱՅՍՊԵՍ 3 2- → ԱՅՍՊԵՍ 4 2-

MNO 4 - → Մն 2+

2 . Թթվային միջավայր - H +

3 .

MnO 4 - + 8 H + → Mn 2+ + 4 H 2 O

SO 3 2- + H 2 O → SO 4 2- + 2 H +

4 .

MnO 4 - + 8 H + + 5ē → Mn 2+ + 4 H 2 O│ X2

SO 3 2- + H 2 O - 2ē → SO 4 2- + 2 H + │ X5

5 .

2MnO 4 - + 16 H + + 10ē →2Mn 2+ + 8 H 2 O

5SO 3 2- + 5H 2 O - 10ē → 5SO 4 2- + 10 H +

2MnO 4 - + 16 H + + 5SO 3 2- + 5H 2 O →2Mn 2+ + 8 H 2 O + 5SO 4 2- + 10 H +

2MnO 4 - + 6 H + + 5SO 3 2- →2Mn 2+ + 3 H 2 O + 5SO 4 2-

6 . 5Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 → 5Na 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

Հիշեցում.

Վերականգնողներ
Նվազեցնող նյութի անվանումը (օքսիդացնող նյութ)	Էլեկտրոնային հավասարում	Իոն-էլեկտրոնային հավասարում	Օքսիդացման արտադրանք ( վերականգնում)
Քրոմի (III) իոն ) ալկալային միջավայրում	Cr +3 - 3ē = Cr +6	Cr 3+ + 8OH - - 3ē \u003d CrO 4 2- + 4H 2 O	CrO 4 2-
Քրոմի (III) իոն թթվային միջավայրում	Cr +3 - 3ē = Cr +6	2Cr 3+ + 7H 2 O - 6ē \u003d Cr 2 O 7 2- + 14 H +	Cr 2 O 7 2-
ջրածնի սուլֆիդ	S -2 - 2ē \u003d S 0	H 2 S - 2ē \u003d S + 2H +
սուլֆիտ իոն	S +4 - 2ē = S +6	SO 3 2- + H 2 O - 2ē \u003d SO 4 2- + 2 H +	SO 4 2-
Օքսիդացնողներ
Թթվային միջավայրում պերմանգանատ իոն	Mn +7 + 5ē = Mn +2	MnO 4 - + 8H + + 5ē \u003d Mn 2+ + 4H 2 O	Mn2+
Պերմանգանատ իոն չեզոք միջավայրում	Mn +7 + 3ē = Mn +4	MnO 4 - + 2H 2 O + 3ē \u003d MnO 2 + 4OH -	MnO2
Պերմանգանատ իոն ալկալային միջավայրում	Mn +7 + ē = Mn +6	MnO 4 - + ē \u003d MnO 4 2-	MnO 4 2-
երկքրոմատ իոն	2Cr +6 + 6ē = 2Cr +3	Cr 2 O 7 2- + 14H + + 6ē \u003d 2Cr 3+ + 7H 2 O	Cr + 3
Ջրածնի պերօքսիդը թթվային միջավայրում	2O - + 2ē \u003d 2O -2	H 2 O 2 + 2H + + 2ē \u003d 2H 2 O	H2O
Ջրածնի պերօքսիդ չեզոք և ալկալային միջավայրերում	2O - + 2ē \u003d 2O -2	H 2 O 2 + 2ē \u003d 2 OH -	օ-

Շատ OVR-ների առանձնահատկությունն այն է, որ դրանց հավասարումները կազմելիս գործակիցների ընտրությունը դժվարություն է առաջացնում: Գործակիցների ընտրությունը հեշտացնելու համար այն առավել հաճախ օգտագործվում է էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը և իոն-էլեկտրոնային մեթոդը (կես ռեակցիայի մեթոդ):Դիտարկենք այս մեթոդներից յուրաքանչյուրի կիրառումը օրինակներով:

Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդ

Այն հիմնված է հաջորդ կանոնը: Նվազեցնող ատոմների կողմից նվիրաբերված էլեկտրոնների ընդհանուր թիվը պետք է համապատասխանի օքսիդացող ատոմների կողմից ստացված էլեկտրոնների ընդհանուր թվին..

