Ստոկիոմետրիայի գործակիցը. Ստոկիոմետրիան քիմիական հաշվարկների հիմքն է

Redox ռեակցիայի հավասարումը կազմելիս անհրաժեշտ է որոշել վերականգնող նյութը, օքսիդացնող նյութը և տրված և ստացված էլեկտրոնների քանակը։ Օքսիդացման ռեակցիաների հավասարումներ կազմելու հիմնականում երկու եղանակ կա.
1) էլեկտրոնային հաշվեկշիռ– հիմնված է վերականգնող նյութից դեպի օքսիդացնող նյութ շարժվող էլեկտրոնների ընդհանուր թվի որոշման վրա.
2) իոն-էլեկտրոնային հավասարակշռություն- նախատեսում է օքսիդացման և նվազեցման գործընթացի հավասարումների առանձին հավաքում` դրանց հետագա գումարմամբ ընդհանուր իոնային հավասարում-կես ռեակցիայի մեթոդով: Այս մեթոդով անհրաժեշտ է գտնել ոչ միայն վերականգնող և օքսիդացնող նյութի գործակիցները, այլև միջավայրի մոլեկուլները։ Կախված միջավայրի բնույթից՝ օքսիդացնող նյութի կողմից ընդունված կամ վերականգնող նյութի կողմից կորցրած էլեկտրոնների թիվը կարող է տարբեր լինել։
1) Էլեկտրոնային հաշվեկշիռ՝ ռեդոքս ռեակցիաների հավասարումների գործակիցները գտնելու մեթոդ, որը դիտարկում է էլեկտրոնների փոխանակումը տարրերի ատոմների միջև, որոնք փոխում են դրանց օքսիդացման վիճակը։ Նվազեցնող նյութի կողմից նվիրաբերված էլեկտրոնների թիվը հավասար է օքսիդացնող նյութի ստացած էլեկտրոնների թվին:

Հավասարումը կազմվում է մի քանի փուլով.

1. Գրի՛ր ռեակցիայի սխեման:

KMnO 4 + HCl → KCl + MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O

2. Օքսիդացման վիճակները դրե՛ք փոփոխվող տարրերի նշաններից վեր:

KMn +7 O 4 + HCl -1 → KCl + Mn +2 Cl 2 + Cl 2 0 + H 2 O

3. Հատկացնել տարրեր, որոնք փոխում են օքսիդացման աստիճանը և որոշում էլեկտրոնների քանակը, որոնք ձեռք են բերվել օքսիդացնող նյութի կողմից և տրվել վերականգնող նյութի կողմից:

Mn +7 + 5ē = Mn +2

2Cl -1 - 2ē \u003d Cl 2 0

4. Հավասարեցրեք ձեռք բերված և նվիրաբերված էլեկտրոնների թիվը՝ դրանով իսկ սահմանելով գործակիցները այն միացությունների համար, որոնցում կան տարրեր, որոնք փոխում են օքսիդացման վիճակը:

Mn +7 + 5ē = Mn +2 2

2Cl -1 - 2ē \u003d Cl 2 0 5

––––––––––––––––––––––––

2Mn +7 + 10Cl -1 = 2Mn +2 + 5Cl 2 0

5. Ռեակցիայի մյուս բոլոր մասնակիցների համար ընտրվում են գործակիցներ: Այս դեպքում 10 HCl մոլեկուլ մասնակցում է վերականգնողական գործընթացին, իսկ 6-ը՝ իոնափոխանակման գործընթացին (կալիումի և մանգանի իոնների միացում)։

2KMn +7 O 4 + 16HCl -1 = 2KCl + 2Mn +2 Cl 2 + 5Cl 2 0 + 8H 2 O

2) Իոն-էլեկտրոն հավասարակշռության մեթոդ.

1. Գրի՛ր ռեակցիայի սխեման:

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

2. Գրի՛ր կիսա-ռեակցիաների սխեմաներ՝ օգտագործելով լուծույթում առկա մասնիկները (մոլեկուլներ և իոններ): Միևնույն ժամանակ մենք ամփոփում ենք նյութական հաշվեկշիռը, այսինքն. Ձախ կողմում կիսա-ռեակցիային մասնակցող տարրերի ատոմների թիվը պետք է հավասար լինի աջ կողմում գտնվող նրանց թվին: Օքսիդացված և կրճատված ձևերօքսիդիչը և վերականգնիչը հաճախ տարբերվում են թթվածնի պարունակությամբ (համեմատե՛ք Cr 2 O 7 2− և Cr 3+): Հետևաբար, էլեկտրոն-իոնային հաշվեկշռի մեթոդով կիսա-ռեակցիայի հավասարումներ կազմելիս դրանք ներառում են H + /H 2 O զույգեր (համար թթվայինմիջավայր) և OH - / H 2 O (համար ալկալայինմիջավայր): Եթե ​​մի ձևից մյուսին անցնելու ժամանակ սկզբնական ձևը (սովորաբար − օքսիդացված) կորցնում է իր օքսիդ իոնները (ներքևում ներկայացված են քառակուսի փակագծերում), վերջիններս, քանի որ դրանք ազատ ձևով գոյություն չունեն, պետք է լինեն թթվայինմիջավայրը զուգակցվում են ջրածնի կատիոնների հետ, իսկ ներս ալկալայինմիջին - ջրի մոլեկուլներով, ինչը հանգեցնում է առաջացման ջրի մոլեկուլներ(թթվային միջավայրում) և հիդրօքսիդի իոններ(ալկալային միջավայրում).

