Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

МЕТОД ЕЛЕКТРОННОГО БАЛАНСУ

Читайте также:
  1. B) Метод калькуляции затрат, связанных с процессами
  2. I. Методы коммутации.
  3. II. 1 Выбор методов проведения маркетинговых исследований
  4. II. Метод расходных ставок
  5. II. Методология теории государства и права.
  6. III. Методы финансирования инвестиционного проекта
  7. III. Особенности методики идентификации исполнителя
  8. IV. Метод коэффициентов влияния
  9. Simplex метод
  10. VI. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
  11. Автоматизированные методы
  12. Адаптивные методы прогнозирования используются

Процеси окиснення завжди супроводжуються процесами відновлення. Один процес не може відбуватися без другого, оскільки вони пов'язані лише з переміщенням матеріальних частинок — електронів, а не з їх знищенням або створенням. Тому в рівняннях окисно-відновних реакцій потрібно зрівнювати кількості відданих і приєднаних електронів відповідними коефіцієнтами.

Складаючи рівняння окисно-відновних реакцій, насамперед, слід визначи­ти ступені окиснення кожного з елементів, що входить до складу вихідних речовин і продуктів реакції, а потім зазначити ті атоми або йони, ступінь окиснення яких змінюється, зазначити окисник і відновник (а в разі потреби і середовище). Після цього потрібно підібрати коефіцієнти в рівнянні реакції, пам'ятаючи, що загальне число відданих електронів повинно дорівнювати загальному числу приєднаних.

Простим прикладом окисно-відновної реакції може бути взаємодія сірко­водню з бромною водою, внаслідок якої утворюються вільна сірка і бромо-водень. Спочатку записують схему рівняння реакції

Потім визначають ступені окиснення атомів елементів до реакції і після неї; ступені окиснення змінюються у Брому і Сульфуру:

Ступінь окиснення Сульфуру змінюється від -2 до 0:

Процес віддавання електронів, що супроводжується підвищенням ступеня окиснення елемента, називається окисненням.

Електрони, які віддає Сульфур, приєднуються до атомів Брому, ступінь окиснення Брому в цьому разі змінюється від 0 до -1:

Процес приєднання електронів, що супроводжується зниженням ступеня окиснення елемента, називається відновленням.

Наступний етап — підбирання стехіометричних коефіцієнтів для сполук, атоми яких змінюють ступені окиснення. Для цієї реакції баланс «електрон­ного обміну» такий:

 

Враховуючи те, що кількість відданих відновником електронів повинна дорівнювати кількості електронів, приєднаних окисником, знаходять спіль­ний множник для двох електронно-іонних рівнянь. У цьому разі таким спільним множником буде 2. Отже, з однією молекулою Н28 реагує одна молекула брому.

Знайдені коефіцієнти підставляють у схему рівняння реакції і стрілку замінюють на знак дорівнює:

Розглянуте рівняння реакції є найпростішим прикладом окисно-відновно­го процесу. Ознайомимось із складнішими окисно-відновними процесами. Під час взаємодії перманганату калію з йодидом калію за наявності сульфат­ної кислоти малиновий розчин знебарвлюється і виділяється вільний йод. Ця реакція відбувається за схемою

Встановлюємо, що ступінь окиснення Мангану змінився від +7 до +2, а Йоду — від -1 до 0, тобто Манган відновився (перманганат калію — окисник), а Йод — окиснився (йодид калію — відновник).



Щоб розрахувати коефіцієнти перед окисником і відновником, потрібно скласти рівняння електронного балансу:

Враховуючи те. що кількість електронів, відданих Йодом, повинна дорів­нювати кількості електронів, приєднаних Манганом, знаходимо спільний множник для цих двох рівнянь. Ця рівність буде дотримана в тому разі, коли 10 йодид-іонів віддадуть 10 електронів, а два йони Мангану приєднають їх:

Отже, множники 2 і 5 є коефіцієнтами відповідно біля йонів Мангану та Йоду в рівнянні окисно-відновної реакції. Ці коефіцієнти проставляємо в молекулярному рівнянні біля відповідних сполук як основні. Розглянуту реакцію можна записати так:

І, нарешті, визначимо другорядні коефіцієнти, тобто ті, що повинні стояти біля формул сполук елементів, які не змінюють своїх ступенів окиснення. Потрібно зрівняти кількості йонівта атомів Оксигену. Сульфат-іони зв'язують не тільки йониа йони Гідрогену — вісім атомів Окси-

гену. Отже, рівняння матиме такий остаточний вигляд:

Для складання рівнянь окисно-відновних реакцій також застосовують йонно-електронний метод. Так, для розглянутої вище реакції йонно-електрон-ні рівняння матимуть вигляд:

Перше рівняння процесу («напівреакція») — відновлення перманганат-іона — показує, що під час перетворення йона МпО; на катіон Мп2* повинні зв'язатися чотири атоми Оксигену з утворенням чотирьох молекул води. Для цього і потрібно вісім йонів Гідрогену. Друге рівняння процесу («напівреак­ція») — окиснення Йоду — показує, що цей процес відбувається без участі . йонів Гідрогену.

Знайшовши спільний множник для цих двох йонно-електронних рівнянь (двох «напівреакцій»), додають рівняння процесів відновлення й окиснення, враховуючи множники 2 і 5, і дістають сумарне йонне рівняння даної окисно-відновної реакції:

Це рівняння реакції можна подати також і в молекулярному вигляді:

Отже, під час складання рівнянь окисно-відновних реакцій слід дотриму­ватись послідовності дій, наведених нижче.

1. Скласти схему рівняння реакції і зазначити вихідні речовини і продукти
реакції.

