เกลือ HNO3, HNO3

สารออกซิไดซ์เท่านั้น

สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันขั้นกลางของไนโตรเจนสามารถทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ โดยถูกรีดิวซ์ให้มีสถานะออกซิเดชันที่ต่ำกว่า หรือเป็นตัวรีดิวซ์ โดยถูกออกซิไดซ์จนมีสถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้น

รูปที่ 1 – การเปลี่ยนแปลงระดับของการเกิดออกซิเดชันของไนโตรเจน

วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์การทำให้ปฏิกิริยารีดอกซ์เท่ากันประกอบด้วยการปฏิบัติตามกฎต่อไปนี้: จำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับจากอนุภาคทั้งหมดของตัวรีดิวซ์จะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ติดอยู่โดยอนุภาคทั้งหมดของตัวออกซิไดซ์ในปฏิกิริยาที่กำหนด

ตัวอย่างที่ 2 เราจะอธิบายวิธีการสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้ตัวอย่างการเกิดออกซิเดชันของเหล็กกับออกซิเจน:
.

Fe 0 – 3ē = Fe +3 – กระบวนการออกซิเดชัน;

O 2 + 4ē = 2O –2 – กระบวนการรีดักชัน

ในระบบตัวรีดิวซ์ (ปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งของกระบวนการออกซิเดชั่น) อะตอมของเหล็กจะให้อิเล็กตรอน 3 ตัว (ภาคผนวก A)

ในระบบออกซิไดซ์ (ปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งของกระบวนการรีดักชัน) อะตอมของออกซิเจนแต่ละอะตอมจะรับอิเล็กตรอน 2 ตัว รวมเป็น 4 อิเล็กตรอน

ตัวคูณร่วมน้อยของตัวเลข 3 และ 4 สองตัวคือ 12 ดังนั้น เหล็กจะให้อิเล็กตรอนได้ 12 ตัว และออกซิเจนจะรับอิเล็กตรอนได้ 12 ตัว:

ค่าสัมประสิทธิ์ 4 และ 3 ซึ่งเขียนทางด้านซ้ายของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งระหว่างการรวมระบบ จะถูกคูณด้วยส่วนประกอบทั้งหมดของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่ง สมการโดยรวมแสดงให้เห็น จำนวนโมเลกุลหรือไอออนที่ควรปรากฏในสมการสมการจะถูกต้องเมื่อจำนวนอะตอมของแต่ละองค์ประกอบทั้งสองด้านของสมการเท่ากัน

วิธีครึ่งปฏิกิริยาใช้เพื่อปรับสมดุลปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นในสารละลายอิเล็กโทรไลต์ ในกรณีเช่นนี้ ไม่เพียงแต่ตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงอนุภาคของตัวกลางที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยาด้วย: โมเลกุลของน้ำ (H 2 O), H + และ OH – ไอออน ปฏิกิริยาดังกล่าวจะใช้ระบบอิเล็กตรอนไอออน (ครึ่งปฏิกิริยา) ได้ถูกต้องมากกว่า เมื่อเขียนปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งในสารละลายน้ำ โมเลกุล H 2 O และไอออน H + หรือ OH จะถูกนำเสนอหากจำเป็น โดยคำนึงถึงสภาพแวดล้อมของปฏิกิริยา อิเล็กโทรไลต์ที่อ่อนแอละลายได้น้อย (ภาคผนวก B) และสารประกอบก๊าซในระบบไอออนิกเขียนในรูปแบบโมเลกุล (ภาคผนวก C)

ให้เราพิจารณาเป็นตัวอย่างปฏิสัมพันธ์ของโพแทสเซียมซัลเฟตและโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและเป็นด่าง

ตัวอย่างที่ 3 ปฏิกิริยาระหว่างโพแทสเซียมซัลเฟตกับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด:

ให้เราพิจารณาการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบและระบุในสมการ สถานะออกซิเดชันสูงสุดของแมงกานีส (+7) ใน KMnO 4 บ่งชี้ว่า KMnO 4 เป็นตัวออกซิไดซ์ ซัลเฟอร์ในสารประกอบ K 2 SO 3 มีสถานะออกซิเดชัน (+4) - เป็นรูปแบบรีดิวซ์เมื่อเทียบกับซัลเฟอร์ (+6) ในสารประกอบ K 2 SO 4 ดังนั้น K 2 SO 3 จึงเป็นตัวรีดิวซ์ ไอออนจริงที่มีองค์ประกอบซึ่งเปลี่ยนสถานะออกซิเดชันและปฏิกิริยาครึ่งแรกเริ่มมีรูปแบบดังนี้:

เป้าหมายของการดำเนินการเพิ่มเติมคือการใส่เครื่องหมายเท่ากันในครึ่งปฏิกิริยาเหล่านี้ แทนที่จะใส่ลูกศรที่สะท้อนทิศทางที่เป็นไปได้ของปฏิกิริยา ซึ่งสามารถทำได้เมื่อประเภทของธาตุ จำนวนอะตอม และประจุรวมของอนุภาคทั้งหมดตรงกันทางด้านซ้ายและด้านขวาของปฏิกิริยาแต่ละครึ่งปฏิกิริยา เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ จึงมีการใช้ไอออนหรือโมเลกุลเพิ่มเติมของตัวกลาง โดยปกติแล้วสิ่งเหล่านี้คือ H + ไอออน OH – และโมเลกุลของน้ำ ครึ่งปฏิกิริยา
จำนวนอะตอมแมงกานีสเท่ากัน แต่จำนวนอะตอมออกซิเจนไม่เท่ากัน ดังนั้นเราจึงแนะนำโมเลกุลของน้ำสี่โมเลกุลไปทางด้านขวาของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่ง: ดำเนินการที่คล้ายกัน (การปรับสมดุลออกซิเจน) ในระบบ
, เราได้รับ
. อะตอมของไฮโดรเจนปรากฏในปฏิกิริยาทั้งสองแบบครึ่งปฏิกิริยา จำนวนของพวกเขาจะถูกทำให้เท่ากันโดยการเติมที่เกี่ยวข้องในส่วนอื่น ๆ ของสมการของจำนวนไฮโดรเจนไอออนที่เท่ากัน

ตอนนี้องค์ประกอบทั้งหมดที่รวมอยู่ในสมการครึ่งปฏิกิริยาได้รับการทำให้เท่ากันแล้ว มันยังคงทำให้ประจุของอนุภาคเท่ากัน ที่ด้านขวาของปฏิกิริยาครึ่งแรก ผลรวมของประจุทั้งหมดคือ +2 ในขณะที่ประจุทางด้านซ้ายคือ +7 ความเท่าเทียมกันของประจุทำได้โดยการบวกประจุลบ 5 ประจุในรูปของอิเล็กตรอน (+5 ē) ทางด้านซ้ายของสมการ ในทำนองเดียวกัน ในสมการของปฏิกิริยาครึ่งหลัง จำเป็นต้องลบ 2 ē จากด้านซ้าย ตอนนี้เราสามารถใส่เครื่องหมายเท่ากันในสมการของปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาทั้งสองได้:

-กระบวนการกู้คืน;

– กระบวนการออกซิเดชั่น

ในตัวอย่างที่พิจารณา อัตราส่วนของจำนวนอิเล็กตรอนที่ยอมรับในระหว่างกระบวนการลดต่อจำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเกิดออกซิเดชันจะเท่ากับ 5 ׃ 2 เพื่อให้ได้สมการปฏิกิริยาทั้งหมด จำเป็นต้องคำนึงถึงอัตราส่วนนี้ด้วย สรุปสมการของกระบวนการรีดักชันและออกซิเดชัน - คูณสมการรีดักชันด้วย 2 และสมการออกซิเดชันด้วย 5

โดยการคูณค่าสัมประสิทธิ์ด้วยเงื่อนไขทั้งหมดของสมการครึ่งปฏิกิริยา และรวมเฉพาะทางขวาและทางซ้ายเท่านั้น เราจะได้สมการปฏิกิริยาสุดท้ายในรูปแบบไอออนิก-โมเลกุล:

การลดเงื่อนไขที่คล้ายกันโดยการลบโมเลกุล H + ไอออนและ H 2 O จำนวนเท่ากันเราได้:

สมการไอออนิกทั้งหมดเขียนอย่างถูกต้อง มีความสอดคล้องกันระหว่างตัวกลางกับโมเลกุล เราถ่ายโอนค่าสัมประสิทธิ์ที่ได้รับไปยังสมการโมเลกุล:

ตัวอย่างที่ 4 ปฏิกิริยาระหว่างโพแทสเซียมซัลเฟตกับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง:

เรากำหนดสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน (Mn +7 → Mn +6, S +4 → S +6) ไอออนจริงซึ่งรวมถึงองค์ประกอบเหล่านี้ (
,
). กระบวนการ (ครึ่งปฏิกิริยา) ของออกซิเดชันและการรีดักชัน:

2
– กระบวนการกู้คืน

1 – กระบวนการออกซิเดชั่น

สมการสรุป:

ในสมการไอออนิกรวมมีความสอดคล้องกันของตัวกลาง เราถ่ายโอนค่าสัมประสิทธิ์ไปยังสมการโมเลกุล:

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์แบ่งออกเป็นประเภทต่างๆ ดังนี้

การลดการเกิดออกซิเดชันระหว่างโมเลกุล

ออกซิเดชันด้วยตนเอง - การรักษาด้วยตนเอง (สัดส่วน);

ออกซิเดชันภายในโมเลกุล - การลดลง

ปฏิกิริยารีดักชันระหว่างออกซิเดชันระหว่างโมเลกุล - สิ่งเหล่านี้คือปฏิกิริยาเมื่อตัวออกซิไดซ์อยู่ในโมเลกุลหนึ่งและตัวรีดิวซ์อยู่ในโมเลกุลอื่น

ตัวอย่างที่ 5 เมื่อเหล็กไฮดรอกไซด์ออกซิไดซ์ในสภาพแวดล้อมที่ชื้น ปฏิกิริยาต่อไปนี้จะเกิดขึ้น:

4Fe(OH) 2 + OH – – 1ē = Fe(OH) 3 – กระบวนการออกซิเดชัน;

1 O 2 + 2H 2 O + 4ē = 4OH – – กระบวนการรีดักชัน

เพื่อให้แน่ใจว่าระบบอิเล็กตรอนไอออนเขียนอย่างถูกต้อง จำเป็นต้องตรวจสอบ: ส่วนซ้ายและขวาของปฏิกิริยาครึ่งปฏิกิริยาจะต้องมีจำนวนอะตอมและประจุของธาตุเท่ากัน จากนั้น ด้วยการทำให้จำนวนอิเล็กตรอนที่รับและบริจาคเท่ากัน เราจะสรุปปฏิกิริยาครึ่งหนึ่ง:

4เฟ(OH) 2 + 4OH – + O 2 +2H 2 O = 4เฟ(OH) 3 + 4OH –

4เฟ(OH) 2 + โอ 2 +2H 2 โอ = 4เฟ(OH) 3

ปฏิกิริยาออโตซิเดชั่น-การรักษาตัวเอง (ปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วน) - ปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาในระหว่างที่ส่วนหนึ่งของปริมาณรวมขององค์ประกอบถูกออกซิไดซ์ และอีกส่วนหนึ่งลดลง โดยทั่วไปสำหรับองค์ประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันระดับกลาง

ตัวอย่างที่ 6 เมื่อคลอรีนทำปฏิกิริยากับน้ำ จะได้ส่วนผสมของกรดไฮโดรคลอริกและกรดไฮโปคลอรัส (HClO):

คลอรีนในที่นี้มีทั้งออกซิเดชันและการรีดักชัน:

1Cl 2 + 2H 2 O – 2ē = 2HClO +2H + – กระบวนการออกซิเดชัน;

1 Cl 2 + 2ē = 2Cl – – กระบวนการรีดักชัน

2Cl 2 + 2H 2 O = 2HClO + 2HCl

ตัวอย่างที่ 7 . ความไม่สมส่วนของกรดไนตรัส:

ในกรณีนี้จะเกิดออกซิเดชันและการรีดักชัน ที่มี HNO 2:

สมการสรุป:

HNO 2 + 2HNO 2 + H 2 O + 2H + = ไม่ + 3H + + 2NO + 2H 2 โอ

3HNO2 = HNO3 + 2NO + H2O

ปฏิกิริยารีดิวซ์ออกซิเดชันภายในโมเลกุล เป็นกระบวนการที่ส่วนประกอบหนึ่งของโมเลกุลทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์และอีกส่วนหนึ่งทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ ตัวอย่างของการลดการเกิดออกซิเดชันภายในโมเลกุลรวมถึงกระบวนการแยกตัวด้วยความร้อนจำนวนมาก

ตัวอย่างที่ 8 การแยกตัวด้วยความร้อนของ NH 4 NO 2:

โดยที่ไอออนคือ NH ถูกออกซิไดซ์ และ NO ไอออน ลดลงเหลือไนโตรเจนอิสระ:

12NH – 6 ē = ยังไม่มีข้อความ 2 + 8H +

1 2NO + 8Н + + 6 ē = N 2 + 4H 2 O

2NH +2NO + 8H + = N 2 + 8H + + N 2 + 4H 2 O

2NH 4 ไม่ 2 = 2N 2 + 4H 2 O

ตัวอย่างที่ 9 . ปฏิกิริยาการสลายตัวของแอมโมเนียมไดโครเมต:

12NH – 6 ē = ยังไม่มีข้อความ 2 + 8H +

1 Cr 2 โอ + 8Н + + 6 ē = Cr 2 O 3 + 4H 2 O

2NH + Cr 2 โอ + 8H + = ไม่มี 2 + 8H + + Cr 2 O 3 + 4H 2 O

(NH 4) 2 Cr 2 O 7 = N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O

ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับองค์ประกอบมากกว่าสององค์ประกอบที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน

ตัวอย่างที่ 10 ตัวอย่างคือปฏิกิริยาของเหล็กซัลไฟด์กับกรดไนตริกซึ่งในระหว่างปฏิกิริยาองค์ประกอบสามอย่าง (Fe, S, N) จะเปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน:

เฟส 2 + HNO 3
เฟ 2 (SO 4) 3 + NO + ...

สมการยังเขียนไม่ครบถ้วน และการใช้ระบบอิเล็กตรอนไอออน (ครึ่งปฏิกิริยา) จะทำให้สมการสมบูรณ์ได้ เมื่อพิจารณาถึงสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยา เราพบว่าใน FeS 2 สององค์ประกอบ (Fe, S) ถูกออกซิไดซ์ และตัวออกซิไดซ์คือ
() ซึ่งลดลงเหลือ NO:

ส –1 → ()

เราเขียนปฏิกิริยาออกซิเดชันครึ่งหนึ่งของ FeS 2:

FeS 2 → Fe 3+ +

การมีอยู่ของ Fe 3+ ไอออนสองตัวใน Fe 2 (SO 4) 3 แสดงให้เห็นว่าจำนวนอะตอมของเหล็กเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าเมื่อเขียนปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งเพิ่มเติม:

2เฟส 2 → 2เฟ 3+ + 4

ในเวลาเดียวกันเราปรับจำนวนอะตอมของกำมะถันและออกซิเจนให้เท่ากันเราได้รับ:

2เฟส 2 + 16H 2 โอ → 2เฟซ 3+ + 4
.

อะตอมไฮโดรเจน 32 อะตอม โดยการนำโมเลกุล 16 H 2 O เข้าไปทางด้านซ้ายของสมการ เราจะทำให้เท่ากันโดยการเติมจำนวนไฮโดรเจนไอออนที่เท่ากัน (32 H +) ไปทางด้านขวาของสมการ:

2เฟส 2 + 16H 2 โอ → 2เฟซ 3+ + 4
+ 32 ชม. +

ประจุทางด้านขวาของสมการคือ +30 เพื่อให้ด้านซ้ายมีสิ่งเดียวกัน (+30) จำเป็นต้องลบ 30 ē:

1 2FeS 2 + 16Н 2 O – 30 ē = 2Fe 3+ + 4
+ 32H + – ออกซิเดชัน;

10 เลขที่ + 4Н + + 3 ē = NO + 2H 2 O – การลดลง

2FeS 2 +16Н 2 O+10NO +40H + = 2เฟ 3+ + 4
+ 32Н + + 10NO + 20H 2 โอ

2FeS 2 +10НNO 3 + 30Н + = เฟ 2 (SO 4) 3 + 10NO +
+ 32Н + + 4H 2 โอ

เอช 2 เอส 4 +30เอช +

เราลดสมการทั้งสองข้างด้วยจำนวนไอออนเท่ากัน (30 H +) โดยใช้วิธีการลบและรับ:

2เฟส 2 +10HNO 3 = เฟ 2 (SO 4) 3 + 10NO + H 2 SO 4 + 4H 2 O

พลังงานของปฏิกิริยารีดอกซ์ . สภาวะสำหรับกระบวนการที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ รวมถึงปฏิกิริยารีดอกซ์ คือความไม่เท่าเทียมกัน ∆G< 0, где ∆G – энергия Гиббса и чем меньше ∆G, т.е. чем больше его отрицательное значение, тем более реакционноспособнее окислительно-восстановительная система. Для реакций окисления-восстановления:

∆G = –n·F·ε,

โดยที่ n คือจำนวนอิเล็กตรอนที่ถูกถ่ายโอนโดยตัวรีดิวซ์ไปยังตัวออกซิไดซ์ในการกระทำเบื้องต้นของการลดออกซิเดชัน

F – หมายเลขฟาราเดย์;

ε - แรงเคลื่อนไฟฟ้า (EMF) ของปฏิกิริยารีดอกซ์

แรงเคลื่อนไฟฟ้าของปฏิกิริยารีดอกซ์ถูกกำหนดโดยความต่างศักย์ระหว่างตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์:

ε = E ตกลง – E ใน

ภายใต้เงื่อนไขมาตรฐาน:

ε ° = E ° ตกลง – E °นิ้ว

ดังนั้นหากเงื่อนไขของการเกิดขึ้นเองของกระบวนการคือความไม่เท่าเทียมกัน ∆G °< 0, то это возможно, когда n·F·ε ° >0. ถ้า n และ F เป็นจำนวนบวก ε ° > 0 และเป็นไปได้เมื่อ E ° ok > E ° เข้า เป็นไปตามเงื่อนไขสำหรับการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นเองคือความไม่เท่าเทียมกัน E ° ok > E ° in

ตัวอย่างที่ 11 พิจารณาความเป็นไปได้ที่จะเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์:

เมื่อพิจารณาสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันแล้วเราจะเขียนปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์เพื่อระบุศักยภาพของพวกมัน:

Сu – 2ē = Сu 2+ Е ° в = +0.34 V

2H + + 2ē = H 2 E °ตกลง = 0.0 V

จากปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งจะเห็นได้ชัดว่า E° ใช้ได้< Е ° в, это говорит о том, что рассматриваемый процесс термодинамически невозможен (∆G ° >0) ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นได้ในทิศทางตรงกันข้ามเท่านั้น โดยที่ ∆G °< 0.

ตัวอย่างที่ 12 คำนวณพลังงานกิ๊บส์และค่าคงที่สมดุลสำหรับการลดโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตด้วยซัลเฟตเหล็ก (II)

ปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์:

2 E° โอเค = +1.52V

5 2Fe 2+ – 2 ē = 2Fe 3+ E ° นิ้ว = +0.77 V

∆G ° = –n·F·ε ° = –n·F(E ° ตกลง – E °ใน)

โดยที่ n = 10 เนื่องจากตัวรีดิวซ์ให้ 10 ē ตัวออกซิไดซ์จึงยอมรับ 10 ē ในการกระทำเบื้องต้นของการลดออกซิเดชัน

∆G ° = –10·69500(1.52–0.77) = –725000 เจ

∆G ° = –725 กิโลจูล

เมื่อพิจารณาว่าการเปลี่ยนแปลงมาตรฐานในพลังงานกิ๊บส์สัมพันธ์กับค่าคงที่สมดุล (K c) โดยความสัมพันธ์:

∆G ° = –RTlnК s หรือ n·F·ε = RTlnК s

โดยที่ R = 8.31 J โมล –1 K –1,

เอฟ
96500 C โมล –1, T = 298 เค

เรากำหนดค่าคงที่สมดุลสำหรับปฏิกิริยานี้โดยการใส่ค่าคงที่ในสมการโดยแปลงลอการิทึมธรรมชาติเป็นทศนิยม:

กิโลซี = 10,127.