Որպես OVR-ի կազմման օրինակ դիտարկենք նատրիումի սուլֆիտի փոխազդեցության գործընթացը կալիումի պերմանգանատի հետ թթվային միջավայրում:

1. Նախ անհրաժեշտ է կազմել ռեակցիայի սխեման.Գրեք ռեակցիայի սկզբում և վերջում գտնվող նյութերը, հաշվի առնելով, որ թթվային միջավայրում MnO 4 - կրճատվում է մինչև Mn 2+ ().

1. Հաջորդը, մենք որոշում ենք, թե որոնք են միացությունները; Գտեք դրանց օքսիդացման վիճակը ռեակցիայի սկզբում և վերջում.

Na 2 S +4 O 3 + KMn +7 O 4 + H 2 SO 4 = Na 2 S +6 O 4 + Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Վերոնշյալ դիագրամից պարզ է դառնում, որ ռեակցիայի ընթացքում ծծմբի օքսիդացման աստիճանը +4-ից հասնում է +6-ի, ուստի S +4-ը տալիս է 2 էլեկտրոն և նվազեցնող միջոց. Մանգանի օքսիդացման աստիճանը +7-ից նվազել է +2-ի, այսինքն. Mn +7 ընդունում է 5 էլեկտրոն և է օքսիդացնող նյութ.

1. Մենք կազմում ենք էլեկտրոնային հավասարումներ և գտնում ենք օքսիդացնող և վերականգնող նյութի գործակիցները.

S +4 - 2e - \u003d S +6 ¦ 5

Mn +7 +5e - = Mn +2 ¦ 2

Որպեսզի վերականգնող նյութի կողմից նվիրաբերված էլեկտրոնների թիվը հավասար լինի վերականգնող նյութի կողմից ընդունված էլեկտրոնների քանակին, անհրաժեշտ է.

• Նվազեցնող նյութի կողմից նվիրաբերված էլեկտրոնների թիվը որպես գործոն դրեք օքսիդացնող նյութի դիմաց:
• Որպես գործոն օքսիդացնող նյութի կողմից ընդունված էլեկտրոնների թիվը վերականգնող նյութի դիմաց դրեք:

Այսպիսով, Mn +7 օքսիդացնող նյութի կողմից ստացված 5 էլեկտրոն, մենք գործակիցը դնում ենք վերականգնող նյութի դիմաց, իսկ 2 էլեկտրոն, որը տալիս է S +4 վերականգնող նյութը՝ օքսիդացնող նյութի դիմաց գործակիցով.

5Na 2 S +4 O 3 + 2KMn +7 O 4 + H 2 SO 4 = 5Na 2 S +6 O 4 + 2Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

1. Հաջորդը, դուք պետք է հավասարեցնեք այն տարրերի ատոմների թիվը, որոնք չեն փոխում օքսիդացման վիճակը,հետևյալ հաջորդականությամբ՝ մետաղի ատոմների քանակը, թթվային մնացորդները, միջավայրի մոլեկուլների քանակը (թթու կամ ալկալի): Վերջում հաշվվում է գոյացած ջրի մոլեկուլների քանակը։

Այսպիսով, մեր դեպքում աջ և ձախ մասերում մետաղի ատոմների թիվը նույնն է։

Հավասարման աջ կողմում գտնվող թթվի մնացորդների քանակով մենք գտնում ենք թթվի գործակիցը:

Ռեակցիայի արդյունքում առաջանում է 8 թթվային մնացորդ SO 4 2-, որից 5-ը պայմանավորված է 5SO 3 2- → 5SO 4 2- փոխակերպմամբ, իսկ 3-ը՝ ծծմբաթթվի 8SO 4 2- - 5SO 4 մոլեկուլներով։ 2- \u003d 3SO 4 2 - .

Այսպիսով, ծծմբաթթուն պետք է վերցնի 3 մոլեկուլ.

5Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5Na 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

1. Նմանապես, մենք ջրի գործակիցը գտնում ենք ջրածնի իոնների քանակով, թթվի տվյալ քանակում

6H + + 3O -2 = 3H 2 O

Հավասարման վերջնական ձևը հետևյալն է.

