화합물의 반응은 다음과 같다. 일반화학개론
화학 반응- 이것은 하나 이상의 물질을 구조와 화학적 조성이 다른 다른 물질로 "변형"하는 것입니다. 생성된 물질을 "반응 생성물"이라고 합니다. 화학 반응 중에 핵과 전자는 새로운 화합물을 형성하지만(재분배), 그 양은 변하지 않으며 화학 원소의 동위원소 구성은 동일하게 유지됩니다.
모든 화학 반응은 단순 반응과 복합 반응으로 구분됩니다.
시작 물질과 결과 물질의 수와 구성에 따라 간단한 화학 반응은 몇 가지 주요 유형으로 나눌 수 있습니다.
분해 반응은 하나의 복합 물질로부터 여러 다른 물질이 얻어지는 반응입니다. 동시에, 형성된 물질은 단순할 수도 있고 복잡할 수도 있습니다. 일반적으로 화학적 분해 반응이 일어나기 위해서는 가열이 필요합니다(이것은 흡열 과정, 열 흡수입니다).
예를 들어 공작석 분말을 가열하면 산화구리, 물, 이산화탄소라는 세 가지 새로운 물질이 형성됩니다.
Cu 2 CH 2 O 5 = 2CuO + H 2 O + CO 2
공작석 → 산화구리 + 물 + 이산화탄소
분해반응만 자연에서 일어난다면 분해 가능한 모든 복합물질은 분해되어 더 이상 화학현상이 일어날 수 없게 된다. 하지만 다른 반응도 있습니다.
복합 반응에서는 여러 단순 또는 복합 물질이 하나의 복합 물질을 생성합니다. 화합물 반응은 분해 반응의 역반응인 것으로 밝혀졌습니다.
예를 들어, 구리를 공기 중에서 가열하면 검은색 코팅으로 덮이게 됩니다. 구리는 산화구리로 변환됩니다.
2Cu + O 2 = 2CuO
구리 + 산소 → 산화 구리
단순 물질을 구성하는 원자가 복합 물질의 원소 중 하나의 원자를 대체하는 단순 물질과 복합 물질 간의 화학 반응을 치환 반응이라고 합니다.
예를 들어, 쇠못을 염화구리(CuCl2) 용액에 담그면 쇠못(못)이 표면에 방출된 구리로 덮이기 시작합니다. 반응이 끝나면 용액은 파란색에서 녹색으로 변합니다. 이제 염화구리 대신 염화제이철이 포함됩니다.
Fe + CuCl 2 = Cu + FeCl 2
철 + 염화구리 → 구리 + 염화제2철
염화구리의 구리 원자는 철 원자로 대체되었습니다.
교환 반응은 두 개의 복합 물질이 구성 부분을 교환하는 반응입니다. 대부분의 경우 이러한 반응은 수용액에서 발생합니다.
금속 산화물과 산의 반응에서 두 가지 복합 물질(산화물과 산)은 구성 부분을 교환합니다. 산소 원자는 산 잔류물로, 수소 원자는 금속 원자로 교환됩니다.
예를 들어, 산화구리(CuO)를 황산 H 2 SO 4 와 결합하여 가열하면 황산구리를 분리할 수 있는 용액이 생성됩니다.
CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O
산화구리 + 황산 → 황산구리 + 물
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7.1. 화학 반응의 기본 유형
구성과 특성의 변화를 수반하는 물질의 변형을 화학 반응 또는 화학적 상호 작용이라고 합니다. 화학 반응 중에 원자핵의 구성에는 변화가 없습니다.
물질의 모양이나 물리적 상태가 변하거나 원자핵의 구성이 변하는 현상을 물리라고 한다. 물리적 현상의 예로는 모양이 변하는(단조) 금속의 열처리, 금속의 용융, 요오드의 승화, 물이 얼음이나 증기로의 변형 등, 그리고 핵반응이 있습니다. 그 결과 원자는 다른 요소의 일부 요소의 원자로 형성됩니다.
화학적 현상은 물리적 변형을 동반할 수 있습니다. 예를 들어, 갈바니 전지에서 일어나는 화학 반응의 결과로 전류가 발생합니다.
화학 반응은 다양한 기준에 따라 분류됩니다.
1. 열 효과의 부호에 따라 모든 반응은 다음과 같이 나뉩니다. 흡열성의(열 흡수 진행) 및 발열의(열 방출과 함께 흐름)(§ 6.1 참조).
2. 출발 물질과 반응 생성물의 응집 상태에 따라 다음과 같이 구별됩니다.
동질적인 반응, 여기서 모든 물질은 동일한 상에 있습니다.
2KOH(p-p) + H2SO4(p-p) = K2SO(p-p) + 2H2O(l),
CO(g) + Cl2(g) = COCl2(g),
SiO 2(k) + 2 Mg(k) = Si(k) + 2 MgO(k).
이질적인 반응, 다른 단계에 있는 물질:
CaO(k) + CO2(g) = CaCO3(k),
CuSO 4 (용액) + 2 NaOH (용액) = Cu(OH) 2 (k) + Na 2 SO 4 (용액),
Na 2 SO 3 (용액) + 2HCl (용액) = 2 NaCl (용액) + SO 2 (g) + H 2 O (l).
3. 순방향으로만 흐르고, 정방향과 역방향으로만 흐르는 능력에 따라 구별됩니다. 뒤집을 수 없는그리고 거꾸로 할 수 있는화학 반응(§ 6.5 참조).
4. 촉매의 유무에 따라 구별한다. 촉매그리고 비촉매성반응(§ 6.5 참조).
5. 발생 메커니즘에 따라 화학 반응은 다음과 같이 나뉩니다. 이온성의, 근본적인등 (유기 화합물의 참여로 발생하는 화학 반응의 메커니즘은 유기 화학 과정에서 논의됩니다).
6. 반응물질의 조성에 포함된 원자의 산화상태 상태에 따라 반응이 일어나게 된다. 산화 상태를 바꾸지 않고원자 및 원자의 산화 상태 변화 ( 산화 환원 반응) (§ 7.2 참조).
7. 반응은 출발 물질과 반응 생성물의 조성 변화로 구별됩니다. 연결, 분해, 대체 및 교환. 이러한 반응은 원소의 산화 상태 변화 여부에 관계없이 발생할 수 있습니다. 표 . 7.1.
표 7.1
화학 반응의 유형
일반 계획 |
원소의 산화 상태를 바꾸지 않고 일어나는 반응의 예 |
산화 환원 반응의 예 |
|
사이 (두 가지 이상의 물질이 모여 하나의 새로운 물질이 생성됨) |
HCl + NH3 = NH4Cl; SO3 + H2O = H2SO4 |
H 2 + Cl 2 = 2HCl; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 |
|
분해 (하나의 물질로부터 여러 개의 새로운 물질이 생성됨) |
A = B + C + D |
MgCO3MgO + CO2; H2SiO3SiO2+H2O |
2AgNO 3 2Ag + 2NO 2 + O 2 |
대체 (물질이 상호작용할 때, 한 물질의 원자가 분자 내의 다른 물질의 원자를 대체합니다) |
A + BC = AB + C |
CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2 |
Pb(NO 3) 2 + Zn = Mg + 2HCl = MgCl2 + H2 |
|
(두 물질이 구성 부분을 교환하여 두 개의 새로운 물질을 형성함) |
AB + CD = AD + CB |
AlCl3 + 3NaOH = Ca(OH) 2 + 2HCl = CaCl 2 + 2H 2 O |
7.2. 산화 환원 반응
위에서 언급했듯이 모든 화학 반응은 두 그룹으로 나뉩니다.