ข้อมูลที่ได้รับบ่งชี้ว่าปฏิกิริยาการลดลงของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตภายใต้การพิจารณานั้นเป็นปฏิกิริยา (∆G ° = – 725 kJ) กระบวนการดำเนินการจากซ้ายไปขวาและไม่สามารถย้อนกลับได้ในทางปฏิบัติ (K c = 10,127)

บทเรียนนี้จะตรวจสอบสาระสำคัญของปฏิกิริยารีดอกซ์และความแตกต่างจากปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนไอออน อธิบายการเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ มีการแนะนำแนวคิดเรื่องเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์

หัวข้อ: ปฏิกิริยารีดอกซ์

บทเรียน: ปฏิกิริยารีดอกซ์

พิจารณาปฏิกิริยาของแมกนีเซียมกับออกซิเจน ลองเขียนสมการของปฏิกิริยานี้และจัดเรียงค่าของสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบ:

ดังที่เห็นได้ว่าอะตอมของแมกนีเซียมและออกซิเจนในวัสดุตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยามีสถานะออกซิเดชันต่างกัน ให้เราเขียนไดอะแกรมของกระบวนการออกซิเดชันและการรีดักชันที่เกิดขึ้นกับอะตอมแมกนีเซียมและออกซิเจน

ก่อนปฏิกิริยา อะตอมแมกนีเซียมมีสถานะออกซิเดชันเป็นศูนย์ หลังจากปฏิกิริยา - +2 ดังนั้นอะตอมของแมกนีเซียมจึงสูญเสียอิเล็กตรอนไป 2 ตัว:

แมกนีเซียมบริจาคอิเล็กตรอนและตัวมันเองถูกออกซิไดซ์ ซึ่งหมายความว่าแมกนีเซียมเป็นตัวรีดิวซ์

ก่อนเกิดปฏิกิริยา สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนเป็นศูนย์ และหลังปฏิกิริยากลายเป็น -2 ดังนั้นอะตอมออกซิเจนจึงเพิ่มอิเล็กตรอน 2 ตัวเข้าไปในตัวมันเอง:

ออกซิเจนรับอิเล็กตรอนและลดลงในตัวเอง ซึ่งหมายความว่าออกซิเจนเป็นสารออกซิไดซ์

มาเขียนโครงร่างทั่วไปของการเกิดออกซิเดชันและการลดลง:

จำนวนอิเล็กตรอนที่ให้เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับ รักษาสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์

ใน ปฏิกิริยารีดอกซ์กระบวนการออกซิเดชันและการรีดักชันเกิดขึ้นซึ่งหมายความว่าสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีเปลี่ยนไป นี่คือจุดเด่น ปฏิกิริยารีดอกซ์.

ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาที่องค์ประกอบทางเคมีเปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน

ลองดูตัวอย่างเฉพาะของวิธีแยกแยะปฏิกิริยารีดอกซ์จากปฏิกิริยาอื่นๆ

1. NaOH + HCl = NaCl + H 2 O

เพื่อที่จะบอกว่าปฏิกิริยาเป็นรีดอกซ์หรือไม่นั้นจำเป็นต้องกำหนดค่าของสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี

1-2+1 +1-1 +1 -1 +1 -2

1. NaOH + HCl = NaCl + H 2 O

โปรดทราบว่าสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมีทั้งหมดทางซ้ายและขวาของเครื่องหมายเท่ากับยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ซึ่งหมายความว่าปฏิกิริยานี้ไม่ใช่ปฏิกิริยารีดอกซ์

4 +1 0 +4 -2 +1 -2

2. CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O

จากปฏิกิริยานี้ สถานะออกซิเดชันของคาร์บอนและออกซิเจนจึงเปลี่ยนไป นอกจากนี้คาร์บอนยังเพิ่มสถานะออกซิเดชันและออกซิเจนลดลง มาเขียนแผนการออกซิเดชันและการรีดักชัน:

C -8e = C - กระบวนการออกซิเดชัน

О +2е = О - กระบวนการกู้คืน

เพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับนั่นคือ ปฎิบัติตาม ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องคูณปฏิกิริยาครึ่งหลังด้วยปัจจัย 4:

C -8e = C - ตัวรีดิวซ์ออกซิไดซ์

O +2е = O 4 ตัวออกซิไดซ์ลดลง

ในระหว่างปฏิกิริยา สารออกซิไดซ์จะรับอิเล็กตรอน ทำให้สถานะออกซิเดชันของมันลดลง และจะลดลง

สารรีดิวซ์จะให้อิเล็กตรอนในระหว่างการทำปฏิกิริยาเพิ่มสถานะออกซิเดชันและถูกออกซิไดซ์

1. อ.มีกิจ สุข รวบรวมปัญหาและแบบฝึกหัดวิชาเคมี เกรด 8-11 / ค.ศ. มิกิทยัค. - อ.: สำนักพิมพ์. "ข้อสอบ" พ.ศ. 2552 (หน้า 67)

2. Orzhekovsky P.A. เคมี: ชั้นประถมศึกษาปีที่ 9: หนังสือเรียน. เพื่อการศึกษาทั่วไป สถานประกอบการ / ป.ล. Orzhekovsky, L.M. Meshcheryakova, L.S. ปอนตัก. - อ.: AST: แอสเทรล, 2007. (§22)

3. Rudzitis G.E. เคมี: อนินทรีย์ เคมี. อวัยวะ เคมี: หนังสือเรียน. สำหรับเกรด 9 / จี.อี. Rudzitis, F.G. เฟลด์แมน. - อ.: การศึกษา, OJSC "หนังสือเรียนมอสโก", 2552 (§5)

4. คมเชนโก ไอ.ดี. รวบรวมปัญหาและแบบฝึกหัดวิชาเคมีสำหรับมัธยมปลาย - อ.: RIA “คลื่นลูกใหม่”: ผู้จัดพิมพ์ Umerenkov, 2008. (หน้า 54-55)

5. สารานุกรมสำหรับเด็ก เล่มที่ 17 เคมี / บทที่ เอ็ด วีเอ โวโลดิน, เวด. ทางวิทยาศาสตร์ เอ็ด ไอ. ลีนสัน. - อ.: Avanta+, 2003. (หน้า 70-77)

แหล่งข้อมูลเพิ่มเติมบนเว็บ

1. คอลเลกชันทรัพยากรการศึกษาดิจิทัลแบบครบวงจร (ประสบการณ์วิดีโอในหัวข้อ) ()

2. คอลเลกชันทรัพยากรการศึกษาดิจิทัลแบบครบวงจร (งานเชิงโต้ตอบในหัวข้อ) ()

3. วารสารอิเล็กทรอนิกส์เรื่อง "เคมีและชีวิต" ()

การบ้าน

1. หมายเลข 10.40 - 10.42 จาก “รวบรวมปัญหาและแบบฝึกหัดเคมีสำหรับมัธยมปลาย” โดย I.G. คมเชนโก ฉบับพิมพ์ครั้งที่ 2 พ.ศ. 2551

2. การมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาของสารเชิงเดี่ยวเป็นสัญญาณที่แน่ชัดของปฏิกิริยารีดอกซ์ อธิบายว่าทำไม. เขียนสมการปฏิกิริยาของสารประกอบ การแทนที่ และการสลายตัวที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจน O 2

9.1. ปฏิกิริยาเคมีมีอะไรบ้าง?

ขอให้เราจำไว้ว่าเราเรียกปรากฏการณ์ทางเคมีใดๆ ในธรรมชาติว่าปฏิกิริยาเคมี ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี พันธะเคมีบางส่วนจะถูกทำลายและบางส่วนก็ก่อตัวขึ้น ผลของปฏิกิริยาทำให้ได้รับสารอื่นจากสารเคมีบางชนิด (ดูบทที่ 1)

ในขณะที่ทำการบ้านสำหรับมาตรา 2.5 คุณเริ่มคุ้นเคยกับการเลือกปฏิกิริยาหลักสี่ประเภทแบบดั้งเดิมจากการเปลี่ยนแปลงทางเคมีทั้งชุด จากนั้นคุณยังเสนอชื่ออีกด้วย: ปฏิกิริยาของการรวมกัน การสลายตัว การทดแทน และการแลกเปลี่ยน

ตัวอย่างของปฏิกิริยาผสม:

C + O 2 = CO 2; (1)
นา 2 O + CO 2 = นา 2 CO 3; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O = NH 4 HCO 3 (3)

ตัวอย่างของปฏิกิริยาการสลายตัว:

2Ag 2 O 4Ag + O 2; (4)
แคลเซียมคาร์บอเนต 3 แคลเซียมคาร์บอเนต + CO 2; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O (6)

ตัวอย่างของปฏิกิริยาการทดแทน:

CuSO 4 + เฟ = FeSO 4 + Cu; (7)
2NaI + Cl 2 = 2NaCl + I 2; (8)
CaCO 3 + SiO 2 = CaSiO 3 + CO 2 (9)

ตัวอย่างปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน:

บา(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 + 2H 2 O; (10)
HCl + KNO 2 = KCl + HNO 2; (สิบเอ็ด)
AgNO 3 + NaCl = AgCl + NaNO 3 (12)

การจำแนกประเภทของปฏิกิริยาเคมีแบบดั้งเดิมไม่ครอบคลุมความหลากหลายทั้งหมด นอกเหนือจากปฏิกิริยาหลักสี่ประเภทแล้ว ยังมีปฏิกิริยาที่ซับซ้อนอีกมากมายอีกด้วย
การระบุปฏิกิริยาเคมีอีกสองประเภทนั้นขึ้นอยู่กับการมีส่วนร่วมของอนุภาคที่ไม่ใช่สารเคมีที่สำคัญสองชนิด: อิเล็กตรอนและโปรตอน
ในระหว่างปฏิกิริยาบางอย่าง การถ่ายโอนอิเล็กตรอนทั้งหมดหรือบางส่วนจากอะตอมหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่งจะเกิดขึ้น ในกรณีนี้สถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบที่ประกอบเป็นสารตั้งต้นจะเปลี่ยนไป จากตัวอย่างที่ให้มา ได้แก่ ปฏิกิริยาที่ 1, 4, 6, 7 และ 8 เรียกว่าปฏิกิริยาเหล่านี้ รีดอกซ์.

