К., Касенова Н. Б. Бейорганикалық химиядан зертханалық жұмыстар
Тотығу-тотықсыздану реакциялары
жүктеу/скачать 2,71 Mb.
|
Бейорганикалық химиядан зертханалық жұмыстар методичка
| Тотығу-тотықсыздану реакциялары
Жұмыстың мақсаты: Қосылыстардың тотығу-тотықсыздану қасиеттерін оқу және тотығу-тотықсыздану реакцияларының теңдеулерін құрып үйрену. Маңызды түсініктер: Элементтің тотығу дәрежесі. Элементтің тотығу дәрежесінің олардың Д. И. Менделеевтің периодтық жүйесіндегі орналасуына тәуелділігі. Атом ауысуымен жүретін реакциялар. Электрон ауысуымен жүретін реакциялар. Тотығу-тотықсыздану реакциялары. Тотықтырғыш. Тотықсыздандырғыш. Диспропорционалдау. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының бағыты. !Білу керек. 1. Элементтің тотығу дәрежесінің өзгерумен және өзгеруінсіз жүретін реакцияларды ажырату. 2. Тотығу-тотықсыздану реакцияларында тотықтырғыш, тотықсыздандырғышты ажырата білу. 3. Элементтің тотығу дәрежесін қолдана отырып, коэффициент таңдап және реакция теңдеуін құрастыру. 4. Жартылай реакция әдісін қолданып, реакция теңдеуін құрастыру. ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ Тотығу-тотықсыздану реакцияларына (ТТР) заттардың құрамындағы элементтердің тотығу дәрежелері өзгеруі арқылы жүретін химиялық процестер жатады. Тотығу дәрежесін анықтау үшін мынандай ережені білу керек: Сутегінің металл еместермен қосылыстарындағы тотығу дәрежесі (+1) металдарымен қосындысында (гидридтерде) (-1)-ге тең. Қосылыстағы сілтілік металдардың тотығу дәрежелері (+1), сілтілік-жер металдың тотығу дәрежелері (+2), алюминийдікі (+3) болады. Оттегінің көпшілік қосылыстағы тотығу дәрежесі (-2), пероксидтерде (-1) фтор оксидінде (+2) тең. Қосылыстардағы фтордың тотығу дәрәжесі әр уақытта (-1) тең. Химиялық қосылысты құратын элементтердің тотығу дәрежесінің қосындысы нольге тең. Элементтердің қосылыстарындағы тотығу дәрежелері былай анықталады, мысалы: Са3(РО4)2. Бұл қосылыстағы кальцийдің тотығу дәрежесі +2, оттегінікі -2. Осы мәліметтерді пайдаланып, теңдеу құрамыз да фосфордың тотығу дәрежесін табамыз. (+2)*3 + 2х + (-2)*8 = 0 2х = +10 х = +5 Фосфордың кальций фосфатындағы тотығу дәрежесі +5. Тотығу-тотықсыздану реакциялары жүруінің басты шарты оған міндетті түрде тотықсыздандырғыш пен тотықтырғыш қатысуы қажет. Реакция кезінде электрондарын беретін бөлшектерді (атомдарды, ионды немесе молекуланы) тотықсыздандырғыш дейді, ал электронды қосып алатын бөлшекті тотықтырғыш деп атайды. ТТР кезінде тотықсыздандырғыш тотығады, ал тотықтырғыш тотықсызданады. ТТР молекулааралық, молекула ішінде жүретін, диспропорцияланатын болып үш топқа бөлінеді: Молекулааралық ТТР әр түрлі молекулалардағы элементтердің тотығу дәрежелері өзгеру арқылы жүреді. Мысалы: Mn4+O2 + 4HCl ↔ Mn2+Cl2 + Cl20 + 2H2O Молекула ішіндегі ТТР бір молекула ішіндегі әр түрлі элементтердің тотығу дәрежелері өзгеру арқылы жүреді. Мысалы: 2KCl5+O32- ↔ 2KCl- + 3O20 Диспропорциалану ТТР бір элементтің тотығу дәрежесі әрі жоғарылау, әрі төмендеу арқылы жүреді. Мысалы: 4KCl5+O3 ↔ 3KCl7+O4 + KCl- ТТР теңдеулерінде коэффициенті екі түрлі әдіспен табуға болады: 1. Электрондық баланс бойынша теңдеу құру. Тотықсыздандырғыштың берген электрондарының жалпы саны тотықтырғыштың қосып алған электрондарының жалпы санына тең. Теңдеуді құру бірнеше сатыда жүреді: 1. Реакция теңдеуін коэффициентсіз жазады: Br2 + H2S + H2O → HBr + H2SO4 2. Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың тотығу дәрежелерін көрсетеді: Br20 + H2S2- + H2O → HBr- + H2S6+O4 3. Электрондық теңдеу құрады, яғни тотығу және тотықсыздану процестерін көрсетеді: Br20 + 2e →2Br- - тотықсыздану процесі, Br2 - тотықтырғыш. S2- - 8e → S6+ - тотығу процесі, S2- - тотықсыздандырғыш. 4.Тотықсыздандырғыш берген электрон саны тотықтырғыштың қосып алған электрон санына тең болу керек.
