Жартылай реакция әдісі: алгоритм

2024 Автор: Angel Austin | [email protected]. Соңғы өзгертілген: 2023-12-17 05:33

Әрекеттесуші қосылыстар түзетін атомдардың тотығу дәрежелерінің өзгеруімен көптеген химиялық процестер жүреді. Тотығу-тотықсыздану түріндегі реакциялардың теңдеулерін жазу көбінесе заттардың әрбір формуласының алдында коэффициенттерді орналастыруда қиындықтармен қатар жүреді. Осы мақсаттар үшін зарядты бөлудің электронды немесе электронды-иондық балансына байланысты әдістер әзірленді. Мақалада теңдеулерді жазудың екінші жолы егжей-тегжейлі сипатталған.

Жартылай реакция әдісі, нысан

Коэффициент факторларының таралу электрон-иондық балансы деп те аталады. Әдіс әртүрлі рН мәндері бар еріген ортадағы теріс зарядталған бөлшектердің аниондар немесе катиондар арасында алмасуына негізделген.

Тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш типті электролиттердің реакцияларына теріс немесе оң зарядты иондар қатысады. Молекулалық-иондық теңдеулертүрлері, жартылай реакциялар әдісіне негізделген, кез келген процестің мәнін анық дәлелдейді.

Тепе-теңдікті қалыптастыру үшін иондық бөлшектер ретінде күшті байланыс электролиттерінің арнайы белгіленуі, ал әлсіз қосылыстар, газдар және диссоциацияланбаған молекулалар түріндегі тұнбалар қолданылады. Схеманың бөлігі ретінде олардың тотығу дәрежесі өзгеретін бөлшектерді көрсету қажет. Баланстағы еріткіш ортаны анықтау үшін қышқыл (H⁺), сілтілі (OH^-) және бейтарап (H_{2)O) шарттар.}

Ол не үшін қолданылады?

OVR-де жартылай реакция әдісі тотығу және тотықсыздану процестері үшін иондық теңдеулерді бөлек жазуға бағытталған. Соңғы баланс олардың қосындысы болады.

Орындау қадамдары

Жартылай реакция әдісінің өзіндік жазу ерекшеліктері бар. Алгоритм келесі кезеңдерді қамтиды:

- Бірінші қадам барлық әрекеттесуші заттардың формулаларын жазу болып табылады. Мысалы:

H₂S + KMnO₄ + HCl

- Содан кейін әрбір құрамдас процестің химиялық тұрғысынан функциясын орнату керек. Бұл реакцияда KMnO₄ тотықтырғыш ретінде әрекет етеді, H₂S тотықсыздандырғыш, ал HCl қышқыл ортаны анықтайды.

- Үшінші қадам – атомдары тотығу дәрежелері өзгеретін электролиттік потенциалы күшті иондық әрекеттесетін қосылыстардың формулаларын жаңа жолдан жазу. Бұл әрекеттесуде MnO₄^- тотықтырғыш ретінде әрекет етеді, H₂Sтотықсыздандырғыш реагент және H⁺ немесе оксоний катионы H₃O⁺ қышқыл ортаны анықтайды. Газ тәрізді, қатты немесе әлсіз электролиттік қосылыстар толық молекулалық формулалармен өрнектеледі.

Бастапқы компоненттерді біле отырып, қандай тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш реагенттер сәйкесінше тотықсыздандырылған және тотықтырылған түрге ие болатынын анықтауға тырысыңыз. Кейде соңғы заттар қазірдің өзінде шарттарда орнатылады, бұл жұмысты жеңілдетеді. Келесі теңдеулер H₂S (күкіртті сутегі) S (күкірт) және MnO₄ ^{анионына ауысуын көрсетеді. -- Mn катион}2+.

Сол және оң бөліктердегі атомдық бөлшектерді теңестіру үшін қышқыл ортаға сутегі H⁺ катионы немесе молекулалық су қосылады. Сілтілік ерітіндіге OH^- немесе H₂O.

гидроксид иондары қосылады.

MnO₄^-→ Mn²⁺

Ерітіндіде манганат иондарының оттегі атомы H⁺ бірге су молекулаларын құрайды. Элементтердің санын теңестіру үшін теңдеу келесі түрде жазылады: 2^{O + Mn}2+.