թթվային միջավայր+ 2H + = H 2 O օրինակ՝ Cr 2 O 7 2− + 14H + = 2Cr 3+ + 7H 2 O
ալկալային միջավայր+ H 2 O \u003d 2 OH - օրինակ ՝ MnO 4 - + 2H 2 O \u003d MnO 2 + 4OH -

թթվածնի պակասըսկզբնական ձևով (ավելի հաճախ՝ վերականգնված ձևով) վերջնական ձևի համեմատությամբ փոխհատուցվում է ավելացնելով ջրի մոլեկուլներ(մեջ թթվայինմիջավայր) կամ հիդրօքսիդի իոններ(մեջ ալկալայինմիջավայր):

թթվային միջավայր H 2 O = + 2H + օրինակ՝ SO 3 2- + H 2 O = SO 4 2- + 2H +
ալկալային միջավայր 2 OH - \u003d + H 2 O օրինակ՝ SO 3 2- + 2OH - \u003d SO 4 2- + H 2 O

MnO 4 - + 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O կրճատում

SO 3 2- + H 2 O → SO 4 2- + 2H + օքսիդացում

3. Մենք ամփոփում ենք էլեկտրոնային հաշվեկշիռը՝ հետևելով կիսա-ռեակցիայի հավասարումների աջ և ձախ մասերում ընդհանուր լիցքի հավասարության անհրաժեշտությանը։

Վերոնշյալ օրինակում կրճատման կիսա-ռեակցիայի հավասարման աջ կողմում իոնների ընդհանուր լիցքը +7 է, ձախում՝ +2, ինչը նշանակում է, որ աջ կողմում պետք է ավելացնել հինգ էլեկտրոն.

MnO 4 - + 8H + + 5ē → Mn 2+ + 4H 2 O

Օքսիդացման կես ռեակցիայի հավասարման մեջ աջ կողմի ընդհանուր լիցքը -2 է, ձախ կողմում՝ 0, ինչը նշանակում է, որ աջ կողմում պետք է հանել երկու էլեկտրոն.

SO 3 2- + H 2 O - 2ē → SO 4 2- + 2H +

Այսպիսով, երկու հավասարումներում էլ իրականացվում է իոն-էլեկտրոնների հավասարակշռությունը, և դրանցում կարելի է հավասար նշաններ դնել սլաքների փոխարեն.

MnO 4 - + 8H + + 5ē \u003d Mn 2+ + 4H 2 O

SO 3 2- + H 2 O - 2ē \u003d SO 4 2- + 2H +

4. Հետևելով օքսիդացնող նյութի կողմից ստացված և վերականգնող նյութի կողմից տրված էլեկտրոնների թվի հավասարության անհրաժեշտության կանոնին, մենք գտնում ենք երկու հավասարումների էլեկտրոնների թվի նվազագույն ընդհանուր բազմապատիկը (2∙5 = 10):

5. Մենք բազմապատկում ենք գործակիցներով (2.5) և գումարում ենք երկու հավասարումները՝ գումարելով երկու հավասարումների ձախ և աջ մասերը։

MnO 4 - + 8H + + 5ē \u003d Mn 2+ + 4H 2 O 2

SO 3 2- + H 2 O - 2ē \u003d SO 4 2- + 2H + 5

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

2MnO 4 - + 16H + + 5SO 3 2- + 5H 2 O = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5SO 4 2- + 10H +

2MnO 4 - + 6H + + 5SO 3 2- = 2Mn 2+ + 3H 2 O + 5SO 4 2-

կամ մոլեկուլային ձևով.

5K 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 6K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 O

Այս մեթոդը հաշվի է առնում էլեկտրոնների անցումը մեկ ատոմից կամ իոնից մյուսը՝ հաշվի առնելով այն միջավայրի բնույթը (թթվային, ալկալային կամ չեզոք), որտեղ տեղի է ունենում ռեակցիան։ Թթվային միջավայրում կիսա-ռեակցիայի հավասարումների մեջ ջրածնի և թթվածնի ատոմների թիվը հավասարեցնելու համար պետք է օգտագործել ջրածնի իոններ H+ և ջրի մոլեկուլներ, հիմնականում՝ հիդրօքսիդի իոններ OH - և ջրի մոլեկուլներ։ Համապատասխանաբար, ստացված արտադրանքներում էլեկտրոն-իոնային հավասարման աջ կողմում կլինեն ջրածնի իոններ (և ոչ հիդրօքսիդի իոններ) և ջրի մոլեկուլներ (թթվային միջավայր) կամ հիդրօքսիդի իոններ և ջրի մոլեկուլներ (ալկալային միջավայր): Այսպիսով, օրինակ, թթվային միջավայրում պերմանգանատի իոնի կրճատման կես ռեակցիայի հավասարումը չի կարող կազմվել աջ կողմում հիդրօքսիդի իոնների առկայությամբ.

MnO 4 - + 4H 2 O + 5ē \u003d Mn 2+ + 8OH -.