반응물을 구성하는 원자의 산화 상태가 변화하면서 일어나는 화학 반응을 산화환원 반응이라고 합니다.
산화원자, 분자 또는 이온이 전자를 포기하는 과정입니다.
Nao – 1e = Na + ;
철 2+ – 전자 = 철 3+ ;
H 2 o – 2e = 2H + ;
2Br – – 2e = Br 2o.
회복원자, 분자 또는 이온에 전자를 추가하는 과정입니다.
So + 2e = S 2– ;
Cr 3+ + e = Cr 2+ ;
Cl2o + 2e = 2Cl – ;
Mn 7+ + 5e = Mn 2+ .
전자를 받아들이는 원자, 분자 또는 이온을 호출합니다. 산화제. 복원자전자를 기증하는 원자, 분자 또는 이온입니다.
전자를 받아들임으로써 반응 중에 산화제가 환원되고 환원제가 산화됩니다. 산화는 항상 환원을 동반하며 그 반대도 마찬가지입니다. 따라서, 환원제가 내놓은 전자의 수는 산화제가 받는 전자의 수와 항상 같다.
7.2.1. 산화 상태
산화 상태는 화합물 내 원자의 조건부(형식) 전하이며, 이온으로만 구성되어 있다는 가정하에 계산됩니다. 산화 상태는 일반적으로 "+" 또는 "-" 기호가 있는 원소 기호 위에 아라비아 숫자로 표시됩니다. 예를 들어, Al 3+, S 2–.
산화 상태를 찾으려면 다음 규칙이 사용됩니다.
단순 물질의 원자 산화 상태는 0입니다.
분자 내 원자의 산화 상태의 대수적 합은 착이온에서 0과 같습니다 - 이온의 전하;
알칼리 금속 원자의 산화 상태는 항상 +1입니다.
비금속 화합물 (CH 4, NH 3 등)의 수소 원자는 +1의 산화 상태를 나타내고 활성 금속의 경우 산화 상태는 –1 (NaH, CaH 2 등)입니다.
화합물의 불소 원자는 항상 –1의 산화 상태를 나타냅니다.
산소의 산화 상태가 –1인 과산화물(H 2 O 2, Na 2 O 2)과 일부 기타 물질(초산화물, 오조나이드, 산소)을 제외하고, 화합물에서 산소 원자의 산화 상태는 일반적으로 –2입니다. 불화물).
그룹 내 원소의 최대 양성 산화 상태는 일반적으로 그룹 번호와 같습니다. 불소와 산소는 예외입니다. 왜냐하면 가장 높은 산화 상태가 발견되는 그룹의 수보다 낮기 때문입니다. 구리 하위 그룹의 원소는 산화 상태가 그룹 번호(CuO, AgF 5, AuCl 3)를 초과하는 화합물을 형성합니다.
주기율표의 주요 하위 그룹에 위치한 원소의 최대 음의 산화 상태는 8에서 그룹 번호를 빼서 결정할 수 있습니다. 탄소의 경우 8 – 4 = 4, 인의 경우 – 8 – 5 = 3입니다.
주 하위 그룹에서는 원소를 위에서 아래로 이동할 때 가장 높은 양성 산화 상태의 안정성이 감소하고, 반대로 2차 하위 그룹에서는 위에서 아래로 더 높은 산화 상태의 안정성이 증가합니다.
산화 상태 개념의 관례성은 일부 무기 및 유기 화합물의 예를 사용하여 설명할 수 있습니다. 특히, 포스핀산(인) H 3 PO 2, 포스폰산(인) H 3 PO 3 및 인산 H 3 PO 4 산에서 인의 산화 상태는 각각 +1, +3 및 +5인 반면, 이들 모든 화합물에서는 인은 5가이다. 메탄 CH 4, 메탄올 CH 3 OH, 포름알데히드 CH 2 O, 포름산 HCOOH 및 일산화탄소(IV) CO 2에 포함된 탄소의 경우 탄소의 산화 상태는 각각 -4, -2, 0, +2 및 +4입니다. , 이 모든 화합물의 탄소 원자의 원자가는 4입니다.
산화 상태는 일반적인 개념임에도 불구하고 산화환원 반응을 구성하는 데 널리 사용됩니다.
7.2.2. 가장 중요한 산화제 및 환원제
일반적인 산화제는 다음과 같습니다.
1. 원자의 전기음성도가 높은 단순한 물질. 이들은 우선 주기율표 그룹의 주요 하위 그룹 VI 및 VII의 요소 인 산소, 할로겐입니다. 단순 물질 중에서 가장 강력한 산화제는 불소입니다.
2. 높은 산화 상태의 일부 금속 양이온을 함유한 화합물: Pb 4+, Fe 3+, Au 3+ 등
3. 2-, - 등 높은 양성 산화 상태에 있는 원소인 복합 음이온을 포함하는 화합물.
환원제에는 다음이 포함됩니다.
1. 원자의 전기 음성도가 낮은 단순 물질은 활성 금속입니다. 수소나 탄소와 같은 비금속도 환원 특성을 나타낼 수 있습니다.
2. 전자를 제공함으로써 산화 상태를 증가시킬 수 있는 양이온(Sn 2+, Fe 2+, Cr 2+)을 포함하는 일부 금속 화합물.
3. I – , S 2– 와 같은 단순 이온을 포함하는 일부 화합물.
4. 복합 이온 (S 4+ O 3) 2–, (НР 3+ O 3) 2–를 포함하는 화합물. 이 화합물에서 원소는 전자를 기증하여 양성 산화 상태를 증가시킬 수 있습니다.
실험실 실습에서는 다음과 같은 산화제가 가장 자주 사용됩니다.
과망간산칼륨(KMnO4);
중크롬산칼륨(K 2 Cr 2 O 7);
질산(HNO3);
진한 황산(H 2 SO 4);
과산화수소(H 2 O 2);
망간(IV) 및 납(IV)의 산화물(MnO 2, PbO 2);
용융된 질산칼륨(KNO 3) 및 기타 질산염의 용융물.
실험실 실습에 사용되는 환원제는 다음과 같습니다.
- 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 및 기타 활성 금속;
- 수소(H 2) 및 탄소(C);
- 요오드화칼륨(KI);
- 황화나트륨(Na 2 S) 및 황화수소(H 2 S);
- 아황산나트륨(Na2SO3);
- 염화주석(SnCl2).
7.2.3. 산화 환원 반응의 분류
산화환원 반응은 일반적으로 분자간 반응, 분자 내 반응, 불균형화 반응(자기 산화-자기 환원)의 세 가지 유형으로 나뉩니다.
