Дебиеттер тізімі 8 страница

Cr(OH)₃ HCrO₂ H₂CrO₄ H₂Cr₂O₇

Cr₂(SO₄)₃ KCrO₂ K₂CrO₄(pH>7) K₂Cr₂O₇(pH<7)

pH<7 pH>7

7N 1S²2S²p³

↑↓

↓

↓

↓

тотықсыздандырғышN^-3 N⁰ N⁺¹ N⁺² N⁺³ N⁺⁴ N⁺⁵ тотықтырғыш

NH₃ N₂ N₂O NO N₂O₃ NO₂ N₂O₅

HNO₂ HNO₃

KNO₂ КNO₃

(HNO₂+HNO₃)

Сонымен, Сr⁺⁶ тек тотықтырғыш, ол 3 «ең-ды қосып алады. Тек K₂Cr₂O₇ молекуласында екі Сr⁺⁶, болғандықтан, ол барлығы 6 «ең қосып алады.

Азот N⁺³ – бұл жағдайда 2 «ең қосып алып, N⁺⁴ емес N⁺⁵-ке айналады, себебі N⁺⁴ екі қышқылға бірдей жатады. Ол күрделі оксид 4NO₂ =N₂O₃+N₂O₅= N₄O₈ түзеді және жоғарыда айтылған жағдайда түзілмейді. Сонымен электрондық процесс мынадай болады:

2Сr⁺⁶+2*3e=2Cr⁺³ 1

N⁺³-2e=N⁺⁵ 3

Қосып алған «ең саны 6, ал беріп жіберген «ең саны 2. Екеуіне ортақ ең кішкентай сан 6, азот үшін коэффициент 6/2=3-ке тең болады.

Реакция нәтижесінде түзілген заттарды тек ережеге сәйкес жазу керек:

1) Сr⁺³ рН<7 ортада орта тұз – Сr₂(SO₄)₃ түзеді;

2) N⁺⁵ оттекпен тартылып ең жоғары қышқыл анионын NO₃^- түзеді, ал оның тұзы KNO₃;

3) K₂Cr₂O₇ құрамындағы K⁺ тұздың ыдырау нәтижесінде рН<7 SO₄^-2 анионымен орта тұз - K₂SO₄ түзеді;

4) рН<7 ортада K₂Cr₂O₇ құрамындағы оттекпен H₂SO₄ құрамындағы сутек су - Н₂О түзеді.

Сонымен, K₂Cr₂O₇+3KNO₂+4H₂SO_4(p)=Cr₂(SO₄)₃+3KNO₃+K₂SO₄+4H₂O

Табылған коэффициент 3 КNO₂ мен KNO₃-тің алдына қойылады, қалған коэффициенттер Ломоносов заңы бойынша, яғни атомдар балансы бойынша қойылады.

Бұл әдіс – «электрондық баланс әдісің деп аталады, бірақ әдіс өте дәл әдіс емес, себебі иондарды дұрыс көрсете алмайды. Мысалы: Cr⁺⁶ деген ион жоқ, Сr₂O₇^2- деген анион бар. Сол секілді N⁺³ жоқ, NO₂^- анион бар. Сондықтан ТТР-ның теңдігін құрастырудың басқа әдісі бар, ол электрондық – иондық байланыс әдісі немесе жартылай реакция әдісі.

K₂Cr₂O₇+3KNO₂+4H₂SO_4(p)=Cr₂(SO₄)₃+3KNO₃+K₂SO₄+4H₂O

Осы жоғарыда қаралған таныс реакцияны иондық байланыс әдісімен теңестіріп көрейік.

1) Cr₂O₇^2- →2Cr³⁺.

Бұл әдіс реакцияның оң және сол жақ бөліктеріндегі атомдар балансына әкеліп соғады. ТТР рН<7 ортада жүргендіктен суды қолдануға болады. Реакцияның оң жақ бөлігіне сол жақ бөлігіндегі оттегінің санына байланысты 7 моль су қосамыз:

Cr₂O₇^2-+14Н⁺+6е→2Сr³⁺+7Н₂О

+12 +6

Реакцияның оң жағында 14Н⁺ пайда болғандықтан сол жағын баланс үшін теңестіріп жазамыз. Енді зарядтар балансын тексереміз.

2) NO₂^-+H₂O-2e→NO₃^-+2H⁺

- +

Екінші теңдікте де сол жақта жетіспеген оттегі Н₂О көмегімен енгізіледі де оң жаққа 2Н⁺ қосыладф, зарядтар балансы (-2е).