Գործակիցների ճիշտ տեղադրման նշանը հավասարման երկու մասերում էլ տարրերից յուրաքանչյուրի ատոմների հավասար քանակն է:

Իոն-էլեկտրոնային մեթոդ (կես ռեակցիայի մեթոդ)

Էլեկտրոլիտային լուծույթներում օքսիդացում-վերականգնման ռեակցիաները, ինչպես նաև փոխանակման ռեակցիաները տեղի են ունենում իոնների մասնակցությամբ։ Այդ իսկ պատճառով OVR-ի իոն-մոլեկուլային հավասարումները ավելի հստակ արտացոլում են ռեդոքսային ռեակցիաների էությունը։ Իոն-մոլեկուլային հավասարումներ գրելիս ուժեղ էլեկտրոլիտները գրվում են որպես , իսկ թույլ էլեկտրոլիտները, նստվածքները և գազերը գրվում են որպես մոլեկուլներ (չդիսոցացված ձևով): Իոնային սխեմայում նշեք մասնիկները, որոնք ենթարկվում են փոփոխության իրենց օքսիդացման վիճակներ, ինչպես նաև բնութագրելով շրջակա միջավայրը, մասնիկները՝ H + - թթվային միջավայր,Օհ — — ալկալային միջավայրև H 2 O - չեզոք միջավայր.

Դիտարկենք միջև ռեակցիայի հավասարումը կազմելու օրինակ նատրիումի սուլֆիտ և կալիումի պերմանգանատ թթվային միջավայրում:

1. Նախ անհրաժեշտ է կազմել ռեակցիայի սխեմանԳրեք ռեակցիայի սկզբում և վերջում գտնվող նյութերը.

Na 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = Na 2 SO 4 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

1. Հավասարումը գրում ենք իոնային տեսքով, նվազեցնելով այն իոնները, որոնք չեն մասնակցում ռեդոքս գործընթացին.

SO 3 2- + MnO 4 - + 2H + = Mn 2+ + SO 4 2- + H 2 O

1. Այնուհետև մենք սահմանում ենք օքսիդացնող և վերականգնող նյութը և կազմում վերականգնողական և օքսիդացման պրոցեսների կես ռեակցիաները:

Վերոնշյալ ռեակցիայում օքսիդացնող նյութ - MnO 4- ընդունում է 5 էլեկտրոն, որոնք վերականգնվում են թթվային միջավայրում Mn 2+: Այս դեպքում արտազատվում է թթվածին, որը MnO 4 --ի մի մասն է, որը, միանալով H +-ին, ձևավորում է ջուր.

MnO 4 - + 8H + + 5e - \u003d Mn 2+ + 4H 2 O

Նվազեցնող նյութ SO 3 2-- օքսիդացված է SO 4 2-ի, տալով 2 էլեկտրոն: Ինչպես տեսնում եք, ստացված SO 4 2- իոնը պարունակում է ավելի շատ թթվածին, քան սկզբնական SO 3 2- ը: Թթվածնի պակասը համալրվում է ջրի մոլեկուլներով և արդյունքում 2H+ արտազատվում է.

SO 3 2- + H 2 O - 2e - \u003d SO 4 2- + 2H +

1. Մենք գտնում ենք օքսիդացնող և վերականգնող նյութի գործակիցընկատի ունենալով, որ օքսիդացնող նյութը ավելացնում է այնքան էլեկտրոն, որքան վերականգնող նյութը զիջում է օքսիդացման-վերականգնման գործընթացում.

MnO 4 - + 8H + + 5e - \u003d Mn 2+ + 4H 2 O ¦2 օքսիդացնող նյութ, նվազեցման գործընթաց

SO 3 2- + H 2 O - 2e - \u003d SO 4 2- + 2H + ¦5 նվազեցնող նյութ, օքսիդացման գործընթաց

1. Այնուհետև անհրաժեշտ է գումարել երկու կիսա-արձագանքները, նախապես բազմապատկելով գտնված գործակիցներով՝ ստանում ենք.

2MnO 4 - + 16H + + 5SO 3 2- + 5H 2 O \u003d 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5SO 4 2- + 10H +

Կրճատելով նման տերմինները՝ մենք գտնում ենք իոնային հավասարումը.

2MnO 4 - + 5SO 3 2- + 6H + = 2Mn 2+ + 5SO 4 2- + 3H 2 O

1. Եկեք գրենք մոլեկուլային հավասարումը,որն ունի հետևյալ ձևը.

5Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5Na 2 SO 4 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

Na 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 O \u003d Na 2 SO 4 + MnO 2 + KOH

AT իոնային ձևհավասարումը դառնում է.

SO 3 2- + MnO 4 - + H 2 O \u003d MnO 2 + SO 4 2- + OH -

Բացի այդ, ինչպես նախորդ օրինակում, օքսիդացնող նյութը MnO 4 - է, իսկ վերականգնող նյութը SO 3 2- է:

Չեզոք և թեթևակի ալկալային միջավայրում MnO 4 - ընդունում է 3 էլեկտրոն և կրճատվում է մինչև MnO 2: SO 3 2- - օքսիդացված է SO 4 2-ի, տալով 2 էլեկտրոն:

Կես ռեակցիաներունեն հետևյալ ձևը.