분자간 반응다른 분자에서 발견되는 원자의 산화 상태 변화로 발생합니다. 예를 들어:
2Al+Fe2O3Al2O3+2Fe,
C + 4 HNO 3(농도) = CO 2 + 4 NO 2 + 2 H 2 O.
에게 분자내 반응이는 산화제와 환원제가 동일한 분자의 일부인 반응입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.
(NH4)2Cr2O7N2+Cr2O3+4H2O,
2 KNO 3 2 KNO 2 + O 2 .
안에 불균형 반응(자기 산화-자기 환원) 동일한 원소의 원자(이온)는 산화제이자 환원제입니다.
Cl 2 + 2 KOH KCl + KClO + H 2 O,
2NO 2 + 2 NaOH = NaNO 2 + NaNO 3 + H 2 O.
7.2.4. 산화 환원 반응을 구성하는 기본 규칙
산화환원 반응의 구성은 표에 제시된 단계에 따라 수행됩니다. 7.2.
표 7.2
산화 환원 반응에 대한 방정식을 작성하는 단계
행동 |
|
산화제와 환원제를 결정하십시오. |
|
산화 환원 반응의 생성물을 확인하십시오. |
|
전자 균형을 만들고 이를 사용하여 산화 상태를 변화시키는 물질에 대한 계수를 할당합니다. |
|
산화환원 반응에 참여하고 형성되는 다른 물질의 계수를 배열하십시오. |
|
반응식의 왼쪽과 오른쪽에 위치한 원자의 물질(보통 수소와 산소)의 양을 세어 계수의 정확성을 확인합니다. |
산성 환경에서 아황산칼륨과 과망간산칼륨의 상호작용의 예를 사용하여 산화환원 반응을 구성하는 규칙을 고려해 보겠습니다.
1. 산화제 및 환원제의 결정
산화 상태가 가장 높은 망간은 전자를 포기할 수 없습니다. Mn 7+는 전자를 받아들입니다. 산화제이다.
S 4+ 이온은 두 개의 전자를 기증하고 S 6+로 들어갈 수 있습니다. 환원제이다. 따라서 고려중인 반응에서 K 2 SO 3 는 환원제이고 KMnO 4 는 산화제입니다.
2. 반응 생성물의 확립
K2SO3 + KMnO4 + H2SO4?
두 개의 전자를 전자 하나에 기부함으로써 S 4+는 S 6+가 됩니다. 따라서 아황산칼륨(K 2 SO 3)은 황산염(K 2 SO 4)으로 변합니다. 산성 환경에서 Mn 7+는 5개의 전자를 받아들이고 황산 용액(중간)에서는 황산 망간(MnSO 4)을 형성합니다. 이 반응의 결과로 (과망간산염에 포함된 칼륨 이온으로 인해) 황산 칼륨의 추가 분자와 물 분자도 형성됩니다. 따라서 고려중인 반응은 다음과 같이 작성됩니다.
K 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O.
3. 전자 균형 컴파일
전자 균형을 작성하려면 고려 중인 반응에서 변화하는 산화 상태를 표시해야 합니다.
K 2 S 4+ O 3 + KMn 7+ O 4 + H 2 SO 4 = K 2 S 6+ O 4 + Mn 2+ SO 4 + H 2 O.
Mn7+ + 5e = Mn2+ ;
에스 4+ – 2e = 에스 6+.
환원제가 내놓은 전자의 수는 산화제가 받아들이는 전자의 수와 같아야 합니다. 따라서 2개의 Mn 7+와 5개의 S 4+가 반응에 참여해야 합니다.
Mn7+ + 5e = Mn2+ 2,
에스 4+ – 2e = 에스 6+ 5.
따라서, 환원제(10)가 포기한 전자의 수는 산화제(10)가 받아들인 전자의 수와 동일할 것입니다.
4. 반응식의 계수 배열
전자의 균형에 따라 K 2 SO 3 앞에 계수 5, KMnO 4 앞에 계수 2를 넣어야합니다. 오른쪽 황산 칼륨 앞에 계수 6을 설정하고, 과망간산염에 포함된 칼륨 이온의 결합으로 인해 아황산칼륨 K 2 SO 4 가 산화되는 동안 형성된 5개 분자의 K 2 SO 4 에 한 분자가 추가되기 때문입니다. 반응이 포함되기 때문에 둘오른쪽에도 과망간산 분자가 형성됩니다 둘황산망간 분자. 반응 생성물(과망간산염에 포함된 칼륨 및 망간 이온)을 결합하려면 다음이 필요합니다. 삼따라서 반응의 결과로 황산 분자, 삼물 분자. 마지막으로 우리는 다음을 얻습니다:
5 K 2 SO 3 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 = 6 K 2 SO 4 + 2 MnSO 4 + 3 H 2 O.
5. 반응식 계수의 정확성 확인
반응식의 왼쪽에 있는 산소 원자의 수는 다음과 같습니다.
5 3 + 2 4 + 3 4 = 35.
오른쪽에 이 숫자는 다음과 같습니다.
6 4 + 2 4 + 3 1 = 35.
반응식 왼쪽의 수소 원자 수는 6개이며, 반응식 오른쪽의 수소 원자 수에 해당합니다.
7.2.5. 전형적인 산화제와 환원제를 포함하는 산화환원 반응의 예
7.2.5.1. 분자간 산화 환원 반응
아래에서는 예로서 과망간산칼륨, 중크롬산칼륨, 과산화수소, 아질산칼륨, 요오드화칼륨 및 황화칼륨과 관련된 산화환원 반응을 고려합니다. 다른 일반적인 산화제 및 환원제와 관련된 산화환원 반응은 매뉴얼의 두 번째 부분(“무기 화학”)에서 논의됩니다.
과망간산칼륨과 관련된 산화환원 반응
환경(산성, 중성, 알칼리성)에 따라 산화제 역할을 하는 과망간산칼륨은 다양한 환원 생성물을 제공합니다(그림 1). 7.1.
쌀. 7.1. 다양한 매체에서 과망간산칼륨 환원산물 형성
다음은 다양한 환경에서 환원제인 황화칼륨과 KMnO4의 반응을 보여주며, 그림 1과 같습니다. 7.1. 이러한 반응에서 황화물 이온 산화 생성물은 유리 황입니다. 알칼리성 환경에서 KOH 분자는 반응에 참여하지 않고 과망간산칼륨 환원 생성물만 결정합니다.
5 K 2 S + 2 KMnO 4 + 8 H 2 SO 4 = 5 S + 2 MnSO 4 + 6 K 2 SO 4 + 8 H 2 O,
3 K 2 S + 2 KMnO 4 + 4 H 2 O 2 MnO 2 + 3 S + 8 KOH,
K 2 S + 2 KMnO 4 – (KOH) 2K 2 MnO 4 + S.
중크롬산칼륨과 관련된 산화환원 반응
산성 환경에서 중크롬산칼륨은 강력한 산화제입니다. K 2 Cr 2 O 7과 농축 H 2 SO 4 (크롬)의 혼합물은 실험실에서 산화제로 널리 사용됩니다. 환원제와 상호작용하여 중크롬산칼륨 1분자는 6개의 전자를 받아 3가 크롬 화합물을 형성합니다.