Ճիշտ է MnO 4 - + 8H + + 5ē \u003d Mn 2+ + 4H 2 O

Այսինքն՝ էլեկտրոնային իոնային հավասարումներ գրելիս պետք է ելնել լուծույթում իրականում առկա իոնների բաղադրությունից։ Բացի այդ, ինչպես կրճատ իոնային հավասարումների պատրաստման ժամանակ, այն նյութերը, որոնք վատ տարանջատվող, վատ լուծվող կամ գազի ձևով ազատված են, պետք է գրվեն մոլեկուլային տեսքով:

Կիսարեակցիայի մեթոդով ռեդոքսային ռեակցիաների հավասարումների կազմումը հանգեցնում է նույն արդյունքի, ինչ էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը։

Եկեք համեմատենք երկու մեթոդները: Կես ռեակցիայի մեթոդի առավելությունը էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդի համեմատ այն է որ այն օգտագործում է ոչ թե հիպոթետիկ իոններ, այլ իսկապես գոյություն ունեցող:

Կիսարեակցիայի մեթոդը կիրառելիս պետք չէ իմանալ ատոմների օքսիդացման վիճակը։ Առանձին իոնային կիսա-ռեակցիայի հավասարումներ գրելն անհրաժեշտ է գալվանական բջիջում և էլեկտրոլիզի ընթացքում քիմիական գործընթացները հասկանալու համար: Այս մեթոդով տեսանելի է շրջակա միջավայրի դերը՝ որպես ողջ գործընթացի ակտիվ մասնակից։ Վերջապես, կիսա-ռեակցիայի մեթոդը կիրառելիս անհրաժեշտ չէ իմանալ ստացված բոլոր նյութերը, դրանք հայտնվում են ռեակցիայի հավասարման մեջ՝ այն ստանալիս։ Հետևաբար, կես ռեակցիաների մեթոդը պետք է նախընտրելի լինի և օգտագործվի ջրային լուծույթներում տեղի ունեցող բոլոր ռեդոքս ռեակցիաների համար հավասարումների պատրաստման համար

Այս մեթոդով համեմատվում են սկզբնական և վերջնական նյութերում ատոմների օքսիդացման վիճակները՝ առաջնորդվելով կանոնով. վերականգնող նյութի կողմից նվիրաբերված էլեկտրոնների թիվը պետք է հավասար լինի օքսիդացնող նյութին կցված էլեկտրոնների թվին: Հավասարում կազմելու համար անհրաժեշտ է իմանալ ռեակտիվների և ռեակցիայի արտադրանքների բանաձևերը: Վերջիններս որոշվում են կա՛մ էմպիրիկ եղանակով, կա՛մ էլ տարրերի հայտնի հատկությունների հիման վրա։

Իոն-էլեկտրոն հավասարակշռության մեթոդն ավելի բազմակողմանի է, քան էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը և ունի անհերքելի առավելություն գործակիցների ընտրության հարցում շատ ռեդոքս ռեակցիաներում, մասնավորապես, օրգանական միացությունների մասնակցությամբ, որոնցում նույնիսկ օքսիդացման վիճակների որոշման կարգը շատ է։ բարդ.

Դիտարկենք, օրինակ, էթիլենի օքսիդացման գործընթացը, որը տեղի է ունենում, երբ այն անցնում է կալիումի պերմանգանատի ջրային լուծույթով։ Արդյունքում, էթիլենը օքսիդացվում է էթիլենգլիկոլի HO-CH 2 -CH 2 -OH, իսկ պերմանգանատը վերածվում է մանգանի (IV) օքսիդի, բացի այդ, ինչպես պարզ կլինի վերջնական հավասարակշռության հավասարումից, կալիումի հիդրօքսիդը նույնպես ձևավորվում է: իրավունք:

KMnO 4 + C 2 H 4 + H 2 O → C 2 H 6 O 2 + MnO 2 + KOH

Կրճատման և օքսիդացման կիսարեակցիայի հավասարումը.

MnO 4 - + 2H 2 O + 3e \u003d MnO 2 + 4OH - 2 վերականգնում

C 2 H 4 + 2OH - - 2e \u003d C 2 H 6 O 2 3 օքսիդացում

Մենք ամփոփում ենք երկու հավասարումները, հանում ենք աջ և ձախ կողմերում առկա հիդրօքսիդի իոնները:

Մենք ստանում ենք վերջնական հավասարումը.

2KMnO 4 + 3C 2 H 4 + 4H 2 O → 3C 2 H 6 O 2 + 2MnO 2 + 2KOH

Օրգանական միացությունների հետ կապված ռեակցիաներում գործակիցները որոշելու համար իոն-էլեկտրոն հավասարակշռության մեթոդն օգտագործելիս հարմար է դիտարկել ջրածնի ատոմների օքսիդացման վիճակները հավասար +1, թթվածին -2 և հաշվարկել ածխածինը` օգտագործելով դրական և բացասական լիցքերի հավասարակշռությունը: մոլեկուլը (իոն): Այսպիսով, էթիլենի մոլեկուլում ընդհանուր լիցքը զրո է.

4 ∙ (+1) + 2 ∙ X \u003d 0,

նշանակում է ածխածնի երկու ատոմների օքսիդացման աստիճանը՝ (-4), և մեկ (X) - (-2):

Նմանապես, էթիլեն գլիկոլի C 2 H 6 O 2 մոլեկուլում մենք գտնում ենք ածխածնի օքսիդացման վիճակը (X).