MnO 4 - + 2H 2 O + 3e - \u003d MnO 2 + 4OH - ¦2 օքսիդացնող նյութ, նվազեցման գործընթաց

SO 3 2- + 2OH - - 2e - \u003d SO 4 2- + H 2 O ¦3 վերականգնող նյութ, օքսիդացման գործընթաց

Մենք գրում ենք իոնային և մոլեկուլային հավասարումները՝ հաշվի առնելով օքսիդացնող և վերականգնող նյութի գործակիցները.

3SO 3 2- + 2MnO 4 - + H 2 O \u003d 2 MnO 2 + 3SO 4 2- + 2OH -

3Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + H 2 O \u003d 2MnO 2 + 3Na 2 SO 4 + 2KOH

Եվ ևս մեկ օրինակ՝ կազմելով միջև ռեակցիայի հավասարումը նատրիումի սուլֆիտ և կալիումի պերմանգանատ ալկալային միջավայրում:

Na 2 SO 3 + KMnO 4 + KOH \u003d Na 2 SO 4 + K 2 MnO 4 + H 2 O

AT իոնային ձևհավասարումը դառնում է.

SO 3 2- + MnO 4 - + OH - \u003d MnO 2 + SO 4 2- + H 2 O

Ալկալային միջավայրում օքսիդացնող նյութ MnO 4 - ընդունում է 1 էլեկտրոն և վերածվում MnO 4 2-ի: Reductant SO 3 2- - օքսիդացված է SO 4 2-, տալով 2 էլեկտրոն:

Կես ռեակցիաներունեն հետևյալ ձևը.

MnO 4 - + e - \u003d MnO 2 ¦2 օքսիդացնող նյութ, նվազեցման գործընթաց

SO 3 2- + 2OH - - 2e - \u003d SO 4 2- + H 2 O ¦1 նվազեցնող նյութ, օքսիդացման գործընթաց

Գրենք իոնային և մոլեկուլային հավասարումներըՀաշվի առնելով օքսիդացնող և վերականգնող նյութի գործակիցները.

SO 3 2- + 2MnO 4 - + 2OH - \u003d 2MnO 4 2- + SO 4 2- + H 2 O

Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + H 2 O \u003d 2K 2 MnO 4 + 3Na 2 SO 4 + 2KOH

Պետք է նշել, որ ոչ միշտ օքսիդացնող նյութի և վերականգնող նյութի առկայության դեպքում կարող է առաջանալ ինքնաբուխ OVR: Հետևաբար, համար քանակական բնութագրերօքսիդացնող և վերականգնող նյութի ուժը և ռեակցիայի ուղղությունը որոշելու համար օգտագործեք ռեդոքսի պոտենցիալների արժեքները:

Կատեգորիաներ,

Վերականգնողներ	Օքսիդացնողներ
մետաղներ, ջրածին, ածուխ	հալոգեններ
ածխածնի երկօքսիդ (II) CO	մանգանի օքսիդ (VII) - Mn 2 O 7
ջրածնի սուլֆիդ H 2 S	մանգանի (IV) օքսիդ - MnO 2
նատրիումի սուլֆիդ Na 2 S	կալիումի պերմանգանատ - KMnO 4
ծծմբի օքսիդ (IV) - SO 2	կալիումի մանգանատ - K 2 MnO 4
ծծմբաթթու - H 2 SO 3 և դրա աղերը	քրոմի օքսիդ (VI) - CrO 3
նատրիումի թիոսուլֆատ - Na 2 S 2 O 3	կալիումի քրոմատ - K 2 CrO 4
hydroiodic թթու - HI	կալիումի երկքրոմատ - K 2 Cr 2 O 7
հիդրոբրոմաթթու - HBr աղաթթու - HCl անագ (II) քլորիդ - SnCl 2 երկաթ (II) սուլֆատ - FeSO 4 մանգան (II) սուլֆատ - MnSO 4 քրոմի սուլֆատ (III) - Cr 2 (SO 4) 3 ազոտային թթու - HNO 2 ամոնիակ NH 3 հիդրազին N 2 H 4 ազոտի օքսիդ (II) NO ֆոսֆորաթթու - H 3 PO 3 օրթոարսենաթթու - H 3 AsO 3 կալիումի հեքսացիանոֆերատ (II) - K 4	ազոտական ​​թթու - HNO 3 թթվածին - O 2 օզոն - O 3 ջրածնի պերօքսիդ - H 2 O 2 ծծմբաթթու - H 2 SO 4 (խտ.) սելենաթթու - H 2 SeO 4 պղնձի (II) օքսիդ - CuO արծաթի օքսիդ (I) - Ag 2 O կապարի (IV) օքսիդ - PbO 2 ազնիվ մետաղի իոններ (Ag+, Au 3+ և այլն) նատրիումի բիսմուտատ - NaBiO 3 ամոնիումի պերսուլֆատ - (NH 4) 2 S 2 O 8 կալիումի հեքսացիանոֆերատ (III) -K 3 երկաթ (III) քլորիդ - FeCl 3 հիպոքլորիտներ, քլորատներ, պերքլորատներ aqua regia խտացված ազոտային և հիդրոֆտորաթթուների խառնուրդ