6 FeSO 4 +K 2 Cr 2 O 7 +7 H 2 SO 4 = 3 Fe 2 (SO 4) 3 +Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 +7 H 2 O;
6 KI + K 2 Cr 2 O 7 + 7 H 2 SO 4 = 3 I 2 + Cr 2 (SO 4) 3 + 4 K 2 SO 4 + 7 H 2 O.
과산화수소와 아질산칼륨을 포함하는 산화환원 반응
과산화수소와 아질산칼륨은 주로 산화 특성을 나타냅니다.
H2S + H2O2 = S + 2H2O,
2 KI + 2 KNO 2 + 2 H 2 SO 4 = I 2 + 2 K 2 SO 4 + H 2 O,
그러나 강한 산화제(예: KMnO 4)와 상호작용할 때 과산화수소와 아질산칼륨은 환원제로 작용합니다.
5H2O2+2KMnO4+3H2SO4=5O2+2MnSO4+K2SO4+8H2O,
5 KNO 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 = 5 KNO 3 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3 H 2 O.
환경에 따라 과산화수소는 그림 2의 계획에 따라 감소된다는 점에 유의해야 합니다. 7.2.
쌀. 7.2. 과산화수소 저감 가능한 제품
이 경우 반응의 결과로 물 또는 수산화물 이온이 형성됩니다.
2 FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + 2 H 2 O,
2 KI + H 2 O 2 = I 2 + 2 KOH.
7.2.5.2. 분자 내 산화 환원 반응
분자 내 산화환원 반응은 일반적으로 분자에 환원제와 산화제가 포함된 물질을 가열할 때 발생합니다. 분자 내 환원-산화 반응의 예는 질산염과 과망간산 칼륨의 열분해 과정입니다.
2 NaNO 3 2 NaNO 2 + O 2,
2 Cu(NO 3) 2 2 CuO + 4 NO 2 + O 2,
Hg(NO 3) 2 Hg + NO 2 + O 2,
2 KMnO 4 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2.
7.2.5.3. 불균형 반응
위에서 언급한 바와 같이, 불균등화 반응에서 동일한 원자(이온)는 산화제이자 환원제입니다. 황과 알칼리의 상호 작용의 예를 사용하여 이러한 유형의 반응을 구성하는 과정을 고려해 보겠습니다.
황의 특징적인 산화 상태: – 2, 0, +4 및 +6. 환원제 역할을 하는 황 원소는 4개의 전자를 제공합니다.
그래서 – 4e = S 4+.
황 – 산화제는 두 개의 전자를 받아들입니다.
그래서 + 2е = S 2– .
따라서 황 불균형 반응의 결과로 원소의 산화 상태가 다음과 같은 화합물이 형성됩니다. – 2 및 오른쪽 +4:
3 S + 6 KOH = 2 K 2 S + K 2 SO 3 + 3 H 2 O.
산화질소(IV)가 알칼리에서 불균형하면 아질산염과 질산염이 생성됩니다. 이 화합물의 질소 산화 상태는 각각 +3과 +5입니다.
2N 4+ O 2 + 2 KOH = KN 3+ O 2 + KN 5+ O 3 + H 2 O,
차가운 알칼리 용액에서 염소의 불균형은 차아염소산염을 형성하고 뜨거운 알칼리 용액에서는 염소산염을 형성합니다.
Cl 0 2 + 2 KOH = KCl – + KCl + O + H 2 O,
Cl 0 2 + 6 KOH 5 KCl – + KCl 5+ O 3 + 3H 2 O.
7.3. 전기 분해
직류 전류가 흐를 때 용액이나 용융물에서 발생하는 산화환원 과정을 전기분해라고 합니다. 이 경우 양극(양극)에서 음이온의 산화가 발생합니다. 양이온은 음극(음극)에서 환원됩니다.
2 Na 2 CO 3 4 Na + O 2 + 2CO 2 .
전해질 수용액의 전기분해 중에 용해된 물질의 변형과 함께 물의 수소 이온과 수산화물 이온이 참여하여 전기화학적 과정이 발생할 수 있습니다.
음극 (-): 2 Н + + 2е = Н 2,
양극 (+): 4 OH – – 4e = O 2 + 2 H 2 O.
이 경우 음극에서의 환원 과정은 다음과 같이 발생합니다.
1. 활성 금속의 양이온(Al 3+까지 포함)은 음극에서 환원되지 않고 대신 수소가 환원됩니다.
2. 일련의 표준 전극 전위(전압 계열)에서 수소 오른쪽에 위치한 금속 양이온은 전기분해 중에 음극에서 유리 금속으로 환원됩니다.
3. Al 3+ 와 H + 사이에 위치한 금속 양이온은 수소 양이온과 동시에 음극에서 환원됩니다.
양극의 수용액에서 발생하는 과정은 양극을 구성하는 물질에 따라 달라집니다. 불용성 양극이 있습니다 ( 둔한) 및 가용성 ( 활동적인). 불활성 양극의 재료로는 흑연이나 백금이 사용됩니다. 수용성 양극은 구리, 아연 및 기타 금속으로 만들어집니다.
불활성 양극이 있는 용액을 전기분해하는 동안 다음과 같은 생성물이 형성될 수 있습니다.
1. 할로겐화물 이온이 산화되면 유리 할로겐이 방출됩니다.
2. 음이온 SO 2 2–, NO 3 –, PO 4 3–을 포함하는 용액의 전기분해 중에 산소가 방출됩니다. 양극에서 산화되는 것은 이러한 이온이 아니라 물 분자입니다.
위의 규칙을 고려하여 불활성 전극을 사용하여 NaCl, CuSO 4 및 KOH 수용액의 전기 분해를 예로 들어 보겠습니다.
1). 용액에서 염화나트륨은 이온으로 해리됩니다.
1. 복합 반응의 올바른 정의를 표시하십시오. A. 하나의 단순 물질에서 여러 물질이 형성되는 반응; B. 여러 개의 단순 또는 복합 물질로부터 하나의 복합 물질이 형성되는 반응. B. 물질이 그 구성성분을 교환하는 반응.
2. 치환 반응의 올바른 정의를 표시하십시오. A. 염기와 산 사이의 반응; B. 두 가지 단순 물질의 상호 작용 반응; B. 단순 물질의 원자가 복합 물질의 원소 중 하나의 원자를 대체하는 물질 간의 반응.
3. 분해 반응의 올바른 정의를 표시하십시오. A. 하나의 복합 물질로부터 여러 개의 단순 또는 복합 물질이 형성되는 반응. B. 물질이 그 구성성분을 교환하는 반응. B. 산소 및 수소 분자 형성과의 반응.
5. 산성 산화물과 염기성 산화물의 상호작용은 어떤 반응인가요? 5. 산성 산화물과 염기성 산화물의 상호작용은 어떤 반응인가요? A. 교환반응; B. 화합물 반응; B. 분해반응; D. 치환 반응.