2 ∙ X + 2 ∙ (-2) + 6 ∙ (+1) = 0, X = -1

Օրգանական միացությունների որոշ մոլեկուլներում նման հաշվարկը հանգեցնում է ածխածնի օքսիդացման վիճակի կոտորակային արժեքի, օրինակ, ացետոնի մոլեկուլի համար (C 3 H 6 O) այն -4/3 է: Էլեկտրոնային հավասարումը գնահատում է ածխածնի ատոմների ընդհանուր լիցքը: Ցետոնի մոլեկուլում այն ​​-4 է:

Նմանատիպ տեղեկատվություն.

Redox ռեակցիայի (ORR) հավասարումը կազմելիս անհրաժեշտ է որոշել վերականգնող նյութը, օքսիդացնող նյութը և տրված և ստացված էլեկտրոնների քանակը։ OVR ստոյխիոմետրիկ գործակիցները ընտրվում են կամ էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդով, կամ էլ էլեկտրոն-իոնային հավասարակշռության մեթոդով (վերջինս կոչվում է նաև կիսա-ռեակցիայի մեթոդ): Դիտարկենք մի քանի օրինակ։ Որպես OVR հավասարումներ կազմելու և ստոյխիոմետրիկ գործակիցներ ընտրելու օրինակ՝ մենք վերլուծում ենք երկաթի (II) դիսուլֆիդի (պիրիտի) օքսիդացման գործընթացը խտացված ազոտական ​​թթվով. Առաջին հերթին մենք որոշում ենք ռեակցիայի հնարավոր արտադրանքները։ Ազոտական ​​թթուն ուժեղ օքսիդացնող նյութ է, ուստի սուլֆիդային իոնը կարող է օքսիդացվել մինչև S (H2S04) կամ S (SO2), իսկ Fe-ը մինչև Fe, մինչդեռ HN03-ը կարող է կրճատվել մինչև N0 կամ N02 (մի շարք կոնկրետ արտադրանքը որոշվում է ռեակտիվների կոնցենտրացիաները, ջերմաստիճանը և այլն): Ընտրենք հետևյալ հնարավոր տարբերակը՝ H20-ը կլինի հավասարման ձախ կամ աջ կողմում, դեռ չգիտենք։ Գործակիցների ընտրության երկու հիմնական մեթոդ կա. Նախ կիրառենք էլեկտրոն-իոն հավասարակշռության մեթոդը։ Այս մեթոդի էությունը երկու շատ պարզ և շատ կարևոր հայտարարությունների մեջ է։ Նախ, այս մեթոդը հաշվի է առնում էլեկտրոնների անցումը մի մասնիկից մյուսը՝ միջավայրի (թթվային, ալկալային կամ չեզոք) բնույթի պարտադիր նկատառումով։ Երկրորդ, էլեկտրոն-իոն հավասարակշռության հավասարումը կազմելիս գրվում են միայն այն մասնիկները, որոնք իրականում գոյություն ունեն տվյալ OVR-ի ընթացքում. միայն իրականում գոյություն ունեցող կատիոնները կամ անոնները գրվում են իոնների տեսքով. Այն նյութերը, որոնք վատ տարանջատված, անլուծելի կամ գազի ձևով ազատված են, գրվում են մոլեկուլային տեսքով: Օքսիդացման և նվազեցման գործընթացների համար հավասարում կազմելիս ջրածնի և թթվածնի ատոմների թիվը հավասարեցնելու համար ներմուծվում են (կախված միջավայրից) կամ ջրի մոլեկուլներ և ջրածնի իոններ (եթե միջավայրը թթվային է), կամ ջրի մոլեկուլներ և հիդրօքսիդի իոններ։ (եթե միջավայրը ալկալային է): Դիտարկենք մեր դեպքում օքսիդացման կես ռեակցիան: FeS2 մոլեկուլները (վատ լուծվող նյութ) վերածվում են Fe3+ իոնների (երկաթի նիտրատը (II) ամբողջությամբ տարանջատվում է իոնների) և սուլֆատային իոնների S042» (H2SO4-ի տարանջատում): Դիտարկենք նիտրատների կրճատման կիսապատասխան ռեակցիան. թթվածինը հավասարեցնելու համար ավելացրեք 2: աջ կողմում ջրի մոլեկուլներ, իսկ ձախ կողմում՝ 4 H + իոններ: Ձախ կողմի լիցքը հավասարեցնելու համար (լիցք +3) ավելացնում ենք 3 էլեկտրոն: Վերջում ունենում ենք՝ երկու մասերը նվազեցնելով 16H + և 8H20-ով, մենք. ստացեք ռեդոքս ռեակցիայի վերջնական, կրճատված իոնային հավասարումը. Հավասարման երկու կողմերին ավելացնելով NOJ nH+ իոնների համապատասխան թիվը՝ մենք գտնում ենք ռեակցիայի մոլեկուլային հավասարումը. Բացի այդ, մենք հաշվի առանք շրջակա միջավայրի ազդեցությունը և «ավտոմատ» որոշեցինք, որ H20-ը գտնվում է հավասարման աջ կողմում։ Կասկած չկա, որ այս մեթոդը քիմիական մեծ նշանակություն ունի։ Էմպիրիկ հավասարակշռության մեթոդ. OVR-ի հավասարումներում ստոիխիոմետրիկ գործակիցները գտնելու մեթոդի էությունը OVR-ում ներգրավված տարրերի ատոմների օքսիդացման