Одан кейін электрлік теңгерімдеу жүргізіледі. Ол үшін сол жақ бөлікте зарядтардың жалпы сомасын қарастырыңыз, ол +7 болып шығады, содан кейін оң жағында +2 шығады. Процесті теңестіру үшін бастапқы заттарға бес теріс бөлшек қосылады: 8H⁺ + MnO₄^-+ 5e ^- → 4H₂O + Mn²⁺. Бұл жартылай реакцияның төмендеуіне әкеледі.

Енді атомдар санын теңестіру үшін тотығу процесі жүреді. Бұл үшін оң жақтасутегі катиондарын қосыңыз: H₂S → 2H⁺ + S.

Зарядтар теңестірілгеннен кейін: H₂S -2e^- → 2H⁺ + S. Бастапқы қосылыстардан екі теріс бөлшек алынғанын көруге болады. Бұл тотығу процесінің жартылай реакциясы болып шықты.

Екі теңдеуді бағанға жазып, берілген және алынған алымдарды теңестіріңіз. Ең кіші еселіктерді анықтау ережесіне сәйкес әрбір жартылай реакцияға көбейткіш таңдалады. Тотығу және тотықсыздану теңдеуі оған көбейтіледі.

Енді сол және оң жақтарын қосып, электрон бөлшектерінің санын азайту арқылы екі балансты қосуға болады.

8H⁺ + MnO₄^- + 5e^-→ 4H₂O + Mn²⁺ |2

H₂S -2e^- → 2H⁺ + S |5

16H⁺ + 2MnO₄^- + 5H₂ S → 8H₂O + 2Mn²⁺ + 10H⁺ + 5S

Алынған теңдеуде H⁺ санын 10-ға азайтуға болады: 6H⁺ + 2MnO₄ ^- + 5H₂S → 8H₂O + 2Mn ²⁺ + 5S.

Оттегі атомдарының стрелкаға дейін және одан кейінгі санын санау арқылы ион балансының дұрыстығын тексеру, ол 8-ге тең. Сондай-ақ баланстың соңғы және бастапқы бөліктерінің зарядтарын тексеру қажет: (+6) + (-2)=+4. Барлығы сәйкес келсе, ол дұрыс.

Жартылай реакция әдісі иондық белгілерден молекулалық теңдеуге көшумен аяқталады. Әрбір аниондық жәнетепе-теңдіктің сол жағының катиондық бөлшектері, зарядтағы қарама-қарсы ион таңдалады. Содан кейін олар бірдей мөлшерде оң жаққа ауыстырылады. Енді иондарды тұтас молекулаларға біріктіруге болады.

6H⁺ + 2MnO₄^- + 5H₂ S → 8H₂O + 2Mn²⁺ + 5S

6Cl^- + 2K⁺ → 6Cl^- + 2K ⁺

H₂S + KMnO₄ + 6HCl → 8H₂O + 2MnCl ₂ + 5S + 2KCl.

Алгоритмі молекулалық теңдеуді жазуға дейін созылатын жартылай реакциялар әдісін электронды түрдегі баланстарды жазумен бірге қолдануға болады.

Тотықтырғыштарды анықтау

Бұл рөл теріс зарядталған электрондарды қабылдайтын иондық, атомдық немесе молекулалық бөлшектерге жатады. Тотықтыратын заттар реакцияларда тотықсыздануға ұшырайды. Оларда оңай толтырылатын электронды тапшылық бар. Мұндай процестерге тотығу-тотықсыздану жартылай реакциялары жатады.

Барлық заттардың электрондарды қабылдау қабілеті бола бермейді. Күшті тотықтырғыштарға мыналар жатады:

• галоген өкілдері;
• азот, селен және күкірт сияқты қышқыл;
• калий перманганаты, бихромат, манганат, хромат;
• марганец және қорғасынның төрт валентті оксидтері;
• күміс және алтын иондық;
• газ тәрізді оттегі қосылыстары;
• екі валентті мыс және бір валентті күміс оксидтері;
• құрамында хлор бар тұз компоненттері;
• корольдік арақ;
• сутегі асқын тотығы.

Тотықсыздандырғыштарды анықтау

Бұл рөл теріс заряд беретін иондық, атомдық немесе молекулалық бөлшектерге жатады. Реакцияларда тотықсыздандырғыш заттар электрондар жойылған кезде тотықтырғыш әрекетке ұшырайды.