7. 공식이 KNO 3 FeCl 2, Na 2 SO 4 인 물질은 다음과 같습니다. 7. 공식이 KNO 3 FeCl 2, Na 2 SO 4 인 물질은 다음과 같습니다. A) 염; B) 이유; B) 산; D) 산화물. A) 염; B) 이유; B) 산; D) 산화물. 8. 공식이 HNO 3, HCl, H 2 SO 4 인 물질을 다음과 같이 부릅니다. 8. 공식이 HNO 3, HCl, H 2 SO 4 인 물질을 다음과 같이 부릅니다. A) 염; B) 산; B) 이유; D) 산화물. A) 염; B) 산; B) 이유; D) 산화물. 9. 공식이 KOH, Fe(OH) 2, NaOH인 물질은 다음과 같습니다. 9. 공식이 KOH, Fe(OH) 2, NaOH인 물질은 다음과 같습니다. A) 염; B) 산; B) 이유; D) 산화물. 10. 공식이 NO 2, Fe 2 O 3, Na 2 O인 물질을 다음과 같이 부릅니다. A) 염; B) 산; B) 이유; D) 산화물. 10. 공식이 NO 2, Fe 2 O 3, Na 2 O인 물질을 다음과 같이 부릅니다. A) 염; B) 산; B) 이유; D) 산화물. A) 염; B) 산; B) 이유; D) 산화물. 11. 알칼리를 형성하는 금속을 표시하십시오. 11. 알칼리를 형성하는 금속을 표시하십시오: Cu, Fe, Na, K, Zn, Li. Cu, Fe, Na, K, Zn, 리.
"화합물 반응"의 개념은 "분해 반응"의 개념과 반대이다. 대비 기법을 사용하여 "복합 반응"의 개념을 정의해 보세요. 오른쪽! 다음과 같은 공식이 있습니다.
여러분에게 새로운 화학적 과정을 기록하는 또 다른 형태, 즉 소위 전이 사슬 또는 변형을 사용하여 이러한 유형의 반응을 고려해 봅시다. 예를 들어, 회로
인이 산화인(V) P 2 O 5로 변환된 후 인산 H 3 PO 4로 변환되는 것을 보여줍니다.
물질 변환 다이어그램의 화살표 수는 최소 화학 변환 수, 즉 화학 반응에 해당합니다. 고려중인 예에서 이는 두 가지 화학 공정입니다.
1차 과정. 인으로부터 산화인(V) P 2 O 5 얻기. 분명히 이것은 인과 산소 사이의 반응입니다.
불타는 숟가락에 적린을 넣고 불을 붙이자. 인은 밝은 불꽃으로 연소되어 인(V) 산화물의 작은 입자로 구성된 흰 연기를 생성합니다.
4P + 5O 2 = 2P 2O 5.
2번째 과정. 플라스크에 한 숟가락의 타는 인을 추가합시다. 인(V) 산화물의 두꺼운 연기로 가득 차 있습니다. 플라스크에서 숟가락을 꺼내어 플라스크에 물을 붓고 내용물을 흔들어 준 후 플라스크의 목을 마개로 막아준다. 연기는 점차 엷어지고 물에 용해되어 마침내 완전히 사라집니다. 플라스크에서 얻은 용액에 약간의 리트머스를 추가하면 빨간색으로 변하며 이는 인산이 형성되었다는 증거입니다.
R2O5 + ZN2O = 2H3PO4.
고려 중인 전이를 수행하기 위해 수행되는 반응은 촉매의 참여 없이 발생하므로 이를 비촉매라고 부릅니다. 위에서 논의한 반응은 한 방향으로만 진행됩니다. 즉, 되돌릴 수 없습니다.
위에서 논의한 반응에 얼마나 많은 물질이 들어가고 어떤 물질이 형성되었는지 분석해 보겠습니다. 첫 번째 반응에서는 두 개의 단순 물질로 인해 하나의 복합 물질이 형성되었고, 두 번째 반응에서는 각각 두 개의 원소로 구성된 두 개의 복합 물질에서 세 개의 원소로 구성된 하나의 복합 물질이 형성되었습니다.
복합물질과 단순물질이 결합하는 반응의 결과로 하나의 복합물질이 형성될 수도 있습니다. 예를 들어, 황산화물(IV)로부터 황산을 생산할 때 황산화물(VI)이 얻어집니다.
이 반응은 순방향, 즉 반응 생성물의 형성과 역방향, 즉 반응 생성물이 출발 물질로 분해되는 방향으로 진행되므로 등호 대신 가역성 기호.
이 반응에는 촉매 - 가역성 기호 위에 표시된 바나듐 (V) 산화물 V 2 O 5가 포함됩니다.
세 가지 물질을 결합하여 복합 물질을 얻을 수도 있습니다. 예를 들어, 질산은 다음과 같은 반응식으로 생성됩니다.
NO 2 + H 2 O + O 2 → HNO 3.
이 화학 반응의 계획을 균등화하기 위해 계수를 선택하는 방법을 고려해 보겠습니다.
질소 원자의 수를 동일하게 할 필요는 없습니다. 다이어그램의 왼쪽 부분과 오른쪽 부분 모두에 하나의 질소 원자가 있습니다. 수소 원자의 수를 동일하게합시다 - 산 공식 앞에 계수 2를 씁니다.
NO 2 + H 2 O + O 2 → 2HNO 3.
그러나이 경우 질소 원자 수의 평등이 위반됩니다. 하나의 질소 원자가 왼쪽에 남아 있고 두 개가 오른쪽에 있습니다. 산화질소(IV)의 공식 앞에 계수 2를 적어 보겠습니다.
2NO 2 + H 2 O + O 2 → 2HNO 3.
산소 원자의 수를 세어 봅시다. 반응 도표의 왼쪽에는 7개가 있고 오른쪽에는 6개가 있습니다. 산소 원자의 수(방정식의 각 부분에 6개의 원자)를 동일하게 하려면 단순 물질의 공식 앞에 분수 계수 1/2을 쓸 수 있다는 점을 기억하십시오.
2NO 2 + H 2 O + 1/2O 2 → 2HNO 3.
계수를 정수로 만들어 보겠습니다. 이를 위해 계수를 두 배로 늘려 방정식을 다시 작성합니다.
4NO 2 + 2H 2 O + O 2 → 4HNO 3.
화합물의 거의 모든 반응은 발열 반응이라는 점에 유의해야 합니다.
실험실 실험 15호
알코올 램프의 불꽃으로 구리를 하소
- 당신에게 주어진 구리선(판)을 살펴보고 그 모습을 묘사해 보세요. 와이어를 도가니 집게로 잡고 알코올 램프 불꽃의 윗부분에서 1분간 가열합니다. 반응조건을 기술하시오. 화학반응이 일어났음을 나타내는 신호를 설명하라. 발생한 반응에 대한 방정식을 작성하십시오. 반응의 출발물질과 생성물의 이름을 말하시오.
실험이 끝난 후 구리선(판)의 질량이 변했는지 설명해보세요. 물질 질량 보존 법칙에 대한 지식을 사용하여 답을 정당화하십시오.
핵심 단어 및 문구
- 결합반응은 분해반응의 반대말이다.
- 촉매 반응(효소 포함) 및 비촉매 반응.
- 전환 또는 변환 체인.
- 가역적 및 비가역적 반응.