9.3. Շրջակա միջավայրի ազդեցությունը ռեդոքս ռեակցիաների վրա

Շրջակա միջավայրի բնույթը (թթվային, չեզոք, ալկալային) ազդում է OVR-ի վրա: Տարբեր միջավայրերում նույն նյութերի փոխազդեցությունը կարող է տարբեր ապրանքներ առաջացնել: Մենք դրանում համոզվեցինք 9.1 բաժնում դիտարկված օրինակներով, որտեղ օքսիդացնող նյութը պերմանգանատ է՝ MnO իոն.

օքսիդացված ձև վերականգնված ձևը

թթու միջին Mn 2+ b / c կամ թեթևակի վարդագույն

pH  7 գունազարդման լուծույթ

7 չեզոք միջավայր +4

MnO pH  7 MnO 2 (շագանակագույն նստվածք)

ալկալային միջավայր (MnO 4) 2- (կանաչ գույն

pH  7 լուծույթ)

Պերմանգանատ իոնը թթվային միջավայրում ավելի մեծ չափով օքսիդացնող հատկություն է ցուցաբերում (օքսիդացման աստիճանի ավելի մեծ նվազում):

Սովորաբար լուծույթում թթվային միջավայր ստեղծելու համար, ծծմբաթթու. Ազոտական ​​և աղաթթուները հազվադեպ են օգտագործվում. առաջինն ինքնին օքսիդացնող նյութ է, երկրորդը կարող է օքսիդացվել։ Ալկալային միջավայր ստեղծելու համար օգտագործվում են կալիումի կամ նատրիումի հիդրօքսիդի լուծույթներ։

Եկեք դիտարկենք միջավայրի ազդեցության օրինակներ ջրածնի պերօքսիդի հետ կապված ռեակցիայի ընթացքի վրա: Ջրածնի պերօքսիդը, կախված միջավայրից, կրճատվում է ըստ սխեմայի.

թթվային pH - 7

H 2 O 2 + 2H + + 2e - = H 2 O

չեզոք միջավայր

ալկալային միջավայր H 2 O 2 + 2e - \u003d 2OH -

Այստեղ H 2 O 2-ը հանդես է գալիս որպես օքսիդացնող նյութ: Օրինակ:

2FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 2 H 2 O

2 Fe 2+ - e - \u003d Fe 3+

1 H 2 O 2 + 2H + + 2e \u003d 2 H 2 O

2Fe 2+ + H 2 O 2 + 2H + = 2Fe 3+ + 2 H 2 O

Այնուամենայնիվ, շատ ուժեղ օքսիդացնող նյութի հետ, ինչպիսին է KMnO 4-ը, ջրածնի պերօքսիդը փոխազդում է որպես վերականգնող նյութ.

H 2 O 2 - 2e - \u003d O 2 + 2H +

Օրինակ:

5 H 2 O 2 + 2 KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5 O 2 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O

5 H 2 O 2 - 2e - \u003d O 2 + 2H +

2 MnO - 4 + 8H + + 5e = Mn 2+ + 4H 2 O

5 H 2 O 2 + 2 MnO - 4 + 6H + = 5 O 2 + 2 Mn 2+ + 8H 2 O

Քրոմն իր միացություններում ունի կայուն ս.դ. (+6) և (+3): Առաջին դեպքում քրոմի միացությունները (քրոմատ, երկքրոմատ իոններ) ցուցաբերում են օքսիդացնող նյութերի հատկություններ, երկրորդում՝ վերականգնող նյութեր։ Քրոմատը և երկքրոմատ իոնները ուժեղ օքսիդացնող նյութեր են, դրանք վերածվում են Cr 3+ միացությունների.