Осы теңдіктерді қатар жазып беріп жіберген және қосып алған «ең балансы үшін қойылатын коэффициентті табамыз:

Cr₂O₇^2-+14Н⁺+6е=2Сr³⁺+7Н₂О

3 NO₂^-+H₂O-2e=NO₃^-+2H⁺

Коэффициентті 3-ке көбейтіп екі теңдікті біреу етіп жазамыз, ол үшін «+6ең мен «-6ең қысқартамыз:

Cr₂O₇^2- +14Н⁺+3NO₂^-+3H₂O =2Cr⁺³+7H₂O+ 3NO₃^- +6H⁺

8 4 3K⁺

2K⁺ 4SO₄^2- 3K⁺ 3SO₄^2- 2K⁺+SO₄^2-

Жетіспей тұрған K⁺ катионы мен SO₄^2- анионын қосып толық реакция теңдігін жазамыз:

K₂Cr₂O₇+4H₂SO₄+3KNO₂=Cr₂(SO₄)₃+4H₂O+3KNO₃+K₂SO₄

Иондық баланс әдісінің жетістігі:

1. ионның дұрыс түрін жазу (Сr⁺⁶ емес Cr₂О₇^-2);

2. судың дұрыс орны;

3. зат формулаларының алдына бірден коэффициенттері жазылады.

Негізгі әдебиет: [1] 225-232б; [2] – 246-267б; [3] - 251-259б; [4] – 230-251б; [5] – 143-148б; [6] – 184-188б.

Қосымша әдебиет: [8] – 58-67б.

Бақылау сұрақтары:

1. Тотығу дәрежесі дегеніміз не?

2. Қандай элементтердің атомдарында тұрақты тотығу дәрежесі бар?

3. «Тотығу-тотықсыздану реакцияларың деп қандай реакцияны айтамыз? Мысал келтіріңіз.

4. «Тотықтырғышң және «тотықсыздандырғышң дегеніміз не? Мысал келтіріңіз.

5. ТТР қандай түрлерін білесіз?

6. Электрондық баланс әдісі нені білдіреді?

7. ТТР теңдігін құруда ионды-электронды әдіс нені білдіреді? Электронды баланс әдісі алдында оның қасиеттерін атаңыз.

VІІІ. Дәріс тақырыбы: Электрохимияның негіздері (1 сағ.).

Дәріс конспектілері:

Электродтық потенциалдар. Сутектік жартылай элемент. Металдардың электрохимиялық қатары.

Сынаптан басқа металдардың құрылысы кристалды. Кристалдық тордың түйінінде атомдар немесе метал иондары болады. Металл пластинасын полярлы еріткіш суға батырса, метал пластинасы бет жағындағы электрондарын жоғалтады. Бұл кулондық тартылу күші нәтижесінде металл катионы мен пластинаға өзінің теріс жағымен орналасқан су диполі арасында болады. Металл катиондары суға кетеді де, пластина бетінде электрондар қалады және моноэлектрондық қабат түзеді. Пластина теріс зарядталады. Пластина бетіне моноиондық қабат түзген оң зарядталған гидратталған иондар тартылады.

Zn⁰-2е=Zn⁺²+H₂O [Zn(H₂O)_n]²⁺

Фазалардың электрод-ертінді арасында қос электрлі қабат түзіледі де потенциал j өсіп кетеді. Егер суды 1М металл тұзына ауыстырса (мысалы ZnSO₄), онда барлық параметрлер (m,t⁰) тұрақты болса, металл белгілі мөлшерде ериді және потенциалдық өсуі де тұрақты болады. 1М ертіндіде фазалар арасындағы түзілген потенциал металдың «стандартты электродтық потенциалың деп аталады және j⁰ деп белгіленеді. Барлық металдардың потенциалдары өлшенген және металдардың электрохимиялық активтілігінің қатары – кернеу қатары жасалған. Бұл қатар сілтілік металдардан басталады. Потенциалдары оң және теріс металдар потенциалы 0-ге тең сутекпен бөлінген

Lі	Rb	K	Cs	Ba	Ca	Na	Mg	Al	Mn
-3.045	-2.925	-2.925	-2.923	-2.90	-2.87	-2.71	-2.37	-1.7	-1.18
Zn	Cr	Fe	Cd	Co	Nі	Sn	Pb	H	Cu
-0.76	-0.74	-0.44	-0.40	-0.28	-0.25	-0.14	-0.13	±0	+0.34
Ag	Hg	Au
+0.80	+0.85	+1.50

Кернеу қатарынан екі жағдай туады: 1) сутекке дейін тұрған металдар тотықтырғыш емес қышқылдар құрамынан сутекті ығыстырып шығарады; 2) алдында (сол жақта) орналасқан металл кейін (оң жақта) тұрған металды ығыстырып шығарады.