Қалпына келтіретін қасиеттері бар:

• көп металдардың өкілдері;
• күкірт төрт валентті қосылыстар және күкіртсутек;
• галогенді қышқылдар;
• темір, хром және марганец сульфаттары;
• қалайы екі валентті хлориді;
• азот қышқылы, екі валентті оксид, аммиак және гидразин сияқты құрамында азот бар реагенттер;
• табиғи көміртек және оның екі валентті оксиді;
• сутегі молекулалары;
• фосфор қышқылы.

Электронды-иондық әдістің артықшылықтары

Тотығу-тотықсыздану реакцияларын жазу үшін электронды түрдегі балансқа қарағанда жартылай реакция әдісі жиі қолданылады.

Бұл электронды-иондық әдістің артықшылықтарына байланысты:

1. Теңдеуді жазғанда ерітіндіде бар нақты иондар мен қосылыстарды қарастырыңыз.
2. Алғашында сізде пайда болатын заттар туралы ақпарат болмауы мүмкін, олар соңғы кезеңде анықталады.
3. Тотығу дәрежесі туралы деректер әрқашан қажет емес.
4. Әдістің арқасында жартылай реакцияларға қатысатын электрондардың санын, ерітіндінің рН қалай өзгеретінін білуге болады.
5. Ерекшелікпроцестер және алынған заттардың құрылымы.

Қышқыл ерітіндісіндегі жартылай реакциялар

Сутегі иондарының артық мөлшерімен есептеулерді жүргізу негізгі алгоритмге бағынады. Қышқылдық ортадағы жартылай реакциялар әдісі кез келген процестің құрамдас бөліктерін жазудан басталады. Содан кейін олар атомдық және электрондық зарядтардың тепе-теңдігімен иондық түрдегі теңдеулер түрінде өрнектеледі. Тотықтырғыш және тотықсыздандырғыш сипаттағы процестер бөлек жазылады.

Атомдық оттегін оның артық мөлшерімен реакция бағыты бойынша теңестіру үшін сутегі катиондары енгізіледі. H⁺ мөлшері молекулалық суды алу үшін жеткілікті болуы керек. Оттегінің жетіспеушілігі бағытында H₂O.

Одан кейін сутегі атомдары мен электрондардың тепе-теңдігін орындаңыз.

Олар коэффициенттердің орналасуымен көрсеткіге дейінгі және кейінгі теңдеулердің бөліктерін қорытындылайды.

Бірдей иондар мен молекулаларды азайтыңыз. Жетіспейтін анионды және катионды бөлшектер жалпы теңдеуде бұрыннан тіркелген реагенттерге қосылады. Олардың көрсеткіден кейінгі және алдындағы саны сәйкес болуы керек.

OVR теңдеуі (жартылай реакция әдісі) молекулалық түрдің дайын өрнегін жазғанда орындалды деп есептеледі. Әрбір компонентте белгілі бір көбейткіш болуы керек.

Қышқыл орталарға арналған мысалдар

Натрий нитритінің хлор қышқылымен әрекеттесуі натрий нитраты мен тұз қышқылының түзілуіне әкеледі. Коэффициенттерді реттеу үшін жартылай реакциялар әдісі қолданылады, теңдеулерді жазу мысалдарықышқыл ортаны көрсетумен байланысты.

NaNO₂ + HClO₃ → NaNO₃ + HCl

ClO₃^- + 6H⁺ + 6e^- → 3H₂O + Cl^- |1

NO₂^- + H₂O – 2e^- → ЖОҚ₃^- +2H⁺ |3

ClO₃^- + 6H⁺ + 3H₂ O + 3NO₂^- → 3H₂O + Cl ^- + 3NO₃^- +6H⁺

ClO₃^- + 3NO₂^{-→ Cl}- ^{+ 3NO}3-

3Na⁺ + H⁺ → 3Na⁺ + H ⁺

3NaNO₂ + HClO₃ → 3NaNO₃ + HCl.

Бұл процесте нитриттен натрий нитраты, ал хлор қышқылынан тұз қышқылы түзіледі. Азоттың тотығу дәрежесі +3-тен +5-ке дейін өзгереді, ал хлор заряды +5 -1 болады. Екі өнім де тұнбаға түспейді.