օքսիդացված ձև վերականգնված ձևը

Redox ռեակցիաների հավասարումների կազմում

OVR հավասարումը գրելու համար անհրաժեշտ է, առաջին հերթին, իմանալ, թե որ նյութերն են առաջանում ռեակցիայի արդյունքում։ Ընդհանուր դեպքում այս հարցը լուծվում է փորձարարական եղանակով։ Այնուամենայնիվ, տարբեր օքսիդացնող և վերականգնող նյութերի քիմիական առանձնահատկությունների իմացությունը հաճախ հնարավորություն է տալիս բավականին հուսալիորեն (թեև ոչ 100% երաշխիքով) կանխատեսել փոխազդեցության արտադրանքի կազմը:

Եթե ​​ռեակցիայի արտադրանքները հայտնի են, ապա ռեակցիայի հավասարման ստոյխիոմետրիկ գործակիցները կարելի է գտնել՝ հավասարեցնելով օքսիդանտի ատոմների կողմից ավելացված և վերականգնող նյութի ատոմների կողմից կորցրած էլեկտրոնների թիվը։ OVR հավասարումների մեջ գործակիցների ընտրության երկու եղանակ է օգտագործվում՝ էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը և իոն-էլեկտրոն հավասարակշռության մեթոդը։ Դիտարկենք այս մեթոդները.

Մեթոդը հիմնված է քիմիական ռեակցիայի ժամանակ էլեկտրական լիցքի պահպանման սկզբունքի վրա, որի արդյունքում նյութերը փոխազդում են այնպիսի հարաբերակցությամբ, որն ապահովում է էլեկտրոնների քանակի հավասարությունը, որոնք տրված են վերականգնող նյութի բոլոր ատոմների կողմից և կցված բոլորի կողմից: օքսիդացնող նյութի ատոմները. Գործակիցները ընտրելու համար խորհուրդ է տրվում օգտագործել հետևյալ ալգորիթմը.

1. Գրեք OVR սխեման (մեկնարկային նյութեր և ռեակցիայի արտադրանք):

2. Որոշե՛ք այն տարրերը, որոնց օքսիդացման վիճակը փոխվում է ռեակցիայի ընթացքում:

3. Կազմե՛ք օքսիդացման և նվազման գործընթացների գծապատկերներ:

4. Գտե՛ք օքսիդացնող ատոմների կողմից կցված և վերականգնող նյութի ատոմների կողմից կորցրած էլեկտրոնների թիվը հավասարեցնող գործոնները (հավասարակշռող գործոններ): Դա անելու համար գտե՛ք ամենաքիչ ընդհանուր բազմապատիկը էլեկտրոնների համար, որոնք կցված են օքսիդացնող նյութի մեկ ատոմով և տրվում են վերականգնող նյութի մեկ ատոմով. Հավասարակշռող գործոնները հավասար կլինեն նվազագույն ընդհանուր բազմապատիկին՝ բաժանված միացված էլեկտրոնների (օքսիդացնող նյութի համար) և նվիրաբերված էլեկտրոնների (վերականգնող նյութի համար) քանակի վրա։

5. Որոշել և հավասարման մեջ մուտքագրել տարրեր պարունակող նյութերի գործակիցները, որոնց օքսիդացման վիճակը փոխվում է (հղման գործակիցներ)՝ հավասարակշռող գործոնները բաժանելով նյութի բանաձևային միավորի օքսիդացնող կամ վերականգնող նյութի ատոմների թվի վրա։ Եթե ​​գործակիցը ամբողջ թիվ չէ, ապա հավասարակշռող գործոնները պետք է ավելացվեն անհրաժեշտ քանակով:

6. Գտեք և դասավորեք լրացուցիչ գործակիցներ, որոնք հավասարեցնում են օքսիդացման վիճակը չփոխված ատոմների թիվը (բացառությամբ ջրածնի և թթվածնի); միևնույն ժամանակ, եթե միջավայրը թթվային է, նախ հավասարեցրեք մետաղի ատոմները, իսկ հետո թթուների անիոնները, եթե միջավայրը ալկալային է կամ չեզոք, հակառակը։

7. Հավասարեցրեք ջրածնի ատոմների թիվը՝ անհրաժեշտության դեպքում ավելացնելով ջուր հավասարման աջ կամ ձախ կողմում:

8. Ստուգեք՝ արդյոք ճիշտ են ընտրված թթվածնի գործակիցները:

Դիտարկենք, որպես օրինակ, կալիումի պերմանգանատի և երկաթի (II) սուլֆատի փոխազդեցության հավասարման ձևակերպումը ծծմբաթթվային միջավայրում՝ ըստ առաջարկվող ալգորիթմի փուլերի.