2. Визначити ступені окиснення елементів, що входять до складу сполук у
лівій і правій частинах схеми рівняння; виділити елементи, ступені окиснення яких змінюються.

3. Скласти йонно-електронні рівняння напівреакцій окиснення і відновлен­
ня; підібрати коефіцієнти до окисника і відновника для двох напівреакцій,
зрівнюючи кількості відданих і приєднаних електронів.

4. Додати рівняння процесів окиснення і відновлення з урахуванням
підібраних коефіцієнтів.

На процес окислення — відновлення значною мірою впливають концен­трації окисника і відновника. Із збільшенням концентрації окисника або змен­шенням концентрації відновника окиснювальна здатність окисника зростає.

Можливість і характер перебігу окисно-відновного процесу іноді залежить від реакції середовища. Наприклад, у кислому середовищі сильний окисник перманганат-іонвідновлюється доулужному -— йони Мангану

виступають як відновники, окиснюючись доУ

нейтральному і опабколужному середовищах як у процесі окиснення, так і в процесі відновлення сполук Мангану утворюється тетрагідроксид Мангану — У сильнолужному середовищі сполуки Мангану окиснюються та відновлюються до манганат-іона

Вищесказане можна проілюструвати рівняннями реакцій:

у кислому середовищі йонвідновлюється сульфітом натрію до

в нейтральному середовищі — до оксиду МпО2:

у сильнолужному середовищі —до аніона МпО^ :

Вплив середовища на перебіг зазначених реакцій можна пояснити тим, що в кислому середовищі йони Гідрогену спричинюють сильну деформацію перманганат-іонів, послаблюють зв'язок між атомами Мангану й Оксигену, здатні відщеплювати атоми Оксигену й утворювати з ними молекули води. Внаслідок цього відновник реагує активніше.

У нейтральному середовищі аніонидеформуються значно менше,

оскільки поляризаційна дія молекул води значно слабкіша, ніж йонів Н1.

Гідроксид-іони, навпаки, навіть сприяють зміцненню зв'язку

Якщо внаслідок реакції число атомів Оксигену, зв'язаних з атомом елемента-відновника зростає, то реакція середовища впливає на його відновні властивості. В цьому разі процес легше відбувається в лужному середовищі, оскільки джерелом атомів Оксигену є йониІ, навпаки, в кислому

середовищі краще відбуваються характерні для атома елемента-окисника реакції, внаслідок яких число атомів Оксигену зменшується.

Кисле середовище сприяє процесам, в яких йонівна відновлення відда­ється більше, ніж йонівна окиснення. В протилежних випадках доцільно створювати лужне середовище. Якщо число йонів Н+ і ОН , що беруть участь у реакції, однакове, то реакцію можна проводити в нейтральному середовищі.

Для створення кислого середовища використовують розбавлений розчин сульфатної кислоти; розчини нітратної та хлоридної кислот не застосовують, оскільки перша з них є окисником, а друга — відновником.

Для створення лужного середовища використовують водні розчини гідроксиду калію або гідроксиду натрію.

Інколи вплив середовища настільки значний, що зумовлює зміну напрямку процесу. Так, реакція, що описується рівнянням

у лужному середовищі йде вправо, а в кислому — вліво.

У стехіометричних розрахунках для окисно-відновних процесів користу­ються молярними масами еквівалента окисника і відновника.

Молярна маса еквівалента речовини в реакціях окиснення — відновлення дорівнює молярній масі цієї речовини, поділеній на число електронів, які приєднує чи віддає окисник або відновник.

Наприклад, молярна маса еквівалента перманганату калію у реакції

дорівнює

а молярна маса еквівалента сульфіту натрію —

Розрізняють три типи окисно-відновних реакцій: міжмолекулярні, вну-трішньомолекулярні та реакції самоокиснення-самовідновлення (диспропор-ціонування).

Міжмолекулярні реакції відбуваються зі зміною ступеня окиснення атомів у різних молекулах, вони становлять найбільшу групу окисно-відновних реакцій, наприклад:

Під час перебігу міжмолекулярних реакцій обмін електронами відбува­ється між атомами, що входять до складу різних молекул.

Під час перебігу внутрішньомолекулярних окисно-відновних реакцій відбувається зміна ступеня окиснення атомів різних елементів, що входять до складу однієї й тієї самої молекули. До цих реакцій належать окисно-відновні реакції термічного розкладання, наприклад:

Реакції самоокиснення-самовідновлення відбуваються з одночасним збіль­шенням і зменшенням ступеня окиснення атомів одного й того самого еле­мента. Такі реакції можуть відбуватися лише між такими сполуками, в моле­кулах яких є атоми з проміжним ступенем окиснення, тобто такі сполуки можуть бути як окисниками, так і відновниками, наприклад:

Існують деякі складні речовини, які за певних умов зазнають внутріш-ньомолекулярного окиснення — відновлення; у цьому разі одна складова час­тина речовини є окисником, а друга — відновником. Під час перебігу реакцій внутрішньомолекулярного окиснення — відновлення відбувається вирівню­вання ступеня окиснення атомів одного й того самого елемента, тобто ці процеси можна назвати контрдиспропорціонуванням (контрдисмутацією), наприклад:

Такі процеси в неорганічній хімії трапляються значно рідше, ніж реакції диспропорціонування.

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
| МЕТОД ЕЛЕКТРОННОГО БАЛАНСУ

Дата добавления: 2014-01-05; Просмотров: 1849; Нарушение авторских прав?;


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



ПОИСК ПО САЙТУ:


Читайте также:



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2017) год. Не является автором материалов, а предоставляет студентам возможность бесплатного обучения и использования! Последнее добавление ip: 54.80.10.56
Генерация страницы за: 0.008 сек.