ในอีกกลุ่มหนึ่งของปฏิกิริยา ไฮโดรเจนไอออน (H +) ซึ่งก็คือโปรตอนจะผ่านจากอนุภาคที่ทำปฏิกิริยาหนึ่งไปยังอีกอนุภาคหนึ่ง ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า ปฏิกิริยากรดเบสหรือ ปฏิกิริยาการถ่ายโอนโปรตอน.

ในบรรดาตัวอย่างที่ให้ไว้ ปฏิกิริยาดังกล่าว ได้แก่ ปฏิกิริยา 3, 10 และ 11 โดยการเปรียบเทียบกับปฏิกิริยาเหล่านี้ บางครั้งเรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์ ปฏิกิริยาการถ่ายโอนอิเล็กตรอน. คุณจะคุ้นเคยกับ OVR ใน § 2 และ KOR ในบทต่อไปนี้

ปฏิกิริยาผสม, ปฏิกิริยาการสลายตัว, ปฏิกิริยาทดแทน, ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน, ปฏิกิริยารีดอกซ์, ปฏิกิริยากรดเบส
เขียนสมการปฏิกิริยาที่สอดคล้องกับโครงร่างต่อไปนี้:
ก) HgO Hg + O 2 ( ที); b) Li 2 O + SO 2 Li 2 SO 3; ค) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O ( ที);
ง) อัล + ฉัน 2 อัลฉัน 3; จ) CuCl 2 + Fe FeCl 2 + Cu; จ) มก. + เอช 3 PO 4 มก. 3 (PO 4) 2 + เอช 2 ;
ก) อัล + โอ 2 อัล 2 O 3 ( ที); i) KClO 3 + P P 2 O 5 + KCl ( ที); j) CuSO 4 + อัลอัล 2 (SO 4) 3 + Cu;
l) Fe + Cl 2 FeCl 3 ( ที); ม.) NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O ( ที); ม.) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
บ่งบอกถึงปฏิกิริยาแบบเดิม ติดฉลากปฏิกิริยารีดอกซ์และกรด-เบส ในปฏิกิริยารีดอกซ์ ให้ระบุว่าอะตอมของธาตุใดเปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน

ลองพิจารณาปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในเตาหลอมเหล็กในระหว่างการผลิตเหล็กทางอุตสาหกรรม (หรือเหล็กหล่อ) จากแร่เหล็ก:

เฟ 2 O 3 + 3CO = 2เฟ + 3CO 2

ให้เราพิจารณาสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่ประกอบเป็นทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา

อย่างที่คุณเห็น สถานะออกซิเดชันของอะตอมคาร์บอนเพิ่มขึ้นอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา สถานะออกซิเดชันของอะตอมเหล็กลดลง และสถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนยังคงไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นอะตอมของคาร์บอนในปฏิกิริยานี้จึงเกิดออกซิเดชันนั่นคือพวกมันสูญเสียอิเล็กตรอน ( ออกซิไดซ์) และอะตอมของเหล็ก – การรีดิวซ์ กล่าวคือ พวกมันเติมอิเล็กตรอน ( ฟื้นตัวแล้ว) (ดูมาตรา 7.16) เพื่อกำหนดลักษณะของ OVR จะใช้แนวคิด ออกซิไดเซอร์และ สารรีดิวซ์.

ดังนั้นในปฏิกิริยาของเรา อะตอมออกซิไดซ์คืออะตอมเหล็ก และอะตอมรีดิวซ์คืออะตอมคาร์บอน

ในปฏิกิริยาของเรา ตัวออกซิไดซ์คือเหล็ก (III) ออกไซด์ และตัวรีดิวซ์คือคาร์บอน (II) มอนอกไซด์
ในกรณีที่อะตอมออกซิไดซ์และอะตอมรีดิวซ์เป็นส่วนหนึ่งของสารเดียวกัน (ตัวอย่าง: ปฏิกิริยา 6 จากย่อหน้าก่อนหน้า) จะไม่มีการใช้แนวคิดของ "สารออกซิไดซ์" และ "สารรีดิวซ์"
ดังนั้นสารออกซิไดซ์ทั่วไปจึงเป็นสารที่มีอะตอมซึ่งมีแนวโน้มที่จะได้รับอิเล็กตรอน (ทั้งหมดหรือบางส่วน) ซึ่งจะทำให้สถานะออกซิเดชันของพวกมันลดลง ในบรรดาสารธรรมดาๆ เหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นฮาโลเจนและออกซิเจน และมีซัลเฟอร์และไนโตรเจนในปริมาณที่น้อยกว่า จากสารที่ซับซ้อน - สารที่มีอะตอมอยู่ในสถานะออกซิเดชันที่สูงขึ้นซึ่งไม่มีแนวโน้มที่จะสร้างไอออนอย่างง่ายในสถานะออกซิเดชันเหล่านี้: HNO 3 (N +V), KMnO 4 (Mn +VII), CrO 3 (Cr +VI), KClO 3 (Cl +V), KClO 4 (Cl +VII) เป็นต้น
สารรีดิวซ์ทั่วไปคือสารที่มีอะตอมซึ่งมีแนวโน้มที่จะบริจาคอิเล็กตรอนทั้งหมดหรือบางส่วน ซึ่งจะทำให้สถานะออกซิเดชันเพิ่มขึ้น สารเชิงเดี่ยว ได้แก่ ไฮโดรเจน โลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธ และอะลูมิเนียม ของสารที่ซับซ้อน - H 2 S และซัลไฟด์ (S –II), SO 2 และซัลไฟต์ (S +IV), ไอโอไดด์ (I –I), CO (C +II), NH 3 (N –III) เป็นต้น
โดยทั่วไป สารเชิงซ้อนและสารเชิงเดี่ยวเกือบทั้งหมดเกือบทั้งหมดสามารถแสดงคุณสมบัติทั้งออกซิไดซ์และรีดิวซ์ได้ ตัวอย่างเช่น:
SO 2 + Cl 2 = S + Cl 2 O 2 (SO 2 เป็นตัวรีดิวซ์ที่แข็งแกร่ง);
SO 2 + C = S + CO 2 (t) (SO 2 เป็นตัวออกซิไดซ์ที่อ่อนแอ);
C + O 2 = CO 2 (t) (C เป็นตัวรีดิวซ์);
C + 2Ca = Ca 2 C (t) (C เป็นตัวออกซิไดซ์)
กลับไปที่ปฏิกิริยาที่เราพูดคุยกันในตอนต้นของหัวข้อนี้

โปรดทราบว่าผลของปฏิกิริยาทำให้อะตอมออกซิไดซ์ (Fe + III) กลายเป็นอะตอมรีดิวซ์ (Fe 0) และอะตอมรีดิวซ์ (C + II) กลายเป็นอะตอมออกซิไดซ์ (C + IV) แต่ CO 2 เป็นตัวออกซิไดซ์ที่อ่อนแอมากภายใต้สภาวะใด ๆ และเหล็กแม้ว่าจะเป็นตัวรีดิวซ์ แต่ก็อ่อนแอกว่า CO มากภายใต้สภาวะเหล่านี้ ดังนั้นผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยาจึงไม่ทำปฏิกิริยากัน และไม่เกิดปฏิกิริยาย้อนกลับ ตัวอย่างที่ให้มาเป็นตัวอย่างของหลักการทั่วไปที่กำหนดทิศทางการไหลของ OVR:

ปฏิกิริยารีดอกซ์ดำเนินไปในทิศทางของการก่อตัวของสารออกซิไดซ์ที่อ่อนกว่าและตัวรีดิวซ์ที่อ่อนกว่า

คุณสมบัติรีดอกซ์ของสารสามารถเปรียบเทียบได้ภายใต้สภาวะที่เหมือนกันเท่านั้น ในบางกรณี การเปรียบเทียบนี้สามารถดำเนินการในเชิงปริมาณได้
ในขณะที่ทำการบ้านในย่อหน้าแรกของบทนี้ คุณเริ่มมั่นใจว่าการเลือกค่าสัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยาบางสมการ (โดยเฉพาะ ORR) นั้นค่อนข้างยาก เพื่อให้งานนี้ง่ายขึ้นในกรณีของปฏิกิริยารีดอกซ์ จะใช้สองวิธีต่อไปนี้:
ก) วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์และ
ข) วิธีสมดุลอิเล็กตรอน-ไอออน.
ตอนนี้คุณจะได้เรียนรู้วิธีสมดุลของอิเล็กตรอน และวิธีการสมดุลของอิเล็กตรอน-ไอออนมักจะศึกษาในสถาบันอุดมศึกษา
ทั้งสองวิธีนี้ขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าอิเล็กตรอนในปฏิกิริยาเคมีไม่หายไปหรือปรากฏที่ใดเลย กล่าวคือ จำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมยอมรับจะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่อะตอมอื่นมอบให้
จำนวนอิเล็กตรอนที่ให้และยอมรับในวิธีสมดุลของอิเล็กตรอนถูกกำหนดโดยการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของอะตอม เมื่อใช้วิธีนี้ จำเป็นต้องทราบองค์ประกอบของทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา
มาดูการประยุกต์ใช้วิธีเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์โดยใช้ตัวอย่างกัน

ตัวอย่างที่ 1มาสร้างสมการปฏิกิริยาของเหล็กกับคลอรีนกันดีกว่า เป็นที่ทราบกันว่าผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยานี้คือเหล็ก (III) คลอไรด์ มาเขียนโครงร่างปฏิกิริยากัน:

เฟ + แคล 2 เฟแคล 3 .