1) Zn+2HCl=ZnCl₂+H₂

2) Cd+CuSO₄=CdSO₄+Cu.

Электродтық потенциалды өлшеу үшін сутектік жартылай элементті қолданады. Жартылай элемент – электродтан (металл пластинкасы) және электролит ертіндісінен тұратын жүйе. Сутектік жартылай элемент тегіс платина бетіне престелген платина үнтағын жаққан көптеген майда кеуектері бар платинадан және платина үнтағының майда кеуектеріне адсорбцияланған газ күйіндегі сутектен тұрады.

H₂

1М H₂SO₄

Осылардың бәрі иондарға – Н₂SO₄=2H⁺+SO₄^-2 диссоциацияланған 1М Н₂SO₄ ертіндісіне батырылады. Pt мен жанасқан ертіндінің газ-сұйықтық бөлінген арасында потенциал 2Н/2Н⁺ өсіп кетеді, яғни асқын потенциал туады. Оны өлшеу мүмкін емес, сондықтан оны j_Н2⁰=0,00В деп алады. Сутектің нөлге тең потенциалына салыстырылып металдардың потенциалдары өлшенген және ол «металл потенциалың деп бекітілген.

Гальваникалық элементтер теориясы

Екі жартылай элементтен тұратын жүйе «гальваникалық элементң деп аталады. Гальваникалық элементте бір электрод ериді, екіншіде металдар немесе сутегі катиондары тотықсызданады.

Мысалы:

Zn⁰ Zn⁺² Cu⁺² Cu⁰

Потенциал Zn E_Zn⁰= -0.76B, потенциал Cu E_Cu⁰= +0.34B.

Zn-электродының потенциалы теріс таңбалы болғандықтан ол активтілеу, ериді және электрондар цинк пластинасынан бірінші ретті өткізгіш пен өлшегіш құрал арқылы екінші мыс электродына ағады, онда мыс катиондары тотықсызданады (3 сурет).

Cu   1M CuSO₄

Zn KCl     1M ZnSO₄

Процестің химизмі: І ІІ

Zn⁰-2e=Zn²⁺, тотықсыздандырғыш.

Cu²⁺+2e=Cu⁰, тотықтырғыш.

Гальваникалық элементтің электр қозғаушы күші ЭҚК, яғни потенциалдар айырмашылығы УҚР ретінде табылады. ЭҚК =Е_т-ш-Е_{т-сызд-ш}, ЭҚК – мәні барлық уақытта оң таңбалы. Сонымен

эдс=E_Cu⁰ – E_Zn⁰ =+0.34-(-0.76)=1.1B.

Бірінші ыдыста мырыштың еруі Zn²⁺ концентрациясымен шектеледі, концентрациясы өте жоғары болғанда ертінді оң зарядталады да, процесс тоқтайды. Оны «оң полярлауң дейді.Екінші ыдыста уақыт өткен сайын SO₄^2- аниондары көбейеді. Мыс катиондары тотықсызданатындықтан теріс поляризация түзіледі және мұнда да процесс тоқтайды. «+ң және «-ң поляризация болғызбау үшін екі ыдыс U-тәрізді трубкамен қосылады. Осы трубка арқылы аниондар екінші ыдыстан бірінші ыдысқа ауысады, иондар тепе-теңдігі пайда болады да процесс ары қарай жүреді.

Егер тұздар концентрациясы 1М емес, басқалай болса, онда электродтар потенциалдары Нернст формуласын пайдаланып табылады. Оның көрінісі мынандай:

Тұрақтылар R,T,F мәнін қойып және ln=2.303lg есептеп, мынадай формула аламыз:

мұнда n – металл валенттілігі немесе электрондар саны.

Есеп: Fe/Fe²⁺(10^-3моль/л) // Sn²⁺(10^-1моль/л) / Sn жүйесінің Эқк-н табыңыз.

Нернст формуласын пайдаланып темір мен қалайының потенциалдарын табамыз::

УҚК=Е_Sn-Е_Fe=-0.169-(-0.527)=+0.358B

Гальваникалық элементтер – токтың химиялық көздері. Олар тотығу-тотықсыздану реакциялары арқылы электроток туғызады. Бұл реакциялар «электрохимиялық реакцияларң деп аталады.

Электролиз.