컴퓨터 작업
- 전자신청을 참고하세요. 수업 자료를 연구하고 할당된 작업을 완료하세요.
- 단락에 포함된 키워드와 문구의 내용을 공개하는 추가 소스 역할을 할 수 있는 이메일 주소를 인터넷에서 찾아보세요. 새로운 수업을 준비하는 데 교사에게 도움을 제공하십시오. 다음 단락의 핵심 단어와 문구에 대한 보고서를 작성하십시오.
질문 및 작업
9.1. 화학 반응은 무엇입니까?
우리는 자연의 모든 화학적 현상을 화학반응이라고 부른다는 것을 기억합시다. 화학 반응 중에 일부 화학 결합이 끊어지고 다른 화학 결합이 형성됩니다. 반응의 결과로 일부 화학 물질로부터 다른 물질이 얻어집니다(1장 참조).
§ 2.5에 대한 숙제를 하면서 당신은 전체 화학 변환 세트에서 전통적인 네 가지 주요 유형의 반응을 선택하는 방법을 알게 되었고, 그 이름도 조합, 분해, 대체 및 교환 반응이라고 제안했습니다.
복합 반응의 예:
C + O 2 = CO 2; (1)
Na 2 O + CO 2 = Na 2 CO 3; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O = NH 4 HCO 3. (삼)
분해 반응의 예:
2Ag2O4Ag + O2; (4)
CaCO3CaO + CO2; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O. (6)
치환 반응의 예:
CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu; (7)
2NaI + Cl 2 = 2NaCl + I 2; (8)
CaCO3 + SiO2 = CaSiO3 + CO2. (9)
| 교환반응- 출발 물질이 구성 부분을 교환하는 것처럼 보이는 화학 반응. |
교환 반응의 예:
Ba(OH)2 + H2SO4 = BaSO4 + 2H2O; (10)
HCl + KNO2 = KCl + HNO2; (열하나)
AgNO3 + NaCl = AgCl + NaNO3. (12)
화학 반응의 전통적인 분류는 모든 다양성을 포괄하지 않습니다. 네 가지 주요 유형의 반응 외에도 더 복잡한 반응이 많이 있습니다.
두 가지 다른 유형의 화학 반응을 식별하는 것은 두 가지 중요한 비화학 입자인 전자와 양성자의 참여를 기반으로 합니다.
일부 반응 중에는 한 원자에서 다른 원자로 전자의 전체 또는 부분 이동이 발생합니다. 이 경우 출발 물질을 구성하는 원소 원자의 산화 상태가 변경됩니다. 주어진 예 중 이것은 반응 1, 4, 6, 7 및 8입니다. 이러한 반응을 산화환원.
또 다른 반응 그룹에서는 수소 이온(H+), 즉 양성자가 한 반응 입자에서 다른 반응 입자로 전달됩니다. 이런 반응을 일컬어 산-염기 반응또는 양성자 전달 반응.
주어진 예 중에서 이러한 반응은 반응 3, 10 및 11입니다. 이러한 반응과 유사하게 산화환원 반응이라고도 합니다. 전자 전달 반응. OVR은 § 2에서, KOR은 다음 장에서 알게 될 것입니다.
합성 반응, 분해 반응, 치환 반응, 교환 반응, 산화환원 반응, 산-염기 반응.
다음 계획에 해당하는 반응 방정식을 작성하십시오.
a) HgO Hg + O 2 ( 티); b) Li2O + SO2Li2SO3; c) Cu(OH)2CuO + H2O( 티);
d) Al + I 2 AlI 3; e) CuCl2+FeFeCl2+Cu; e) Mg + H3PO4Mg3(PO4)2+H2;
g) Al + O 2 Al 2 O 3 ( 티); i) KClO3 + P P 2 O 5 + KCl ( 티); j) CuSO4 + AlAl2(SO4)3 + Cu;
l) Fe + Cl 2 FeCl 3 ( 티); m) NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O ( 티); m) H2SO4 + CuO CuSO4 + H2O.
전통적인 유형의 반응을 나타냅니다. 산화환원 및 산-염기 반응에 라벨을 붙입니다. 산화환원 반응에서 어떤 원소의 원자가 산화 상태를 변화시키는지 나타냅니다.
9.2. 산화 환원 반응
철광석에서 철(보다 정확하게는 주철)을 산업적으로 생산하는 동안 용광로에서 발생하는 산화환원 반응을 고려해 보겠습니다.
Fe 2 O 3 + 3CO = 2Fe + 3CO 2.
출발 물질과 반응 생성물을 모두 구성하는 원자의 산화 상태를 결정합시다
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
보시다시피, 반응의 결과로 탄소 원자의 산화 상태는 증가하고, 철 원자의 산화 상태는 감소하며, 산소 원자의 산화 상태는 변하지 않은 채로 유지됩니다. 결과적으로, 이 반응에서 탄소 원자는 산화되었습니다. 즉, 전자를 잃었습니다. 산화된) 및 철 원자 – 환원, 즉 전자를 추가했습니다 ( 회복 된) (§ 7.16 참조). OVR을 특성화하기 위해 개념이 사용됩니다. 산화제그리고 환원제.
따라서 우리의 반응에서 산화 원자는 철 원자이고 환원 원자는 탄소 원자입니다.
우리 반응에서 산화제는 산화철(III)이고 환원제는 일산화탄소(II)입니다.
산화 원자와 환원 원자가 동일한 물질의 일부인 경우(예: 이전 단락의 반응 6), "산화 물질" 및 "환원 물질"의 개념은 사용되지 않습니다.
따라서 일반적인 산화제는 전자(전체 또는 일부)를 얻어 산화 상태를 낮추는 경향이 있는 원자를 포함하는 물질입니다. 단순 물질 중에서 이들은 주로 할로겐과 산소이며, 그보다 적은 양의 황과 질소도 있습니다. 복잡한 물질에서 - 이러한 산화 상태에서 단순 이온을 형성하려는 경향이 없는 더 높은 산화 상태의 원자를 포함하는 물질: HNO 3 (N +V), KMnO 4 (Mn +VII), CrO 3 (Cr +VI), KClO 3(Cl+V), KClO4(Cl+VII) 등
일반적인 환원제는 전자를 완전히 또는 부분적으로 기증하여 산화 상태를 증가시키는 경향이 있는 원자를 포함하는 물질입니다. 단순 물질에는 수소, 알칼리 및 알칼리 토금속, 알루미늄이 포함됩니다. 복합 물질 중 - H 2 S 및 황화물(S –II), SO 2 및 아황산염(S +IV), 요오드화물(I –I), CO(C +II), NH 3(N –III) 등
일반적으로 거의 모든 복합 물질과 많은 단순 물질은 산화 및 환원 특성을 모두 나타낼 수 있습니다. 예를 들어:
SO 2 + Cl 2 = S + Cl 2 O 2 (SO 2 는 강력한 환원제입니다);
SO 2 + C = S + CO 2 (t)(SO 2 는 약산화제임);
C + O 2 = CO 2 (t) (C는 환원제);
C + 2Ca = Ca 2 C(t) (C는 산화제).
이 섹션의 시작 부분에서 논의한 반응으로 돌아가 보겠습니다.