ให้เราพิจารณาสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบทั้งหมดที่ประกอบเป็นสารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา:

อะตอมของเหล็กให้อิเล็กตรอนและโมเลกุลของคลอรีนก็ยอมรับพวกมัน ให้เราแสดงกระบวนการเหล่านี้ สมการอิเล็กทรอนิกส์:
เฟ – 3 จ– = เฟอี +III,
Cl2+2 อี –= 2Cl –I

เพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนที่ให้เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับ สมการอิเล็กทรอนิกส์แรกจะต้องคูณด้วยสอง และสมการที่สองด้วยสาม:

ด้วยการแนะนำสัมประสิทธิ์ 2 และ 3 ในโครงการปฏิกิริยา เราจะได้สมการปฏิกิริยา:
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3

ตัวอย่างที่ 2เรามาสร้างสมการปฏิกิริยาการเผาไหม้ของฟอสฟอรัสขาวในคลอรีนส่วนเกินกันดีกว่า เป็นที่ทราบกันว่าฟอสฟอรัส (V) คลอไรด์เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้:

โมเลกุลฟอสฟอรัสสีขาวให้อิเล็กตรอน (ออกซิไดซ์) และโมเลกุลของคลอรีนยอมรับพวกมัน (ลด):

ปัจจัยที่ได้รับในตอนแรก (2 และ 20) มีตัวหารร่วมกัน โดยที่ปัจจัยเหล่านี้จะถูกหาร (เช่นเดียวกับสัมประสิทธิ์ในอนาคตในสมการปฏิกิริยา) สมการปฏิกิริยา:

P4 + 10Cl2 = 4PCl5

ตัวอย่างที่ 3เรามาสร้างสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อเหล็ก (II) ซัลไฟด์ถูกคั่วในออกซิเจนกันดีกว่า

รูปแบบปฏิกิริยา:

ในกรณีนี้ ทั้งอะตอมของเหล็ก (II) และซัลเฟอร์ (–II) จะถูกออกซิไดซ์ องค์ประกอบของเหล็ก (II) ซัลไฟด์ประกอบด้วยอะตอมของธาตุเหล่านี้ในอัตราส่วน 1:1 (ดูดัชนีในสูตรที่ง่ายที่สุด)
ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์:

สมการปฏิกิริยา: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2

ตัวอย่างที่ 4. เรามาสร้างสมการสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อเหล็ก (II) ไดซัลไฟด์ (ไพไรต์) ถูกคั่วในออกซิเจน

รูปแบบปฏิกิริยา:

เช่นเดียวกับในตัวอย่างก่อนหน้านี้ ทั้งอะตอมของเหล็ก (II) และอะตอมของซัลเฟอร์ก็ถูกออกซิไดซ์เช่นกัน แต่มีสถานะออกซิเดชันเป็น I อะตอมของธาตุเหล่านี้จะรวมอยู่ในองค์ประกอบของไพไรต์ในอัตราส่วน 1:2 (ดู ดัชนีตามสูตรที่ง่ายที่สุด) ในเรื่องนี้อะตอมของเหล็กและซัลเฟอร์ทำปฏิกิริยาซึ่งนำมาพิจารณาเมื่อรวบรวมเครื่องชั่งทางอิเล็กทรอนิกส์:

สมการปฏิกิริยา: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2

นอกจากนี้ยังมีกรณี ODD ที่ซับซ้อนกว่าอีกด้วย ซึ่งบางกรณีคุณจะคุ้นเคยขณะทำการบ้าน

อะตอมออกซิไดซ์, อะตอมรีดิวซ์, สารออกซิไดซ์, สารรีดิวซ์, วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์, สมการอิเล็กทรอนิกส์
1. รวบรวมเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์สำหรับสมการ OVR แต่ละสมการที่ให้ไว้ในข้อความของ § 1 ของบทนี้
2. สร้างสมการสำหรับ ORR ที่คุณค้นพบขณะทำงานให้เสร็จตามมาตรา 1 ของบทนี้ คราวนี้ใช้วิธีสมดุลอิเล็กทรอนิกส์เพื่อกำหนดอัตราต่อรอง 3.ใช้วิธีสมดุลอิเล็กตรอน สร้างสมการปฏิกิริยาที่สอดคล้องกับรูปแบบต่อไปนี้: a) Na + I 2 NaI;
b) นา + โอ 2 นา 2 โอ 2;
c) นา 2 O 2 + นานา 2 โอ;
d) อัล + Br 2 AlBr 3;
จ) เฟ + โอ 2 เฟ 3 โอ 4 ( ที);
จ) เฟ 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O ( ที);
ก) FeO + O 2 Fe 2 O 3 ( ที);
i) เฟ 2 O 3 + CO เฟ + CO 2 ( ที);
เจ) Cr + O 2 Cr 2 O 3 ( ที);
ลิตร) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 ( ที);
ม.) Mn 2 O 7 + NH 3 MnO 2 + N 2 + H 2 O;
ม.) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O ( ที);
n) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 ( ที)
p) PbO 2 + CO Pb + CO 2 ( ที);
ค) Cu 2 O + Cu 2 S Cu + SO 2 ( ที);
เสื้อ) CuS + O 2 Cu 2 O +SO 2 ( ที);
ญ) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O ( ที).

เหตุใดจึงเกิดปฏิกิริยาเคมี?
เพื่อตอบคำถามนี้ ขอให้เราจำไว้ว่าเหตุใดอะตอมแต่ละอะตอมจึงรวมกันเป็นโมเลกุล เหตุใดผลึกไอออนิกจึงถูกสร้างขึ้นจากไอออนที่แยกได้ และเหตุใดจึงใช้หลักการของพลังงานน้อยที่สุดเมื่อสร้างเปลือกอิเล็กตรอนของอะตอม คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้ทั้งหมดเหมือนกัน: เพราะมันมีประโยชน์อย่างกระตือรือร้น ซึ่งหมายความว่าในระหว่างกระบวนการดังกล่าวพลังงานจะถูกปล่อยออกมา ดูเหมือนว่าปฏิกิริยาเคมีควรจะเกิดขึ้นด้วยเหตุผลเดียวกัน อันที่จริงปฏิกิริยาหลายอย่างสามารถเกิดขึ้นได้ในระหว่างที่พลังงานถูกปล่อยออกมา พลังงานจะถูกปล่อยออกมา มักจะอยู่ในรูปของความร้อน

ถ้าในระหว่างที่เกิดปฏิกิริยาคายความร้อน ความร้อนไม่มีเวลาที่จะขจัดออก ระบบปฏิกิริยาก็จะร้อนขึ้น
ตัวอย่างเช่นในปฏิกิริยาการเผาไหม้มีเทน

CH 4 (ก.) + 2O 2 (ก.) = CO 2 (ก.) + 2H 2 O (ก.)

ความร้อนถูกปล่อยออกมามากจนมีเทนถูกใช้เป็นเชื้อเพลิง
ความจริงที่ว่าปฏิกิริยานี้ปล่อยความร้อนออกมาสามารถสะท้อนให้เห็นได้ในสมการปฏิกิริยา:

CH 4 (ก.) + 2O 2 (ก.) = CO 2 (ก.) + 2H 2 O (ก.) + ถาม

นี่แหละที่เรียกว่า สมการอุณหเคมี. ที่นี่สัญลักษณ์ "+ ถาม" หมายความว่า เมื่อเผามีเทน ความร้อนจะถูกปล่อยออกมา ความร้อนนี้เรียกว่า ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา.
ความร้อนที่ปล่อยออกมามาจากไหน?
คุณรู้ไหมว่าในระหว่างปฏิกิริยาเคมี พันธะเคมีจะแตกและก่อตัวขึ้น ในกรณีนี้ พันธะระหว่างอะตอมของคาร์บอนและไฮโดรเจนในโมเลกุล CH 4 รวมถึงระหว่างอะตอมออกซิเจนในโมเลกุล O 2 จะถูกทำลาย ในกรณีนี้จะเกิดพันธะใหม่: ระหว่างอะตอมของคาร์บอนและออกซิเจนในโมเลกุล CO 2 และระหว่างอะตอมของออกซิเจนและไฮโดรเจนในโมเลกุล H 2 O ในการทำลายพันธะคุณต้องใช้พลังงาน (ดู "พลังงานพันธะ", "พลังงานการทำให้เป็นอะตอม" ) และเมื่อเกิดพันธะพลังงานก็จะถูกปล่อยออกมา แน่นอนว่าหากพันธะ "ใหม่" แข็งแกร่งกว่าพันธะ "เก่า" พลังงานจะถูกปล่อยออกมามากกว่าที่จะถูกดูดซึม ความแตกต่างระหว่างพลังงานที่ปล่อยออกมาและพลังงานที่ถูกดูดซับคือผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา
ผลกระทบทางความร้อน (ปริมาณความร้อน) มีหน่วยเป็นกิโลจูล เช่น:

2H 2 (ก.) + O 2 (ก.) = 2H 2 O (ก.) + 484 กิโลจูล

สัญลักษณ์นี้หมายความว่าความร้อน 484 กิโลจูลจะถูกปล่อยออกมาหากไฮโดรเจนสองโมลทำปฏิกิริยากับออกซิเจนหนึ่งโมลเพื่อผลิตน้ำที่เป็นก๊าซ (ไอน้ำ) สองโมล

ดังนั้น, ในสมการอุณหเคมี ค่าสัมประสิทธิ์จะเท่ากับตัวเลขกับปริมาณของสารของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา.