վիճակների պարտադիր որոշումն է։ Օգտագործելով այս մոտեցումը, մենք կրկին հավասարեցնում ենք ռեակցիան (11.1) (վերևում կիրառեցինք այս ռեակցիայի կես ռեակցիաների մեթոդը): Նվազեցման գործընթացը նկարագրված է պարզ. Օքսիդացման սխեմա կազմելն ավելի դժվար է, քանի որ միանգամից օքսիդացվում են երկու տարր՝ Fe և S։ Կարող եք երկաթին նշանակել +2 օքսիդացման աստիճան, ծծմբին՝ 1 և հաշվի առնել։ Այնուամենայնիվ, դուք կարող եք անել առանց օքսիդացման վիճակների որոշման և գրել սխեման, որը նման է սխեմայի (11.2). , ուստի FeS2-ը պետք է հրաժարվի 15 էլեկտրոնից։ Մենք գրում ենք ընդհանուր հաշվեկշիռը. Մենք պետք է մի փոքր ավելի «հասկանանք» ստացված հավասարակշռության հավասարումը. այն ցույց է տալիս, որ 5 HN03 մոլեկուլ օգտագործվում է FeS2-ը օքսիդացնելու համար և ևս 3 HNO մոլեկուլ՝ Fe(N03)j ձևավորելու համար. Ջրածինը հավասարեցնելու համար: և թթվածին, աջ մասում անհրաժեշտ է ավելացնել H20-ի 2 մոլեկուլ: Էլեկտրոն-իոն հավասարակշռության մեթոդն ավելի բազմակողմանի է, քան էլեկտրոնային հաշվեկշռի մեթոդը և ունի անհերքելի առավելություն շատ ՕՏՍ-ներում գործակիցների ընտրության հարցում, մասնավորապես, մասնակցությամբ: օրգանական միացություններ, որոնց դեպքում նույնիսկ օքսիդացման վիճակների որոշման կարգը շատ բարդ է: - Դիտարկենք, օրինակ, էթիլենի օքսիդացման գործընթացը, որը տեղի է ունենում, երբ այն անցնում է կալիումի պերմանգանատի ջրային լուծույթով։ Արդյունքում, էթիլենը օքսիդացվում է էթիլենգլիկոլի HO - CH2 - CH2 - OH, իսկ պերմանգանատը վերածվում է մանգանի օքսիդի (TV), բացի այդ, ինչպես պարզ կլինի վերջնական հավասարակշռության հավասարումից, աջ կողմում ձևավորվում է նաև կալիումի հիդրօքսիդ։ Նման տերմինների անհրաժեշտ կրճատումներ կատարելուց հետո մենք հավասարումը գրում ենք վերջնական մոլեկուլային ձևով * Շրջակա միջավայրի ազդեցությունը OVR հոսքի բնույթի վրա: Օրինակները (11.1) - (11.4) հստակ ցույց են տալիս կիրառման «տեխնիկան»: էլեկտրոն-իոնային հավասարակշռության մեթոդը OVR հոսքի դեպքում թթվային կամ ալկալային միջավայրում: Շրջակա միջավայրի բնույթը ազդում է այս կամ այն ​​OVR-ի ընթացքի վրա։ Այս ազդեցությունը «զգալու» համար դիտարկենք միևնույն օքսիդացնող նյութի (KMnO4) վարքագիծը տարբեր միջավայրերում։ վերականգնվելով մինչև Mn+4։ (Mn0j), իսկ նվազագույնը՝ վերջինի ուժով, որում բարձրացած Շայյաաապսյա մինչև (mvnganat-nOn Mn042»)։ Սա բացատրվում է հետևյալ կերպ. Տարանջատման գծի թթուները կազմում են հիդրօքսիդի իոններ ffjO +, որոնք ուժեղ բևեռացնում են 4 «MoOH իոնները թուլացնում են մանգանի կապերը թթվածնի հետ (դրանով իսկ ուժեղացնում է վերականգնող նյութի գործողությունը): Չեզոք միջավայրում ջրի մոլեկուլների բևեռացման ազդեցությունը զգալիորեն c-aafep > «MnO իոններ; շատ ավելի քիչ բևեռացված: Ուժեղ ալկալային միջավայրում հիդրօքսիդի իոնները «նույնիսկ ամրացնում են Mn-O կապը, որի արդյունքում նվազեցնող նյութի արդյունավետությունը նվազում է, և MnO^ ընդունում է միայն մեկ էլեկտրոն։ Չեզոք միջավայրում կալիումի պերմանգանատի վարքագծի օրինակը ներկայացված է ռեակցիայով (11.4): Բերենք նաև ռեակցիաների մեկ օրինակ, որոնք ներառում են KMnOA թթվային և ալկալային միջավայրերում

Ռեակցիայի յուրաքանչյուր նյութի համար կան նյութի հետևյալ քանակությունները.

i-րդ ​​նյութի սկզբնական քանակությունը (նյութի քանակությունը մինչև ռեակցիայի մեկնարկը);

i-րդ ​​նյութի վերջնական քանակությունը (նյութի քանակությունը ռեակցիայի վերջում);

Արձագանքած (ելակետային նյութերի համար) կամ ձևավորված նյութի քանակը (ռեակցիայի արտադրանքի համար):

Քանի որ նյութի քանակը չի կարող բացասական լինել, սկզբնական նյութերի համար

Քանի որ >.