Электролиз процесі кезінде, керісінше тотығу-тотықсыздану процесі сыртқы ток көмегімен жүреді. Электролиз дегеніміз – электролит арқылы электроток өткенде жүретін тотығу-тотықсыздану процесі. Электролиз жүруі үшін электролиздер (пішіні кез-келген стакан, колба, көбінесе U-трубка және т.б.) және электродтар керек. Электрод ретінде өздері процеске қатыспайтын, яғни индифферентті тек электрондарды өткізетін престелген графит стержендер бола алады. Сонымен қатар, анодтық еру процесіне қатысатын метал стержендері де электрод болады. Электролит ретінде тұздардың судағы еітінділері мен балқымалары қызмет атқарады.

Электролит табиғатына және электролит материалына байланысты электролиздің үш түрі бар:

1) судағы ертіндінің индиффрентті электрод арқылы электролизі;

2) балқымалар электролизі;

3) еритін анодпен электролиз, яғни рафинадтау – металдарды тазалау.

І-түр – көмір стержені арқылы судағы ертінділердің электролизі.

Электролиздің металл (катион) потенциалына және табиғатына, анион потенциалына байланысты процестің төрт жағдайын байқауға болады:

Иондардың тотығу-тотықсыздануының ретін есте сақтау керек. Иондар катодта – теріс, электродта тотықсызданады, сондықтан «катодң деп аталады. Ал анодта аниондар тотығады, сондықтан «анодң деп аталады.

+ A

-

K

Катодта потенциалы оң катодтар тотықсызданады. Бұған металдардың кернеу қатарының аяғында орналасқан металл катиондары жатады:

Au^3+	Hg^2+	Ag^+	Cu^2+	H^+
+1.5	+0.85	0.80	+0.34	±0

Металдардың кернеу қатарының бас жағында орналасқан металл катиондары ешуақытта тотықсызданып бөлініп шықпайды, себебі олардан оңай потенциал нөлге немесе өте кішкентай теріс потенциалы бар Н⁺ катионы тотықсызданып бөлініп шығады. Сонымен Lі-ден Al-ге дейін сулы ортада металл бөлінбейді:

Lі^+	Rb^+	…	Al^3+
-3.045	-2.925		-1.7

H⁺(E_H2⁰=0.0B немесе Е⁰_{Н2 рН=7}= -0,41В).

рН=7 кезіндегі сутек потенциалын Нернст формуласы бойынша есептеп шығаруға болады:

Zn-тен Pb-ға дейінгі металдардың электродтық потенциалдары рН»7 кезіндегі сутегінің потенциалына жақын, сондықтан бұл металдар сутегімен бірге бөлінеді.

Анодтық тотығу да біртіндеп өзінің орнымен жүреді. Потенциалы неғұрлым теріс болса, соғұрлым анодтар қиын тотығады. Мысалы, аниондардың потенциалдарға байланыстылығы мынадай:

Ион	S^2-	2І^-	2Br^-	2Cl^-	2O^2-	2F^-
Еокисл	+0.506	-0.534	-1.086	-1.958	-1.229	-2.85

Оттектік аниондар: SO₄^2-, NO₃^-, PO₄^3-, CO₃^2- және т.б. сулы ортада ешуақытта тотықпайды, олардың орнына судың О^-2 ионы тотығады. Н₂О-ң тотығу-тотықсыздану потенциалы мынадай:

Тотықсыздану процесі Е_восс= -0,828В 2Н₂О+2е=Н₂+2ОН^-

Тотығу процесі Е_ок = -1,229В 2Н₂О –4е=О₂+4Н⁺

а) CuSO₄ ертіндісінің электролизі

Диссоциациясы CuSO₄=Cu²⁺+SO₄^2-.

Диссоциациясы Н₂О=Н⁺+ОН^-.

Катодтық процесс (-) Cu²⁺+2e=Cu⁰. Анодтық процесс (+) SO₄^2- тотықпайды, бөлінбейді

Н⁺ 2Н₂О-4е=О₂⁰+4Н⁺

Электролизерде: 2Н⁺+SO₄^2-=H₂SO₄

в) AuCl₃ электролизі (заттарды алтындау).

Диссоциациясы AuCl₃=Au³⁺+3Cl^-.

Диссоциациясы Н₂О=Н⁺+ОН^-.

(-) Au³⁺+3e=Au⁰. (+)2Cl^- -2e=Cl₂⁰.

H⁺ OH^-

Электролизерде: Н⁺+ОН^-=Н₂О

с) KBr электролизі – өндірісте сілтілер алу әдісі.

Диссоциациясы KBr=K⁺+Br^-.

H₂O=H⁺+OH^-

(-) К⁺ не восст. (+) Br^-.