Осылай тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш үшін коэффициенттерді анықтайды. 5. Реакцияға қатысқан басқа қосылыстар үшін коэффициенттерін іздейді: 4Br2 + H2S + 4H2O → 8HBr + H2SO4 Иондық-электрондық әдіс бойынша реакция теңдеуін құру: Бұл әдіс электролиттер ерітіндісінде жүретін реакциялар үшін қолданылады. Реакция теңдеуін құру үшін оның қандай ортада жүретінін білу керек. Қышқыл ортада түзілген металдардың катиондары қышқыл қалдығы мен тиісті тұздар түзеді, ал оттегі иондары сутегі иондарымен су түзеді. Сілтілік ортада ауыр металдардың катиондары гидроксид иондарымен ерімейтін негіздер түзеді. Сілтілік және бейтарап ортада оттегі иондары гидроксид иондарын түзеді. Егер қышқылдық немесе бейтарап ортада бастапқы заттың құрамындағы оттегі ионы түзілген заттан кем болса, онда ол оттегі ионын судың есебінен, ал сілітілік ортада гидроксид ионының есебінен алады. Иондық-электрондық реакцияның мысалы ретінде қышқылдық ортада перманганат-ионының сульфит ионы арқылы тотықсыздану процесінің теңдеуін құрайық. Қышқылдық ортаны көрсетіп реакция теңдеуінің схемасын жазамыз: MnO4- + SO32- + H+ → Mn2+ + SO2-4 + H2O Тотықсыздандырғыш SO32- екі электронын беріп, тотығады: SO32- -2e → SO42- SO32- ионы SO42- ионына айналғанда жетпейтін оттегі ионын судан қосып алатынын ескеріп, теңдеуді былай жазамыз: SO32- + H2O -2e → SO42- + 2H+ Тотықтырғыш перманганат-ион 5 электрон қосып алып, тотықсызданады, ал босап шығатын оттегінің төрт ионын байланыстыру үшін сутегінің сегіз ионы реакцияға қатысады: MnO4- + 5e + 8H+ → Mn2+ + 4H2O Тотықсыздандырғыштың берген электрондарының жалпы саны тотықтырғыштың қосып алған электрондарының жалпы санына тең екенін еске алып, әр теңдеуді тиісті коэффициенттерге көбейтіп жазамыз:
Әр иондық теңдеуді көрсетілген коэффициенттерге көбейтіп, теңдеулердің сол жағын сол жағына, оң жағын оң жағына мүшелеп қосып олардың жиынтық иондық теңдеулерін жазамыз: 5SO32- + 2MnO4- + 16H+ + 5H2O → 5SO42- + 2Mn2+ + 8H2O + 10H+ Ұқсас мүшелерді қысқартып, бұл реакциялардың иондық-электрондық теңдеуінің ақырғы түрін жазамыз: 5SO32- + 2MnO4 + 6H- → 5SO42- + 2Mn2- + 3H2O Дұрыс құрылған иондық-электрондық теңдеудің сол және оң жақтағы элементтерінің саны мен зарядтарының жиынтығы өзара тең болуы керек. Бұл теңдеудің екі жағында да 6 теріс зарядтан болуы оның дұрыс құрылғандығын көрсетеді. ТТР-ның иондық теңдеуінің сол жағындағы әрбір анионға сәйкес катион, әрбір катионға сәйкес анион жазады. Содан кейін ионды сондай мөлшерде теңдеудің оң жағына жазып, молекулаларға біріктіреді. 5SO32- + 2MnO4 + 6H- → 2Mn2- + 5SO42- + 3H2O 10Na+ + 2K+ + 3SO42- → 2SO42- + 10Na+ + K2SO4 5Na2SO4 + 2KМnO4 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O Тотықсыздандырғыш пен тотықтырғыш бір-бірінен өздерінің тотығу-тотықсыздану эквиваленттері қатысында әркеттеседі. Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың эквивалентінің молярлық массасы былай есептеледі: тотықтырғыштың не тотықсыздандырғыштың молярлық массасын (M(B)) эквиваленттік факторға (fэкв(B)) көбейтеді: M(fэквB) = fэкв(B)*M(B) fэкв(B) эквиваленттік фактор, ол тотықсыздандырғыштан тотықтырғышқа электронның кері мәніне тең. Мысалы: M(fэквKMnO4) = 1/5 * 158 = 31.8 ТТР жүруіне көптеген факторлар әсер етеді: Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың химиялық табиғаты, олардың активтіліктері, рН, температура т.б. ТТР жүру жүрмеуін изобара-изотермиялық потенциалды (∆G) есептеу арқылы анықтайды. ∆G = ∆H – T∆S немесе ∆G = -RTlnK. ∆H, ∆S – энтальпия мен энтропияның өзгеруі; K – қайтымды реакцияның тепе-теңдік константасы; R – молярлы газ тұрақтысы, 8,31 л*кПа (моль*К) T – абсолютті температура, К ТӘЖІРИБЕЛІК БӨЛІМ жүктеу/скачать 2,71 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|