Ռեակցիայի արտադրանքի համար >, հետևաբար, .

Ստոյխիոմետրիկ հարաբերակցություններ - փոխազդող նյութերի կամ ռեակցիայի արգասիքների քանակությունների, զանգվածների կամ ծավալների (գազերի) միջև հարաբերությունները՝ հաշվարկված ռեակցիայի հավասարման հիման վրա։ Ռեակցիայի հավասարումների միջոցով հաշվարկները հիմնված են ստոյխիոմետրիայի հիմնական օրենքի վրա. արձագանքող կամ առաջացած նյութերի քանակների հարաբերակցությունը (մոլերով) հավասար է ռեակցիայի հավասարման համապատասխան գործակիցների հարաբերակցությանը (ստոկիոմետրիկ գործակիցներ):

Ալյումինոթերմային ռեակցիայի համար, որը նկարագրված է հավասարմամբ.

3Fe 3 O 4 + 8Al = 4Al 2 O 3 + 9Fe,

Արձագանքած նյութերի և ռեակցիայի արտադրանքի քանակները կապված են որպես

Հաշվարկների համար ավելի հարմար է օգտագործել այս օրենքի մեկ այլ ձևակերպում. ռեակցիայի արդյունքում արձագանքված կամ առաջացած նյութի քանակի հարաբերակցությունը նրա ստոյխիոմետրիկ գործակցին հաստատուն է տվյալ ռեակցիայի համար։

Ընդհանուր առմամբ, ձևի ռեակցիայի համար

aA + bB = cC + dD,

որտեղ փոքր տառերը նշանակում են գործակիցներ, իսկ մեծ տառերը նշանակում են քիմիական նյութեր, ռեակտիվների քանակությունը կապված է հետևյալով.

Այս հարաբերակցության ցանկացած երկու անդամ, որոնք կապված են հավասարության վրա, կազմում են քիմիական ռեակցիայի համամասնությունը.

Եթե ​​ռեակցիայի առաջացած կամ արձագանքած նյութի զանգվածը հայտնի է ռեակցիայի համար, ապա դրա քանակը կարելի է գտնել բանաձևով.

իսկ հետո, օգտագործելով քիմիական ռեակցիայի համամասնությունը, կարելի է գտնել ռեակցիայի մնացած նյութերի համար: Այն նյութը, որի զանգվածով կամ քանակով հայտնաբերված են ռեակցիայի այլ մասնակիցների զանգվածները, քանակները կամ ծավալները, երբեմն կոչվում է հղիչ նյութ:

Եթե ​​տրված են մի քանի ռեակտիվների զանգվածներ, ապա մնացած նյութերի զանգվածների հաշվարկն իրականացվում է ըստ այն նյութերի, որը պակասում է, այսինքն՝ ամբողջությամբ սպառվում է ռեակցիայի մեջ։ Նյութերի այն քանակությունները, որոնք ճշգրտորեն համապատասխանում են ռեակցիայի հավասարմանը, առանց ավելցուկի կամ անբավարարության, կոչվում են ստոյխիոմետրիկ մեծություններ:

Այսպիսով, ստոյխիոմետրիկ հաշվարկների հետ կապված առաջադրանքներում հիմնական գործողությունը հղման նյութի հայտնաբերումն է և դրա քանակի հաշվարկը, որը մուտք է գործել կամ ձևավորվել ռեակցիայի արդյունքում:

Առանձին պինդ նյութի քանակի հաշվարկ

որտեղ է առանձին պինդ A-ի քանակը;

Առանձին պինդ A-ի զանգված, գ;

A նյութի մոլային զանգված, գ/մոլ.

Բնական հանքանյութի կամ պինդ նյութերի խառնուրդի քանակի հաշվարկ

Թող տրվի բնական հանքային պիրիտը, որի հիմնական բաղադրիչը FeS 2-ն է։ Բացի դրանից, պիրիտի բաղադրությունը ներառում է կեղտեր: Հիմնական բաղադրիչի կամ կեղտերի պարունակությունը նշվում է զանգվածային տոկոսով, օրինակ՝ .

Եթե ​​հայտնի է հիմնական բաղադրիչի պարունակությունը, ապա

Եթե ​​կեղտերի պարունակությունը հայտնի է, ապա

որտեղ է առանձին նյութի FeS 2, մոլի քանակը;

Հանքանյութի պիրիտի զանգվածը, գ.

Նմանապես, բաղադրիչի քանակությունը պինդ նյութերի խառնուրդում հաշվարկվում է, եթե հայտնի է դրա պարունակությունը զանգվածային կոտորակներում:

Մաքուր հեղուկի նյութի քանակի հաշվարկ

Եթե ​​զանգվածը հայտնի է, ապա հաշվարկը նման է առանձին պինդի հաշվարկին:

Եթե ​​հեղուկի ծավալը հայտնի է, ապա

1. Գտե՛ք հեղուկի այս ծավալի զանգվածը.

m f = V f s f,

որտեղ m W-ը հեղուկի զանգվածն է g;

V W - հեղուկի ծավալը, մլ;

c w-ը հեղուկի խտությունն է՝ գ/մլ։

2. Գտե՛ք հեղուկի մոլերի քանակը.