1. KMnO 4 + FeSO 4 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4

2. KMn +7 O 4 + Fe +2 SO 4 + H 2 S0 4 → Mn +2 SO 4 + Fe(SO 4) 3 + K 2 SO 4

3. Fe +2 - 1e - = Fe +3 (օքսիդացում)

Mn +7 +5e - = Mn +2 (վերականգնում)

4. Fe +2 - 1e - = Fe +3 │5 │ 10

Mn +7 + 5e - = Mn +2 │1 │2

5. Հղման գործակիցներ՝ KMnO 4-ով - 2:1=2, FeSO 4-ով - 10:1=10, MnSO 4-ով - 2:1=2, Fe 2-ով (SO 4) 3 - 10:2=5:

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + H 2 SO 4 → 2MnSO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4

6. Միջավայրը թթվային է, ուստի նախ հավասարեցնում ենք կալիումի ատոմները, ապա սուլֆատ իոնները։

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 5H 2 SO 4 → 2MnSO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4

7. Քանի որ հավասարման ձախ կողմը պարունակում է 10 ջրածնի ատոմ, մենք աջ կողմում ավելացնում ենք ջրի 5 մոլեկուլ.

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 5H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 5H 2 O

8. Հավասարման աջ և ձախ մասերում թթվածնի ատոմների թիվը (բացառությամբ սուլֆատ իոնների մեջ ներառված թթվածնի) 8 է։ Գործակիցները ճիշտ են ընտրված։

Երբ տեղի է ունենում OVR, կարող են լինել դեպքեր, երբ օքսիդացնող նյութը կամ վերականգնող նյութը մասամբ ծախսվում է օքսիդացման կամ նվազեցման արտադրանքները կապելու վրա՝ առանց համապատասխան տարրի օքսիդացման վիճակը փոխելու: Այս դեպքում երկակի ֆունկցիա ունեցող նյութի գործակիցը հավասար է հղման և լրացուցիչ գործակիցների գումարին և լրացվում է հավելյալ գործակիցը գտնելուց հետո հավասարման մեջ։ Այսպիսով, ցինկի և շատ նոսր ազոտաթթվի միջև ռեակցիան ընթանում է ըստ հավասարման

4Zn + 10HNO 3 \u003d 4Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

Zn 0 - 2e - = Zn +2 │4

N +5 + 8e - = N -3 │1

Ինչպես հետևում է ռեդոքսային սխեմաներից, ցինկի չորս ատոմների օքսիդացման համար անհրաժեշտ է մեկ ազոտաթթվի մոլեկուլ (HNO 3-ի համար հղման գործակիցը 1 է); Այնուամենայնիվ, ցինկի նիտրատի չորս մոլեկուլների և ամոնիումի նիտրատի մեկ մոլեկուլների ձևավորման համար անհրաժեշտ է ևս ինը HNO 3 մոլեկուլ, որոնք արձագանքում են առանց ազոտի օքսիդացման վիճակը փոխելու (հավելյալ գործակից HNO 3 - 9-ի համար): Ըստ այդմ, ռեակցիայի հավասարման մեջ ազոտաթթվի գործակիցը հավասար կլինի 10-ի, և հավասարման աջ կողմում պետք է մուտքագրվի ջրի 3 մոլեկուլ:

Եթե ​​նյութերից մեկը միաժամանակ կատարում է և՛ օքսիդացնող, և՛ վերականգնող նյութի ֆունկցիա (անհամաչափության ռեակցիաներ) կամ հանդիսանում է և՛ օքսիդացման, և՛ նվազեցման արտադրանք (հականհամաչափության ռեակցիաներ), ապա այս նյութի գործակիցը հավասար է գումարի: օքսիդացնող և վերականգնող նյութի հղման գործակիցները. Օրինակ, ալկալային միջավայրում ծծմբի անհամաչափության ռեակցիայի հավասարման մեջ ծծմբի գործակիցը երեքն է։