อะไรเป็นตัวกำหนดผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาแต่ละอย่าง
ขึ้นอยู่กับผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา
ก) สถานะรวมของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา
b) อุณหภูมิและ
c) การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่หรือที่ความดันคงที่
การพึ่งพาผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาต่อสถานะของการรวมตัวของสารนั้นเกิดจากการที่กระบวนการเปลี่ยนจากสถานะการรวมตัวหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง (เช่นกระบวนการทางกายภาพอื่น ๆ ) จะมาพร้อมกับการปล่อยหรือการดูดซับความร้อน นอกจากนี้ยังสามารถแสดงได้ด้วยสมการอุณหเคมี ตัวอย่าง – สมการเทอร์โมเคมีสำหรับการควบแน่นของไอน้ำ:

H 2 O (ก.) = H 2 O (ล.) + ถาม

ในสมการเทอร์โมเคมี และหากจำเป็น ในสมการเคมีทั่วไป สถานะการรวมของสารจะถูกระบุโดยใช้ดัชนีตัวอักษร:
(ง) – แก๊ส
(ช) – ของเหลว
(t) หรือ (cr) – สารที่เป็นของแข็งหรือเป็นผลึก
การขึ้นอยู่กับผลกระทบทางความร้อนต่ออุณหภูมิมีความสัมพันธ์กับความจุความร้อนที่แตกต่างกัน วัสดุเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา
เนื่องจากปริมาตรของระบบจะเพิ่มขึ้นเสมออันเป็นผลจากปฏิกิริยาคายความร้อนที่ความดันคงที่ พลังงานส่วนหนึ่งจึงถูกใช้ไปกับการทำงานเพื่อเพิ่มปริมาตร และความร้อนที่ปล่อยออกมาจะน้อยกว่าถ้าปฏิกิริยาเดียวกันเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ .
ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยามักจะคำนวณสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ที่ 25 °C และระบุด้วยสัญลักษณ์ ถามโอ
ถ้าพลังงานถูกปล่อยออกมาในรูปของความร้อนเท่านั้น และปฏิกิริยาเคมีเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่ ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา ( คิว วี) เท่ากับการเปลี่ยนแปลง กำลังภายใน(ด ยู) สารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม:

คิววี = – ยู.

พลังงานภายในของร่างกายเข้าใจว่าเป็นพลังงานรวมของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล พันธะเคมี พลังงานไอออไนเซชันของอิเล็กตรอนทั้งหมด พลังงานพันธะของนิวคลีออนในนิวเคลียส และพลังงานประเภทอื่นๆ ที่รู้จักและไม่รู้จักทั้งหมดที่ "จัดเก็บ" โดยร่างกายนี้ เครื่องหมาย “–” เกิดจากการที่เมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมา พลังงานภายในจะลดลง นั่นคือ

ยู= – คิว วี .

หากปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่ความดันคงที่ ปริมาตรของระบบอาจเปลี่ยนแปลงได้ การทำงานเพื่อเพิ่มปริมาตรยังต้องอาศัยพลังงานภายในส่วนหนึ่งด้วย ในกรณีนี้

ยู = –(คิวพี+เอ) = –(คิวพี+พีวี),

ที่ไหน คิวพี– ผลทางความร้อนของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นที่ความดันคงที่ จากที่นี่

คิว พี = – ขึ้นวี .

มีค่าเท่ากับ ยู+พีวีได้รับชื่อแล้ว การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีและเขียนแทนด้วย D ชม.

ฮ=ยู+พีวี.

เพราะฉะนั้น

คิว พี = – ชม.

ดังนั้นเมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมา เอนทัลปีของระบบจะลดลง จึงเป็นที่มาของชื่อเดิมของปริมาณนี้: "ปริมาณความร้อน"
การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีแตกต่างจากผลกระทบด้านความร้อนตรงที่ทำให้เกิดปฏิกิริยา โดยไม่คำนึงว่าจะเกิดขึ้นที่ปริมาตรคงที่หรือความดันคงที่ สมการทางอุณหเคมีที่เขียนโดยใช้การเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีเรียกว่า สมการทางอุณหพลศาสตร์ในรูปแบบทางอุณหพลศาสตร์. ในกรณีนี้ ค่าของการเปลี่ยนแปลงเอนทาลปีภายใต้สภาวะมาตรฐาน (25 °C, 101.3 kPa) จะแสดงไว้ โฮ. ตัวอย่างเช่น:
2H 2 (ก.) + O 2 (ก.) = 2H 2 O (ก.) โฮ= – 484 กิโลจูล;
CaO (cr) + H 2 O (l) = Ca(OH) 2 (cr) โฮ= – 65 กิโลจูล

ขึ้นอยู่กับปริมาณความร้อนที่ปล่อยออกมาในปฏิกิริยา ( ถาม) จากผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยา ( ถาม o) และปริมาณของสาร ( n B) หนึ่งในผู้เข้าร่วมปฏิกิริยา (สาร B - สารเริ่มต้นหรือผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา) แสดงโดยสมการ:

โดยที่ B คือปริมาณของสาร B ซึ่งระบุโดยสัมประสิทธิ์หน้าสูตรของสาร B ในสมการเทอร์โมเคมี

งาน

กำหนดปริมาณของสารไฮโดรเจนที่ถูกเผาไหม้ในออกซิเจนหากปล่อยความร้อนออกมา 1,694 กิโลจูล

สารละลาย

จะตอบอะไรให้กับผู้ที่สนใจวิธีแก้ปัญหาปฏิกิริยารีดอกซ์? พวกมันไม่สามารถแก้ไขได้ อย่างไรก็ตามเช่นเดียวกับคนอื่นๆ โดยทั่วไปนักเคมีไม่สามารถแก้ปฏิกิริยาหรือสมการได้ สำหรับปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชัน (ORR) คุณสามารถสร้างสมการและใส่ค่าสัมประสิทธิ์ลงไปได้ ลองดูวิธีการทำเช่นนี้

ตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์

ปฏิกิริยารีดอกซ์คือปฏิกิริยาที่สถานะออกซิเดชันของสารตั้งต้นเปลี่ยนไป สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากอนุภาคตัวหนึ่งปล่อยอิเล็กตรอน (เรียกว่าตัวรีดิวซ์) และอีกอนุภาคยอมรับพวกมัน (ตัวออกซิไดซ์)

ตัวรีดิวซ์ที่สูญเสียอิเล็กตรอนจะออกซิไดซ์นั่นคือจะเพิ่มค่าของสถานะออกซิเดชัน ตัวอย่างเช่น รายการ: หมายความว่าสังกะสีให้อิเล็กตรอน 2 ตัว กล่าวคือ มันถูกออกซิไดซ์ พระองค์ทรงเป็นผู้ฟื้นฟู ระดับของการเกิดออกซิเดชันดังที่เห็นได้จากตัวอย่างข้างต้นเพิ่มขึ้น – ในที่นี้กำมะถันรับอิเล็กตรอนนั่นคือมันลดลง เธอเป็นตัวออกซิไดซ์ ระดับออกซิเดชันลดลง

บางคนอาจสงสัยว่าทำไมเมื่อเติมอิเล็กตรอนเข้าไป สถานะออกซิเดชันจึงลดลง แต่เมื่อสูญเสียไปกลับกลับเพิ่มขึ้น? ทุกอย่างมีเหตุผล อิเล็กตรอนเป็นอนุภาคที่มีประจุ -1 ดังนั้นจากมุมมองทางคณิตศาสตร์ ค่าเข้าจึงควรอ่านได้ดังนี้ 0 – (-1) = +1 โดยที่ (-1) คืออิเล็กตรอน นั่นหมายความว่า: 0 + (-2) = -2 โดยที่ (-2) คืออิเล็กตรอนสองตัวที่อะตอมกำมะถันยอมรับ

ตอนนี้ให้พิจารณาปฏิกิริยาที่กระบวนการทั้งสองเกิดขึ้น:

โซเดียมทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์เพื่อสร้างโซเดียมซัลไฟด์ อะตอมของโซเดียมจะถูกออกซิไดซ์ โดยให้อิเล็กตรอนครั้งละหนึ่งตัว ในขณะที่อะตอมของกำมะถันจะลดลงและเพิ่มขึ้นอีกสองตัว อย่างไรก็ตาม สามารถทำได้บนกระดาษเท่านั้น ในความเป็นจริง ตัวออกซิไดซ์จะต้องเพิ่มอิเล็กตรอนให้กับตัวเองมากเท่ากับที่ตัวรีดิวซ์มอบให้ โดยธรรมชาติแล้ว ความสมดุลจะถูกรักษาไว้ในทุกสิ่ง รวมถึงกระบวนการรีดอกซ์ด้วย ให้เราแสดงความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับปฏิกิริยานี้:

ผลคูณรวมระหว่างจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้และรับคือ 2 หารด้วยจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับจากโซเดียม (2:1=1) และกำมะถัน (2:2=1) เราจะได้ค่าสัมประสิทธิ์ในสมการนี้ นั่นคือทางด้านขวาและซ้ายของสมการควรมีอะตอมกำมะถันหนึ่งอะตอมต่ออะตอม (ค่าที่ได้จากการหารตัวคูณร่วมด้วยจำนวนอิเล็กตรอนที่ซัลเฟอร์ยอมรับ) และอะตอมโซเดียมสองอะตอม ในแผนภาพทางด้านซ้ายยังคงมีโซเดียมอะตอมเพียงอะตอมเดียว ลองเพิ่มเป็นสองเท่าโดยใส่ตัวประกอบเป็น 2 หน้าสูตรโซเดียม ทางด้านขวาของอะตอมโซเดียมมี 2 (Na2S) อยู่แล้ว

เราได้รวบรวมสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ง่ายที่สุดและวางสัมประสิทธิ์ไว้โดยใช้วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์

เรามาดูวิธี "แก้" ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่ซับซ้อนมากขึ้นกัน ตัวอย่างเช่น เมื่อกรดซัลฟิวริกเข้มข้นทำปฏิกิริยากับโซเดียมชนิดเดียวกัน ไฮโดรเจนซัลไฟด์ โซเดียมซัลเฟต และน้ำก็จะเกิดขึ้น มาเขียนแผนภาพกัน:

ให้เราพิจารณาสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบทั้งหมด:

ศิลปะที่เปลี่ยนไป โซเดียมและซัลเฟอร์เท่านั้น ให้เราเขียนครึ่งปฏิกิริยาของออกซิเดชันและการรีดักชัน:

ลองหาตัวคูณร่วมน้อยระหว่าง 1 (โซเดียมที่เสียอิเล็กตรอนไปกี่อิเล็กตรอน) และ 8 (จำนวนประจุลบที่กำมะถันยอมรับ) หารด้วย 1 แล้วหารด้วย 8 ผลลัพธ์คือจำนวนอะตอม Na และ S บนทั้งสองอะตอม ด้านขวาและซ้าย

ลองเขียนมันลงในสมการ:

เรายังไม่ได้ใส่ค่าสัมประสิทธิ์จากงบดุลไว้หน้าสูตรกรดซัลฟูริก เรานับโลหะอื่นๆ (ถ้ามี) ตามด้วยกรดตกค้าง ตามด้วย H และสุดท้ายแต่ไม่ท้ายสุดเราจะตรวจสอบออกซิเจน

ในสมการนี้ควรมีโซเดียม 8 อะตอมทางซ้ายและขวา ใช้กรดซัลฟิวริกตกค้าง 2 ครั้ง ในจำนวนนี้มี 4 ตัวกลายเป็นตัวสร้างเกลือ (ส่วนหนึ่งของ Na2SO4) และอีกหนึ่งตัวกลายเป็น H2S นั่นคือต้องใช้อะตอมกำมะถันทั้งหมด 5 อะตอม เราใส่ 5 ไว้หน้าสูตรกรดซัลฟูริก

เราตรวจสอบ H: มีอะตอม H 5×2=10 H ทางด้านซ้าย มีเพียง 4 อะตอมทางด้านขวา ซึ่งหมายความว่าเราใส่สัมประสิทธิ์ 4 ไว้ที่หน้าน้ำ (ไม่สามารถวางหน้าไฮโดรเจนซัลไฟด์ได้ เนื่องจาก ตามมาจากความสมดุลว่าควรมี H2S โมเลกุล 1 โมเลกุลทางซ้ายและขวาเราตรวจสอบออกซิเจน ด้านซ้ายมี 20 O อะตอม ทางด้านขวามี 4x4 จากกรดซัลฟิวริก และอีก 4 จากน้ำ ทุกอย่างตรงกันซึ่ง หมายถึงการกระทำได้ดำเนินการอย่างถูกต้อง

นี่เป็นกิจกรรมประเภทหนึ่งที่คนที่ถามถึงวิธีแก้ปัญหาปฏิกิริยารีดอกซ์อาจมีอยู่ในใจ หากคำถามนี้หมายถึง "ทำให้สมการ ORR เสร็จสิ้น" หรือ "เพิ่มผลคูณของปฏิกิริยา" เพื่อที่จะทำงานดังกล่าวให้เสร็จสิ้น การสร้างเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ยังไม่เพียงพอ ในบางกรณี คุณจำเป็นต้องรู้ว่าผลิตภัณฑ์ออกซิเดชัน/รีดิวซ์คืออะไร ความเป็นกรดของสิ่งแวดล้อมมีผลกระทบอย่างไร และปัจจัยต่างๆ ที่จะกล่าวถึงในบทความอื่นๆ

ปฏิกิริยารีดอกซ์ - วิดีโอ

เป้า: การพัฒนาทักษะในการจัดทำสมการกระบวนการรีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบอินทรีย์

วิธีการ:เรื่องราว งานพร้อมการนำเสนอ การอภิปราย งานอิสระ งานกลุ่ม

ครู:

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์จากมุมมองของแนวคิด "ระดับออกซิเดชันขององค์ประกอบทางเคมี" คืออะไร? (สไลด์ 2)

/ ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันคือปฏิกิริยาที่กระบวนการออกซิเดชันและรีดักชันเกิดขึ้นพร้อมกัน และตามกฎแล้ว สถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบจะเปลี่ยนไป/

ลองพิจารณากระบวนการโดยใช้ตัวอย่างปฏิกิริยาของอะซีตัลดีไฮด์กับกรดซัลฟิวริกเข้มข้น:

เมื่อรวบรวมสมการนี้ จะใช้วิธีการสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์ วิธีการนี้ขึ้นอยู่กับการเปรียบเทียบสถานะออกซิเดชันของอะตอมในวัสดุตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา ข้อกำหนดหลักเมื่อเขียนสมการโดยใช้วิธีนี้คือจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้ต้องเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับ

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดิวซ์เป็นปฏิกิริยาที่อิเล็กตรอนถ่ายโอนจากอะตอม โมเลกุล หรือไอออนหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง

ออกซิเดชันเป็นกระบวนการของการสูญเสียอิเล็กตรอนและเพิ่มสถานะออกซิเดชัน

การรีดิวซ์เป็นกระบวนการเพิ่มอิเล็กตรอน และสถานะออกซิเดชันจะลดลง

อะตอม โมเลกุล หรือไอออนที่ให้อิเล็กตรอนจะถูกออกซิไดซ์ เป็นตัวรีดิวซ์
อะตอม ไอออน หรือโมเลกุลที่รับอิเล็กตรอนจะลดลง เป็นสารออกซิไดซ์

ออกซิเดชันมักมาพร้อมกับการรีดักชัน การรีดักชันสัมพันธ์กับการเกิดออกซิเดชัน

ปฏิกิริยาออกซิเดชัน-รีดักชันเป็นเอกภาพของกระบวนการที่ตรงกันข้ามสองกระบวนการ: ออกซิเดชันและการรีดักชัน

งานอิสระหมายเลข 2 ตามการ์ดคำแนะนำ: โดยใช้วิธีสมดุลอิเล็กทรอนิกส์ ค้นหาและใส่สัมประสิทธิ์ในรูปแบบปฏิกิริยารีดอกซ์ต่อไปนี้:

MnO 2 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + O 2 + H 2 O (2MnO 2 + 2H 2 SO 4 → 2MnSO 4 + O 2 +2H 2 O)

ครู:

อย่างไรก็ตาม การเรียนรู้ที่จะหาค่าสัมประสิทธิ์ใน OVR ไม่ได้หมายความว่าจะสามารถคอมไพล์พวกมันได้ จำเป็นต้องทราบพฤติกรรมของสารในปฏิกิริยาของปฏิกิริยา เพื่อระบุขั้นตอนของปฏิกิริยา เพื่อกำหนดองค์ประกอบของผลิตภัณฑ์ที่เกิดขึ้นขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยา

เพื่อให้เข้าใจว่าในกรณีใดองค์ประกอบต่างๆ ทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ และในกรณีที่ - ในฐานะตัวรีดิวซ์ คุณต้องหันไปใช้ตารางธาตุของ D.I. Mendeleev หากเรากำลังพูดถึงสารง่าย ๆ คุณสมบัติการลดควรมีอยู่ในองค์ประกอบเหล่านั้นที่มีรัศมีอะตอมใหญ่กว่าเมื่อเปรียบเทียบกับองค์ประกอบอื่นและมีอิเล็กตรอนจำนวนน้อย (1 - 3) ที่ระดับพลังงานภายนอก ดังนั้นจึงสามารถให้ออกไปได้ค่อนข้างง่าย สิ่งเหล่านี้ส่วนใหญ่เป็นโลหะ คุณสมบัติรีดิวซ์ที่ทรงพลังที่สุดคือโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธที่อยู่ในกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม I และ II (เช่น โซเดียม โพแทสเซียม แคลเซียม ฯลฯ )

อโลหะทั่วไปส่วนใหญ่ซึ่งมีโครงสร้างที่ใกล้เคียงกับโครงสร้างที่สมบูรณ์ของชั้นอิเล็กตรอนด้านนอกและมีรัศมีอะตอมที่เล็กกว่าอย่างมากเมื่อเทียบกับโลหะในช่วงเวลาเดียวกัน ค่อนข้างจะยอมรับอิเล็กตรอนและทำตัวเป็นสารออกซิไดซ์ในปฏิกิริยารีดอกซ์ได้อย่างง่ายดาย สารออกซิไดซ์ที่ทรงพลังที่สุดคือองค์ประกอบเบาของกลุ่มย่อยหลักกลุ่ม VI - VII เช่น ฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน ออกซิเจน ซัลเฟอร์ เป็นต้น

ในเวลาเดียวกัน เราต้องจำไว้ว่าการแบ่งแยกสารธรรมดาไปเป็นตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์นั้นสัมพันธ์กับการแบ่งเป็นโลหะและอโลหะ หากอโลหะเข้าสู่สภาพแวดล้อมที่มีตัวออกซิไดซ์ที่แรงกว่า พวกมันสามารถแสดงคุณสมบัติรีดิวซ์ได้ องค์ประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันต่างกันสามารถมีพฤติกรรมต่างกันได้

หากองค์ประกอบมีสถานะออกซิเดชันสูงสุด ก็สามารถเป็นเพียงตัวออกซิไดซ์เท่านั้น ตัวอย่างเช่นในไนโตรเจน HN +5 O 3 ในสถานะ +5 สามารถเป็นตัวออกซิไดซ์และรับอิเล็กตรอนได้เท่านั้น

เฉพาะองค์ประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันต่ำสุดเท่านั้นที่สามารถเป็นตัวรีดิวซ์ได้ ตัวอย่างเช่นใน N -3 H 3 ไนโตรเจนในสถานะ -3 สามารถบริจาคอิเล็กตรอนได้เช่น เป็นตัวรีดิวซ์

องค์ประกอบที่อยู่ในสถานะออกซิเดชันเชิงบวกระดับกลางสามารถบริจาคและรับอิเล็กตรอนได้ ดังนั้นจึงสามารถทำตัวเป็นสารออกซิไดซ์หรือตัวรีดิวซ์ได้ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข ตัวอย่างเช่น N +3, S +4 เมื่อวางในสภาพแวดล้อมที่มีตัวออกซิไดซ์ที่แรง พวกมันจะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ และในทางกลับกันในสภาพแวดล้อมแบบรีดิวซ์พวกมันจะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์

ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของรีดอกซ์ สารสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่ม:

สารออกซิไดซ์

สารรีดิวซ์

ตัวออกซิไดซ์ - ตัวรีดิวซ์

งานอิสระหมายเลข 3 บนการ์ดคำแนะนำ: ในรูปแบบสมการปฏิกิริยาใดที่ MnO 2 แสดงคุณสมบัติของสารออกซิไดซ์และซึ่ง - คุณสมบัติของสารรีดิวซ์:

2MnO 2 + O 2 + 4KOH = 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O (MnO 2 เป็นตัวรีดิวซ์)

MnO 2 + 4HCI = MnCI 2 + CI 2 + 2H 2 O (MnO 2 เป็นตัวออกซิไดซ์)

สารออกซิไดซ์ที่สำคัญที่สุดและผลิตภัณฑ์รีดิวซ์

1. กรดซัลฟูริก - H 2 SO 4 เป็นสารออกซิไดซ์

A) สมการปฏิกิริยาของสังกะสีกับเจือจาง H 2 SO 4 (สไลด์ 3)

ไอออนใดเป็นตัวออกซิไดซ์ในปฏิกิริยานี้ (เอช+)

ผลคูณของการลดโลหะในชุดแรงดันไฟฟ้าจนถึงไฮโดรเจนคือ H2

B) ลองพิจารณาปฏิกิริยาอื่น - ปฏิกิริยาของสังกะสีกับความเข้มข้น H 2 SO 4 (สไลด์ 4)

อะตอมใดเปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน (สังกะสีและกำมะถัน)

กรดซัลฟิวริกเข้มข้น (98%) ประกอบด้วยน้ำ 2% และได้รับเกลือในสารละลาย ปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับซัลเฟตไอออนจริงๆ ผลิตภัณฑ์รีดิวซ์คือไฮโดรเจนซัลไฟด์

ผลิตภัณฑ์รีดิวซ์ของความเข้มข้น H 2 SO 4 ขึ้นอยู่กับกิจกรรมของโลหะ: H 2 S, S, SO 2

2. กรดอีกชนิดหนึ่ง - ไนตริก - ก็เป็นสารออกซิไดซ์เช่นกันเนื่องจากไนเตรตไอออน NO 3 - ความสามารถในการออกซิไดซ์ของไนเตรตไอออนนั้นสูงกว่าไอออน H+ อย่างมีนัยสำคัญ และไฮโดรเจนไอออนจะไม่ลดลงจนเหลืออะตอม ดังนั้น เมื่อกรดไนตริกทำปฏิกิริยากับโลหะ ไฮโดรเจนจะไม่ถูกปล่อยออกมา แต่สารประกอบไนโตรเจนต่างๆ จะก่อตัวขึ้น ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของกรดและกิจกรรมของโลหะ กรดไนตริกเจือจางจะลดลงได้ลึกกว่าความเข้มข้น (สำหรับโลหะชนิดเดียวกัน) (สไลด์ 6)

แผนภาพแสดงผลิตภัณฑ์ที่มีปริมาณสูงที่สุดในบรรดาผลิตภัณฑ์ลดกรดที่เป็นไปได้

ทองคำและแพลตตินัมไม่ทำปฏิกิริยากับ HNO3 แต่โลหะเหล่านี้ละลายใน "วอดก้า Regia" ซึ่งเป็นส่วนผสมของกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นและกรดไนตริกในอัตราส่วน 3: 1

Au + 3HCI (เข้มข้น) + HNO 3 (เข้มข้น) = AuCI 3 + NO + 2H 2 O

3. ตัวออกซิไดซ์ที่ทรงพลังที่สุดในบรรดาสารธรรมดาคือฟลูออรีน แต่มันใช้งานมากเกินไปและยากที่จะได้รับในรูปแบบอิสระ ดังนั้นในห้องปฏิบัติการจึงใช้โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต KMnO 4 เป็นตัวออกซิไดซ์ ความสามารถในการออกซิไดซ์ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารละลาย อุณหภูมิ และสภาพแวดล้อม

การสร้างสถานการณ์ที่มีปัญหา: ฉันกำลังเตรียมสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (“โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต”) สำหรับบทเรียน ทำสารละลายหกใส่แก้ว และเปื้อนสารเคมีที่ฉันชื่นชอบ แนะนำ (หลังจากทำการทดลองในห้องปฏิบัติการ) สารที่ใช้ทำความสะอาดเสื้อคลุมได้

ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น-รีดิวซ์สามารถเกิดขึ้นได้ในสภาพแวดล้อมต่างๆ ลักษณะของปฏิกิริยาระหว่างสารชนิดเดียวกันอาจเปลี่ยนแปลงไปขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม: สภาพแวดล้อมส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของอะตอม

โดยทั่วไปแล้ว กรดซัลฟิวริกจะถูกเติมเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ไฮโดรคลอริกและไนโตรเจนถูกใช้ไม่บ่อยเพราะว่า ตัวแรกสามารถออกซิไดซ์ได้และตัวที่สองเป็นตัวออกซิไดซ์ที่แรงและอาจทำให้เกิดกระบวนการด้านข้างได้ ในการสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง จะใช้โพแทสเซียมหรือโซเดียมไฮดรอกไซด์ และใช้น้ำเพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง

ประสบการณ์ในห้องปฏิบัติการ: (ข้อกำหนดวัณโรค)

สารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตเจือจาง 1-2 มิลลิลิตรเทลงในหลอดทดลองที่มีหมายเลขสี่หลอด เติมสารละลายกรดซัลฟิวริกสองสามหยดลงในหลอดทดลองหลอดแรก เติมน้ำลงในหลอดที่สอง โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ในหลอดที่สาม และปล่อยให้หลอดทดลองหลอดที่สี่เป็นตัวควบคุม จากนั้นเทสารละลายโซเดียมซัลไฟต์ลงในหลอดทดลองสามหลอดแรก เขย่าเบาๆ ตรวจสอบ. สีของสารละลายในแต่ละหลอดทดลองเปลี่ยนไปอย่างไร? (สไลด์ 7, 8)

ผลการทดลองในห้องปฏิบัติการ:

ผลิตภัณฑ์ลด KMnO 4 (MnO 4) -:

ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด – Mn+ 2 (เกลือ) สารละลายไม่มีสี

ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกลาง – MnO 2, ตะกอนสีน้ำตาล;

ในตัวกลางอัลคาไลน์ - MnO 4 2- สารละลายสีเขียว (สไลด์ 9)

ไปที่แผนปฏิกิริยา:

KMnO 4 + นา 2 SO 3 + H 2 SO 4 → MnSO 4 + นา 2 SO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

KMnO 4 + นา 2 SO 3 + H 2 O → MnO 2 ↓ + นา 2 SO 4 + KOH

KMnO 4 + นา 2 SO 3 + KOH → นา 2 SO 4 + K 2 MnO 4 + H 2 O

เลือกอัตราต่อรองโดยใช้วิธีสมดุลอิเล็กทรอนิกส์ ระบุตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ (สไลด์ 10)

(งานมีหลายระดับ: นักเรียนที่เข้มแข็งเขียนผลลัพท์ของปฏิกิริยาอย่างอิสระ)

คุณได้ทำการทดลองในห้องปฏิบัติการแล้ว แนะนำสารที่สามารถใช้ทำความสะอาดชุดคลุมได้

ประสบการณ์การสาธิต:

คราบจากสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตจะถูกกำจัดออกอย่างรวดเร็วด้วยสารละลายไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่ทำให้เป็นกรดด้วยกรดอะซิติก:

2KMnO 4 + 9H 2 O2 + 6CH 3 COOH = 2Mn(CH 3 COO) 2 + 2CH 3 ปรุงอาหาร + 7O 2 + 12H 2 O

คราบโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตเก่ามีแมงกานีส (IV) ออกไซด์ ดังนั้นปฏิกิริยาอื่นจะเกิดขึ้น:

MnO 2 + 3H 2 O 2 + 2CH 3 COOH = Mn(CH 3 COO) 2 + 2O 2 + 4H 2 O (สไลด์ 12)

หลังจากขจัดคราบสกปรกแล้ว จะต้องล้างผ้าด้วยน้ำสะอาด

ครู:

ความสำคัญของปฏิกิริยารีดอกซ์

เป้าหมาย: แสดงให้นักเรียนเห็นถึงความสำคัญของปฏิกิริยารีดอกซ์ในด้านเคมี เทคโนโลยี และชีวิตประจำวันของมนุษย์ วิธีการ: การนำเสนอ การอภิปราย งานอิสระ งานกลุ่ม

เป็นไปไม่ได้ที่จะพิจารณาปฏิกิริยารีดอกซ์ที่หลากหลายทั้งหมดภายในบทเรียนเดียว แต่ความสำคัญในด้านเคมี เทคโนโลยี และชีวิตประจำวันของมนุษย์ไม่สามารถประเมินสูงเกินไปได้ ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นเหตุให้เกิดการผลิตโลหะและโลหะผสม ไฮโดรเจนและฮาโลเจน ด่างและยา การทำงานของเยื่อหุ้มชีวภาพและกระบวนการทางธรรมชาติหลายอย่างเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยารีดอกซ์: เมแทบอลิซึม การหมัก การหายใจ การสังเคราะห์ด้วยแสง หากไม่เข้าใจสาระสำคัญและกลไกของปฏิกิริยารีดอกซ์ เป็นไปไม่ได้เลยที่จะจินตนาการถึงการทำงานของแหล่งพลังงานเคมี (ตัวสะสมและแบตเตอรี่) การผลิตสารเคลือบป้องกัน และการประมวลผลพื้นผิวโลหะของผลิตภัณฑ์อย่างเชี่ยวชาญ เพื่อวัตถุประสงค์ในการฟอกขาวและฆ่าเชื้อจะใช้คุณสมบัติการออกซิไดซ์ของสารที่รู้จักกันดีเช่นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์, โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต, คลอรีนและคลอรีนหรือสารฟอกขาว คลอรีนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง ใช้ในการฆ่าเชื้อน้ำสะอาดและฆ่าเชื้อน้ำเสีย

การทำงานกับการนำเสนอ การเขียนลงในสมุดบันทึก