Сілтілік орта үшін жартылай реакциялар

Артық гидроксид иондарымен есептеулер жүргізу қышқыл ерітінділерге арналған есептеулерге сәйкес келеді. Сілтілік ортадағы жартылай реакциялар әдісі де процестің құрамдас бөліктерін иондық теңдеулер түрінде өрнектеуден басталады. Атомдық оттегінің санын теңестіру кезінде айырмашылықтар байқалады. Сонымен, молекулалық су оның артықшылығымен реакция жағына, ал қарсы жағына гидроксид аниондары қосылады.

H₂O молекуласының алдындағы коэффициент көрсеткіден кейінгі және алдыңғы және OH^{- үшін оттегі мөлшерінің айырмашылығын көрсетедіиондары екі еселенеді. Тотығу кезіндетотықсыздандырғыш ретінде әрекет ететін реагент гидроксил аниондарынан O атомдарын жояды.}

Жартылай реакциялар әдісі қышқылдық артығы бар процестермен сәйкес келетін алгоритмнің қалған қадамдарымен аяқталады. Соңғы нәтиже молекулалық теңдеу болып табылады.

Сілтілі мысалдар

Йодты натрий гидроксидімен араластырғанда натрий йодиді және йодаты, су молекулалары түзіледі. Процестің тепе-теңдігін алу үшін жартылай реакция әдісі қолданылады. Сілтілік ерітінділердің мысалдарының атомдық оттегінің теңестірілуіне байланысты өзіндік ерекшеліктері бар.

NaOH + I₂ →NaI + NaIO₃ + H₂O

I + e^- → I^- |5

6OH^- + I - 5e^- → I^- + 3H 2_{O + IO}3- ^|1

I + 5I + 6OH^- → 3H₂O + 5I^- + IO ₃^-

6Na⁺ → Na⁺ + 5Na⁺

6NaOH + 3I₂ →5NaI + NaIO₃ + 3H₂O.

Реакция нәтижесі молекулалық йодтың күлгін түсінің жоғалуы болып табылады. Бұл элементтің тотығу дәрежесінің 0-ден -1 және +5-ке дейін натрий иодиді мен йодат түзілуімен өзгеруі байқалады.

Бейтарап ортадағы реакциялар

Әдетте бұл тұздардың гидролизі кезінде аздап қышқыл (рН 6-дан 7-ге дейін) немесе сәл сілтілі (рН 7-ден 8-ге дейін) ерітіндінің түзілуімен жүретін процестердің атауы..

Бейтарап ортадағы жартылай реакция әдісі бірнеше түрде жазылғанопциялар.

Бірінші әдіс тұздың гидролизін есепке алмайды. Орта бейтарап ретінде қабылданады, ал көрсеткінің сол жағына молекулалық су тағайындалады. Бұл нұсқада бір жартылай реакция қышқыл, ал екіншісі сілтілі ретінде қабылданады.

Екінші әдіс рН мәнінің шамамен мәнін орнатуға болатын процестер үшін қолайлы. Содан кейін ион-электрондық әдіс бойынша реакциялар сілтілі немесе қышқыл ерітіндіде қарастырылады.

Бейтарап ортаның мысалы

Күкіртсутекті судағы натрий бихроматымен біріктіргенде күкірт, натрий және үш валентті хром гидроксидтерінің тұнбасы алынады. Бұл бейтарап ерітіндіге тән реакция.

Na₂Cr₂O₇ + H₂ S +H2O → NaOH + S + Cr(OH)₃

H₂S - 2e^- → S + H⁺ |3

7H₂O + Cr₂O₇^2- + 6e^- → 8OH^- + 2Cr(OH)₃ |1

7H₂O +3H₂S + Cr₂O ₇^2- → 3H⁺ +3S + 2Cr(OH)₃ +8OH^-. Сутегі катиондары мен гидроксид аниондары қосылып, 6 су молекуласын құрайды. Оларды оң және сол жағынан алып тастауға болады, артық бөлігін көрсеткі алдында қалдырады.

H₂O +3H₂S + Cr₂O ₇^2- → 3S + 2Cr(OH)₃ +2OH^-

2Na⁺ → 2Na⁺

Na₂Cr₂O₇ + 3H₂ S +H₂O → 2NaOH + 3S + 2Cr(OH)₃

Реакция соңында көк хром гидроксиді мен сары тұнба пайда болады.натрий гидроксиді бар сілтілі ерітіндідегі күкірт. S элементінің -2-мен тотығу дәрежесі 0-ге, ал +6-мен хром заряды +3-ке айналады.