3S 0 + 6NaOH \u003d Na 2 S +4 O 3 + Na 2 S -2 + 3H 2 O

S - 4e - = S +4 │1

S + 2e - = S -2 │2

Երբեմն OVR-ի ընթացքում նկատվում է ավելի քան երկու տարրերի օքսիդացման վիճակի փոփոխություն. այս դեպքում հավասարման գործակիցները կարող են եզակիորեն որոշվել, եթե բոլոր օքսիդացնող նյութերը կամ բոլոր վերականգնիչները մեկ մոլեկուլի մաս են կազմում: Այս դեպքում ռացիոնալ է հաշվարկել նվիրաբերված կամ կցված էլեկտրոնները տվյալ օքսիդացնող կամ վերականգնող նյութեր պարունակող նյութի բանաձևային միավորի համար: Որպես օրինակ դիտարկենք մկնդեղի(III) սուլֆիդի փոխազդեցությունը ազոտաթթվի հետ՝ ըստ վերը նշված ալգորիթմի փուլերի։

1. Որպես 2 S 3 + HNO 3 → H 3 AsO 4 + H 2 SO 4 + NO

2. AsS+ HN +5 O 3 → H 3 As +5 O 4 + H 2 S +6 O 4 + N +2 O

Ռեակցիան ներառում է երկու վերականգնող նյութեր (As +3 և S-2) և մեկ օքսիդացնող նյութ (N +5):

3. N +5 + 3e - = N +2 │28

Որպես 2 S 3 - 28e - \u003d 2As +5 + 3S +6 │ 3

4. Ամենափոքր ընդհանուր բազմապատիկը` 84, հավասարակշռող գործոնները` 28 և 3:

5. 3As 2 S 3 + 28HNO 3 → 6H 3 AsO 4 + 9H 2 SO 4 + 28NO

6. Լրացուցիչ գործակիցներ չկան։

7. Ջրի մոլեկուլները պետք է մուտքագրվեն հավասարման ձախ կողմում.

3As 2 S 3 + 28HNO 3 + 4H 2 O \u003d 6H 3 AsO 4 + 9H 2 SO 4 + 28NO

8. Թթվածնի ատոմների թիվը հավասարման և ձախ և աջ կողմերում 88 է։ Գործակիցները ճիշտ են ընտրված։

Եթե ​​OVR-ում ներգրավված են օրգանական նյութեր, ապա դրանց համար օքսիդացման վիճակները որոշված ​​չեն, քանի որ այս դեպքում յուրաքանչյուր ատոմ կարող է ունենալ իր օքսիդացման վիճակի արժեքը, և հաճախ ոչ ամբողջ թիվ: Նման ռեակցիաների ռեդոքսային սխեմաներ կազմելիս պետք է հետևել հետևյալ կանոններին.

1. թթվածնի ատոմի ավելացումը նույնական է մոլեկուլի կողմից երկու էլեկտրոնի կորստի հետ.

2. թթվածնի ատոմի կորուստը նույնական է երկու էլեկտրոնի ավելացմանը.

3. ջրածնի ատոմի ավելացումը նույնական է մեկ էլեկտրոնի ավելացմանը.

4. Ջրածնի ատոմի կորուստը նույնական է մեկ էլեկտրոնի կորստի հետ:

Ստորև, որպես օրինակ, տրված է էթիլային սպիրտի կալիումի երկքրոմատով օքսիդացման ռեակցիայի հավասարումը.

3C 2 H 5 OH + 2K 2 Cr 2 O 7 + 8H 2 SO 4 \u003d 3CH 3 COOH + 2Cr 2 (SO 4) 3 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O

C 2 H 5 OH + [O] - 2 [H] - 4e - \u003d 3CH 3 COOH │3

Cr +6 + 3e - = Cr +3 │4

Էթիլային սպիրտի վերածումը քացախաթթվի պահանջում է թթվածնի ատոմի ավելացում և ջրածնի երկու ատոմների կորուստ, ինչը համապատասխանում է չորս էլեկտրոնի կորստին։

Էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը ունիվերսալ մեթոդ է, որը կիրառելի է ցանկացած OVR-ի համար, որը տեղի է ունենում գազային փուլում, խտացված համակարգերում և լուծույթներում: Մեթոդի թերությունն այն է, որ այս տեխնիկան ֆորմալ է և գործում է իրականում գոյություն չունեցող մասնիկների հետ (Mn +7, N +5 և այլն):