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
반응의 결과로 산화 원자(Fe + III)는 환원 원자(Fe 0)로 바뀌고, 환원 원자(C + II)는 산화 원자(C + IV)로 바뀌었습니다. 그러나 CO 2는 어떤 조건에서도 매우 약한 산화제이며 철은 환원제이지만 이러한 조건에서는 CO보다 훨씬 약합니다. 따라서 반응 생성물은 서로 반응하지 않으며, 역반응도 일어나지 않습니다. 주어진 예는 OVR의 흐름 방향을 결정하는 일반 원리를 보여줍니다.
산화 환원 반응은 더 약한 산화제와 더 약한 환원제가 형성되는 방향으로 진행됩니다.
물질의 산화환원 특성은 동일한 조건에서만 비교할 수 있습니다. 어떤 경우에는 이러한 비교가 정량적으로 이루어질 수 있습니다.
이 장의 첫 번째 단락에 대한 숙제를 하면서 일부 반응 방정식(특히 ORR)에서 계수를 선택하는 것이 매우 어렵다는 것을 확신하게 되었습니다. 산화환원 반응의 경우 이 작업을 단순화하기 위해 다음 두 가지 방법이 사용됩니다.
ㅏ) 전자저울 방식그리고
비) 전자이온균형법.
이제 전자평형법을 배우게 되는데, 전자-이온평형법은 주로 고등교육기관에서 연구됩니다.
이 두 가지 방법 모두 화학 반응에서 전자가 사라지거나 어디에도 나타나지 않는다는 사실, 즉 원자가 받아들이는 전자의 수는 다른 원자가 포기하는 전자의 수와 동일하다는 사실에 기초합니다.
전자평형법에서 주어진 전자와 받아들인 전자의 수는 원자의 산화 상태 변화에 따라 결정됩니다. 이 방법을 사용하려면 출발 물질과 반응 생성물의 조성을 모두 알아야 합니다.
전자저울법의 적용을 사례를 통해 살펴보자.
예시 1.철과 염소의 반응에 대한 방정식을 만들어 봅시다. 이 반응의 생성물은 염화철(III)인 것으로 알려져 있다. 반응식을 적어 보겠습니다.
Fe+Cl2FeCl3.
반응에 참여하는 물질을 구성하는 모든 원소의 원자 산화 상태를 결정해 보겠습니다.
철 원자는 전자를 포기하고 염소 분자는 전자를 받아들입니다. 이러한 과정을 표현해보자 전자 방정식:
철 - 3 이자형– = Fe +III,
Cl2+2 전자 -= 2Cl –I.
주어진 전자의 수가 수신된 전자의 수와 같아지려면 첫 번째 전자 방정식에 2를 곱하고 두 번째 전자 방정식에 3을 곱해야 합니다.
| 철 - 3 이자형– = Fe +III, Cl2+2 이자형– = 2Cl –I |
2Fe – 6 이자형– = 2Fe +III, 3Cl2+6 이자형– = 6Cl –I. |
반응식에 계수 2와 3을 도입하여 반응식을 얻습니다.
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3.
예시 2.과잉 염소에서 백린탄의 연소 반응에 대한 방정식을 만들어 보겠습니다. 다음과 같은 조건에서 염화인(V)이 형성되는 것으로 알려져 있습니다.
| +V –I | ||||
| 피 4 | + | Cl2 | PCl5. |
백린탄 분자는 전자를 포기하고(산화), 염소 분자는 전자를 받아들입니다(환원).
| 피 4 – 20 이자형– = 4P +V Cl2+2 이자형– = 2Cl –I |
1 10 |
2 20 |
피 4 – 20 이자형– = 4P +V Cl2+2 이자형– = 2Cl –I |
피 4 – 20 이자형– = 4P +V 10Cl2+20 이자형– = 20Cl –I |
처음에 얻은 요소(2와 20)에는 공약수가 있어서(반응 방정식의 미래 계수와 마찬가지로) 나누어집니다. 반응 방정식:
P4 + 10Cl2 = 4PCl5.
예시 3.황화철(II)이 산소 속에서 구워질 때 일어나는 반응에 대한 방정식을 만들어 봅시다.
반응 계획:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
이 경우 철(II)과 황(-II) 원자가 모두 산화됩니다. 황화철(II)의 구성에는 이러한 원소의 원자가 1:1 비율로 포함되어 있습니다(가장 간단한 공식의 지수 참조).
전자 저울:
| 4 | 철+II – 이자형– = 철 +III S–II–6 이자형– = S + IV |
총 7개를 주네요 이자형 – |
| 7 | O 2 + 4e – = 2O –II |
반응식: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2.
실시예 4. 이황화철(II)(황철광)이 산소 속에서 구울 때 일어나는 반응에 대한 방정식을 만들어 봅시다.
반응 계획:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
이전 예에서와 같이 철(II) 원자와 황 원자도 여기에서 산화되지만 산화 상태는 I입니다. 이들 원소의 원자는 1:2의 비율로 황철석 구성에 포함됩니다(참조: 가장 간단한 공식의 인덱스). 이와 관련하여 철과 황 원자가 반응하며 이는 전자 저울을 작성할 때 고려됩니다.
| 철+III – 이자형– = 철 +III 2S–I – 10 이자형– = 2S +IV |
총 11개를 줍니다. 이자형 – | |
| O2+4 이자형– = 2O –II |
반응식: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.
ODD에는 좀 더 복잡한 사례도 있는데, 그 중 일부는 숙제를 하면서 익숙해질 것입니다.
산화원자, 환원원자, 산화물질, 환원물질, 전자평형법, 전자방정식.
1. 이 장의 § 1 본문에 제공된 각 OVR 방정식에 대한 전자 저울을 작성합니다.
2. 이 장의 § 1에 대한 작업을 완료하는 동안 발견한 ORR에 대한 방정식을 구성합니다. 이번에는 전자저울 방식을 이용해 확률을 설정해 보세요. 3. 전자 균형 방법을 사용하여 다음 계획에 해당하는 반응 방정식을 만듭니다. a) Na + I 2 NaI;
b) Na + O 2 Na 2 O 2;
c) Na 2 O 2 + Na Na 2 O;
d) Al + Br2AlBr3;
e) Fe + O 2 Fe 3 O 4 ( 티);
e) Fe3O4 + H2FeO + H2O( 티);
g) FeO+O2Fe2O3( 티);
i) Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2 ( 티);
j) Cr + O 2 Cr 2 O 3 ( 티);
l) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 ( 티);
l) Mn 2 O 7 + NH 3 MnO 2 + N 2 + H 2 O;
m) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O ( 티);
n) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 ( 티)
p) PbO 2 + CO Pb + CO 2 ( 티);
c) Cu2O + Cu2S Cu + SO2( 티);
t) CuS + O 2 Cu 2 O +SO 2 ( 티);
y) Pb3O4 + H2Pb + H2O( 티).
9.3. 발열 반응. 엔탈피
화학반응은 왜 일어나는가?