Այս տեխնիկան հարմար է նյութի ցանկացած ընդհանուր վիճակի համար:

Որոշե՛ք H 2 O նյութի քանակը 200 մլ ջրի մեջ։

Լուծում. եթե ջերմաստիճանը նշված չէ, ապա ջրի խտությունը ենթադրվում է 1 գ/մլ, ապա.

Հաշվե՛ք լուծված նյութի քանակությունը լուծույթում, եթե դրա կոնցենտրացիան հայտնի է

Եթե ​​հայտնի են լուծված նյութի զանգվածային բաժինը, լուծույթի խտությունը և դրա ծավալը, ապա

m r-ra \u003d V r-ra s r-ra,

որտեղ m p-ra-ն լուծույթի զանգվածն է, g;

V p-ra - լուծույթի ծավալը, մլ;

r-ra-ով - լուծույթի խտությունը, գ / մլ:

որտեղ է լուծված նյութի զանգվածը, g;

Լուծված նյութի զանգվածային բաժինը՝ արտահայտված տոկոսներով։

Որոշել ազոտաթթվի նյութի քանակը 1,0543 գ/մլ խտությամբ 10% թթվային լուծույթում 500 մլ.

Որոշեք լուծույթի զանգվածը

m r-ra \u003d V r-ra s r-ra \u003d 500 1,0543 \u003d 527,150 գ

Որոշեք մաքուր HNO 3-ի զանգվածը

Որոշեք HNO 3-ի մոլերի քանակը

Եթե ​​հայտնի է լուծված նյութի և նյութի մոլային կոնցենտրացիան և լուծույթի ծավալը, ապա

որտեղ է լուծույթի ծավալը, l;

i-րդ ​​նյութի մոլային կոնցենտրացիան լուծույթում, մոլ/լ.

Առանձին գազային նյութի քանակի հաշվարկ

Եթե ​​տրված է գազային նյութի զանգվածը, ապա այն հաշվարկվում է (1) բանաձևով։

Եթե ​​տրված է նորմալ պայմաններում չափված ծավալը, ապա ըստ (2) բանաձևի, եթե գազային նյութի ծավալը չափվում է որևէ այլ պայմաններում, ապա ըստ (3) բանաձևի՝ բանաձևերը բերված են 6-7-րդ էջերում։

Որն ուսումնասիրում է ռեակցիայի մեջ մտած և դրա ընթացքում առաջացած նյութերի քանակական հարաբերությունները (մյուս հունարեն «ստեխիոն»-ից՝ «տարրական բաղադրություն», «մեյտրեն»՝ «չափում եմ»)։

Նյութերի և էներգիայի հաշվարկների համար ստոյքիոմետրիան ամենակարևորն է, առանց որի հնարավոր չէ որևէ քիմիական արտադրություն կազմակերպել։ Քիմիական ստոյխիոմետրիան թույլ է տալիս հաշվարկել որոշակի արտադրության համար անհրաժեշտ հումքի քանակը՝ հաշվի առնելով ցանկալի կատարումը և հնարավոր կորուստները: Ոչ մի ձեռնարկություն չի կարող բացվել առանց նախնական հաշվարկների։

Մի քիչ պատմություն

Հենց «ստոկիոմետրիա» բառը գերմանացի քիմիկոս Ջերեմի Բենջամին Ռիխտերի գյուտն է, որն առաջարկվել է նրա կողմից իր գրքում, որտեղ առաջին անգամ նկարագրվել է քիմիական հավասարումների միջոցով հաշվարկների հնարավորության գաղափարը։ Հետագայում Ռիխտերի գաղափարները տեսական հիմնավորում ստացան Ավոգադրոյի օրենքների (1811), Գեյ-Լյուսակի (1802), բաղադրության կայունության օրենքի (J.L. Proust, 1808), բազմակի հարաբերակցության (J. Dalton, 1803) օրենքների հայտնաբերմամբ և զարգացմամբ։ ատոմային և մոլեկուլային տեսություն. Այժմ այդ օրենքները, ինչպես նաև համարժեքների օրենքը, որը ձևակերպել է ինքը՝ Ռիխտերը, կոչվում են ստոյքիոմետրիայի օրենքներ։

«Ստոյքիոմետրիա» հասկացությունն օգտագործվում է ինչպես նյութերի, այնպես էլ քիմիական ռեակցիաների առնչությամբ։

Ստոյքիոմետրիկ հավասարումներ

Ստոյխիոմետրիկ ռեակցիաներ - ռեակցիաներ, որոնցում սկզբնական նյութերը փոխազդում են որոշակի հարաբերակցությամբ, և արտադրանքի քանակը համապատասխանում է տեսական հաշվարկներին:

Ստոյխիոմետրիկ հավասարումները հավասարումներ են, որոնք նկարագրում են ստոյխիոմետրիկ ռեակցիաները։

Ստոյխիոմետրիկ հավասարումներ) ցույց են տալիս քանակական հարաբերությունները ռեակցիայի բոլոր մասնակիցների միջև՝ արտահայտված մոլերով։

Անօրգանական ռեակցիաների մեծ մասը ստոյխիոմետրիկ են։ Օրինակ, ծծմբից ծծմբաթթու առաջացման երեք հաջորդական ռեակցիաները ստոյխիոմետրիկ են:

S + O 2 → SO 2

SO 2 + ½O 2 → SO 3

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

Այս ռեակցիայի հավասարումների կիրառմամբ հաշվարկները կարող են որոշել, թե յուրաքանչյուր նյութ որքան պետք է վերցնել որոշակի քանակությամբ ծծմբաթթու ստանալու համար:

Օրգանական ռեակցիաների մեծ մասը ոչ ստոխիոմետրիկ է: Օրինակ, էթանի ճեղքման ռեակցիայի հավասարումը հետևյալն է.