2H⁺+2e=H₂ OH^-

2H₂O+2e=H₂+2OH^- 2Br^- -2e=Br₂⁰.

Электролизерде К⁺+ОН^-=КОН

д) Na₂SO₄ тұзының ертіндісі, өндірісте Н₂ алу әдісі.

Диссоциациясы Na₂SO₄=2Na⁺+SO₄^2-

H₂O=H⁺+OH^-

K(-) 2Na⁺ не разр. (+) SO₄^-2 не разр.

2Н⁺+2е=Н₂ 2ОН^- -2е=Н₂О+О

2Н₂О+2е=Н₂+2ОН^- 2Н₂О-4е=О₂+4Н⁺

Электролиздерде 2Na⁺+SO₄^2-=Na₂SO₄

Сонымен, көмір стерженімен судағы ертінділердің электролиздерінде электролиздің 4 жағдайы болуы мүмкін, нәтижесінде қышқыл су, сілті немесе тұз түзіледі.

ІІ-түрі – балқымалардың электролизі.

Сусыздандырған тұздарды қыздырып алынатын, агрегаттық күйі сұйық тұздарды «балқымаларң дейді. Ертінді секілді балқымалар да иондарға диссоциацияланады.

Су катиондары болмағандықтан балқымалардың электролизі жоғары кернеуде жүреді.

NaCl балқымасының электролизі – сілтілік металдарды өндірісте алу әдісі.

NaCl=Na⁺+Cl^-

(-) 2Na⁺+2e=2Na⁰ (+)2Cl^- -2e=Cl₂⁰

ІІІ түрі – еритін анодпен тазалау электролизі, металдарды рафинаттау.

Электролиздің бұл түрінде басқа металдар қоспасы бар еритін анод қолданылады. Анодтың еруі және катодтағы тотықсыздану бақыланып тұратын белгілі бір потенциалда жүреді. Сондықтан анод металы және қоспалары ертіндіге көшеді, бірақ катодта негізгі металл тотықсызданады. Металдарды басқа қоспалардан осылай тазартады. Мысалы: мысты рафинаттау.

-

Анодта қоспасы бар таза емес мыс тотығады:

(+) Cu⁰ -2e=Cu²⁺

(-) Cu^{2 +}+2e=Cu⁰

Катодта тек мыс катиондары тотықсызданады. Қоспалар ерітіндіде қалып қояды.

Фарадей заңдары.

І заңы. Электродта бөлінген заттың массасы электролит арқылы өткен ток мөлшеріне тура пропорционал m=І*t

m – граммен алынған масса;

І – ток күші, А;

t - секундпен өлшенген уақыт.

ІІ заңы. Электролиз кезінде токтың бірдей мөлшері электродтарда әртүрлі заттардың эквиваленттілік массасын бөліп шығарады.

А – атомдық масса;

n – «ең саны, яғни оның қосылыстардағы заряды;

F – Фарадей саны=96500Кл.

Металдар коррозиясы.

Металдардың өзін қоршаған орта әсерінен бұзылуын (тотығуын) «коррозияң деп атайды. Металдардың немесе металл конструкцияларының оларға әсер ететін ортасы ауа, электролит, жер асты немесе электроток болуы мүмкін. Ортаға байланысты коррозияның бірнеше түрін ажыратуға болады.

1) химиялық немесе газ әсері;

2) электрохимиялық;

3) жер асты;

4) адасып жүрген ток (жер астында) арқылы коррозия.

Химиялық немесе газ әсерінен коррозия ауада жүреді. Ауа құрамы мынадай:

N₂ (78.08%), O₂ (20.95%), CO₂ (0.03%), H₂O, H₂ (5*10^-5%), H₂S, SO₂, SO₃, NO, N₂O₃, NO₂, Cl₂, NH₃ және т.б.

Ауада металл бірден тотықтырғыштардың, көбінесе оттегінің әсеріне ұшырайды. Мысалы: темір, созылған ыстық темір бірден тотығып оксид береді.

2Fe+O₂=2FeO, ары қарай тотығып,

4FeO+O₂=2Fe₂O₃ жартылай оксид түзеді, ол барлық қышқыл оксидтерімен және сумен әрекеттеседі. Сонымен, темір оксидінің барлық бағытта қышқыл оксидтерімен, күкіртсутекпен және сумен әрекеттесу реакциялары жүреді. Нәтижесінде тұз және «татң деп аталатын күрделі оксид Fe₃O₄ түзіледі. Бұл заттар майда кристалды, метал бетінен оңай ұшып кетеді де, металдың таза беті ары қарай тотығады.

Дата добавления: 2014-11-25