C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2:

Սակայն իրականում ռեակցիայի ընթացքում միշտ էլ տարբեր քանակությամբ ենթամթերքներ են ստացվելու՝ ացետիլեն, մեթան եւ այլն, որոնք տեսականորեն հնարավոր չէ հաշվարկել։ Որոշ անօրգանական ռեակցիաներ նույնպես հակասում են հաշվարկներին: Օրինակ՝ ամոնիումի նիտրատ.

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O:

Այն ընթանում է մի քանի ուղղություններով, ուստի անհնար է որոշել, թե որքան սկզբնական նյութ պետք է վերցնել որոշակի քանակությամբ ազոտի օքսիդ (I) ստանալու համար։

Ստոկիոմետրիան քիմիական արտադրության տեսական հիմքն է

Բոլոր ռեակցիաները, որոնք օգտագործվում են արտադրության մեջ կամ արտադրության մեջ, պետք է լինեն ստոյխիոմետրիկ, այսինքն՝ ենթակա լինեն ճշգրիտ հաշվարկների: Գործարանը կամ գործարանը շահութաբեր կլինի՞։ Ստոկիոմետրիան թույլ է տալիս պարզել.

Ստոյքիոմետրիկ հավասարումների հիման վրա կազմվում է տեսական հավասարակշռություն։ Անհրաժեշտ է որոշել, թե որքան ելանյութ կպահանջվի շահագրգիռ արտադրանքի ցանկալի քանակությունը ստանալու համար: Այնուհետև կատարվում են գործառնական փորձեր, որոնք ցույց կտան սկզբնական նյութերի իրական սպառումը և արտադրանքի բերքատվությունը։ Տեսական հաշվարկների և գործնական տվյալների միջև տարբերությունը թույլ է տալիս օպտիմալացնել արտադրությունը և գնահատել ձեռնարկության ապագա տնտեսական արդյունավետությունը: Ստոյխիոմետրիկ հաշվարկները նաև հնարավորություն են տալիս կազմել գործընթացի ջերմային հաշվեկշիռը՝ սարքավորումներ ընտրելու, ձևավորված կողմնակի արտադրանքների զանգվածները որոշելու համար, որոնք պետք է հեռացվեն և այլն։

Ստոյխիոմետրիկ նյութեր

Համաձայն կոմպոզիցիայի կայունության օրենքի՝ առաջարկված Ջ.Լ. Պրուստ, ցանկացած քիմիական նյութ ունի մշտական ​​բաղադրություն՝ անկախ պատրաստման եղանակից։ Սա նշանակում է, որ, օրինակ, ծծմբաթթվի H 2 SO 4 մոլեկուլում, անկախ նրանից, թե ինչ եղանակով է այն ստացվել, երկու ջրածնի ատոմում միշտ կլինի մեկ ծծմբի ատոմ և չորս թթվածնի ատոմ: Բոլոր նյութերը, որոնք ունեն մոլեկուլային կառուցվածք, ստոյքիոմետրիկ են։

Սակայն բնության մեջ տարածված են նյութերը, որոնց բաղադրությունը կարող է տարբերվել՝ կախված պատրաստման եղանակից կամ ծագման աղբյուրից։ Դրանց ճնշող մեծամասնությունը բյուրեղային նյութեր են։ Կարելի է նույնիսկ ասել, որ պինդ մարմինների համար ստոիքիոմետրիան բացառություն է, քան կանոն:

Օրինակ, հաշվի առեք լավ ուսումնասիրված տիտանի կարբիդի և օքսիդի բաղադրությունը: Տիտանի օքսիդում TiO x X=0,7-1,3, այսինքն՝ մեկ տիտանի ատոմում 0,7-ից 1,3 թթվածնի ատոմ, կարբիդում TiC x X=0,6-1,0։

Պինդ մարմինների ոչ ստոյխիոմետրիկ բնույթը բացատրվում է բյուրեղային ցանցի հանգույցների միջքաղաքային արատով կամ, ընդհակառակը, հանգույցներում թափուր տեղերի առաջացմամբ։ Այդպիսի նյութերից են օքսիդները, սիլիցիդները, բորիդները, կարբիդները, ֆոսֆիդները, նիտրիդները և այլ անօրգանական նյութերը, ինչպես նաև բարձր մոլեկուլային օրգանականները։

Եվ չնայած փոփոխական բաղադրությամբ միացությունների գոյության ապացույցները ներկայացվել են միայն 20-րդ դարի սկզբին Ի.Ս. Կուրնակովի կողմից, նման նյութերը հաճախ անվանում են բերթոլիդներ գիտնական Կ. Բերտոլեն, ով առաջարկել է, որ ցանկացած նյութի բաղադրությունը փոխվում է։