이 질문에 답하기 위해 왜 개별 원자가 분자로 결합하는지, 왜 이온 결정이 고립된 이온으로부터 형성되는지, 원자의 전자 껍질이 형성될 때 최소 에너지 원리가 적용되는 이유를 기억해 봅시다. 이 모든 질문에 대한 대답은 동일합니다. 에너지적으로 유익하기 때문입니다. 이는 그러한 과정에서 에너지가 방출된다는 것을 의미합니다. 같은 이유로 화학 반응이 일어나야 하는 것 같습니다. 실제로 에너지가 방출되는 동안 많은 반응이 수행될 수 있습니다. 에너지는 일반적으로 열의 형태로 방출됩니다.
발열 반응 중에 열을 제거할 시간이 없으면 반응 시스템이 가열됩니다.
예를 들어, 메탄 연소 반응에서
CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g)
너무 많은 열이 방출되어 메탄이 연료로 사용됩니다.
이 반응이 열을 방출한다는 사실은 반응식에 반영될 수 있습니다.
CH4(g) + 2O2(g) = CO2(g) + 2H2O(g) + 큐.
이것이 이른바 열화학 방정식. 여기에 기호 "+ 큐"는 메탄이 연소되면 열이 방출된다는 의미입니다. 이 열을 반응의 열 효과.
방출된 열은 어디에서 오는가?
화학 반응 중에 화학 결합이 끊어지고 형성된다는 것을 알고 있습니다. 이 경우 CH 4 분자의 탄소와 수소 원자 사이의 결합과 O 2 분자의 산소 원자 사이의 결합이 끊어집니다. 이 경우 새로운 결합이 형성됩니다: CO 2 분자의 탄소와 산소 원자 사이, H 2 O 분자의 산소와 수소 원자 사이 결합을 끊으려면 에너지를 소비해야 합니다(“결합 에너지”, “원자화 에너지” 참조). ), 결합을 형성할 때 에너지가 방출됩니다. 분명히, "새로운" 결합이 "오래된" 결합보다 더 강하다면, 흡수되는 것보다 더 많은 에너지가 방출될 것입니다. 방출된 에너지와 흡수된 에너지의 차이는 반응의 열 효과입니다.
열 효과(열량)는 킬로줄 단위로 측정됩니다. 예:
2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g) + 484 kJ.
이 표기법은 2몰의 수소가 1몰의 산소와 반응하여 2몰의 기체 물(수증기)을 생성하면 484킬로줄의 열이 방출된다는 것을 의미합니다.
따라서, 열화학 방정식에서 계수는 반응물과 반응 생성물의 물질 양과 수치적으로 동일합니다..
각 특정 반응의 열 효과를 결정하는 것은 무엇입니까?
반응의 열 효과는 다음과 같습니다.
a) 출발 물질과 반응 생성물의 집합적 상태,
b) 온도와
c) 화학적 변형이 일정한 부피에서 일어나는지, 일정한 압력에서 일어나는지 여부.
물질의 응집 상태에 대한 반응의 열 효과의 의존성은 한 응집 상태에서 다른 응집 상태로의 전환 과정(다른 물리적 과정과 마찬가지로)에 열 방출 또는 흡수가 수반된다는 사실에 기인합니다. 이는 열화학 방정식으로도 표현될 수 있다. 예 – 수증기 응축에 대한 열화학 방정식:
H2O(g) = H2O(l) + 큐.
열화학 방정식 및 필요한 경우 일반 화학 방정식에서 물질의 집합 상태는 문자 색인을 사용하여 표시됩니다.
(d) – 가스,
(g) – 액체,
(t) 또는 (cr) – 고체 또는 결정질 물질.
온도에 대한 열 효과의 의존성은 열용량의 차이와 관련이 있습니다
출발물질과 반응산물.
일정한 압력에서 발열 반응의 결과로 시스템의 부피가 항상 증가하기 때문에 에너지의 일부는 부피를 늘리는 작업에 소비되며 방출되는 열은 동일한 반응이 일정한 부피에서 일어나는 경우보다 적습니다. .
반응의 열 효과는 일반적으로 25°C에서 일정한 부피에서 발생하는 반응에 대해 계산되며 기호로 표시됩니다. 큐영형.
에너지가 열의 형태로만 방출되고 화학 반응이 일정한 부피로 진행되면 반응의 열 효과 ( QV)는 변화와 같습니다 내부에너지(디 유) 반응에 참여하는 물질이지만 반대 기호가 있습니다.
QV = – 유.
신체의 내부 에너지는 분자간 상호 작용, 화학 결합, 모든 전자의 이온화 에너지, 핵에 있는 핵자의 결합 에너지 및 이 신체에 "저장된" 기타 모든 알려지거나 알려지지 않은 유형의 에너지의 총 에너지로 이해됩니다. "-" 표시는 열이 방출되면 내부 에너지가 감소한다는 사실 때문입니다. 그건
유= – QV .
반응이 일정한 압력에서 발생하면 시스템의 부피가 바뀔 수 있습니다. 볼륨을 높이는 작업도 내부 에너지의 일부를 차지합니다. 이 경우
유 = –(QP+A) = –(QP+PV),
어디 큐피– 일정한 압력에서 발생하는 반응의 열 효과. 여기에서
Q P = – 위로V .
다음과 같은 값 U+PV이름을 얻었어 엔탈피 변화 D로 표시 시간.
H=U+PV.
따라서
Q P = – 시간.
따라서 열이 방출되면 시스템의 엔탈피가 감소합니다. 따라서 이 양의 옛 이름은 "열 함량"입니다.
열 효과와 달리 엔탈피의 변화는 반응이 일정한 부피에서 발생하는지, 일정한 압력에서 발생하는지에 관계없이 반응의 특징을 나타냅니다. 엔탈피 변화를 사용하여 작성된 열화학 방정식을 다음과 같이 부릅니다. 열역학적 형태의 열화학 방정식. 이 경우 표준 조건(25°C, 101.3kPa)에서 엔탈피 변화 값이 주어집니다. 호. 예를 들어:
2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g) 호= – 484kJ;
CaO(cr) + H2O(l) = Ca(OH)2(cr) 호= – 65kJ.
반응에서 방출되는 열량의 의존성 ( 큐) 반응의 열 효과로부터 ( 큐 o) 및 물질의 양( N B) 반응 참가자 중 하나(물질 B - 출발 물질 또는 반응 생성물)는 다음 방정식으로 표현됩니다.
여기서 B는 열화학 방정식에서 물질 B의 공식 앞의 계수로 지정된 물질 B의 양입니다.
일
1694 kJ의 열이 방출되면 산소에서 연소되는 수소 물질의 양을 결정하십시오.
해결책
2H 2 (g) + O 2 (g) = 2H 2 O (g) + 484 kJ. |
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Q = 1694 kJ, 6. 결정성 알루미늄과 기체 염소 사이의 반응의 열 효과는 1408 kJ입니다. 이 반응의 열화학 반응식을 작성하고 이 반응을 사용하여 2816 kJ의 열을 생성하는 데 필요한 알루미늄의 질량을 구하십시오. 9.4. 흡열 반응. 엔트로피 발열반응 외에도 열을 흡수하는 반응도 가능하며, 열이 공급되지 않으면 반응계를 냉각시킨다. 이런 반응을 일컬어 흡열성의. 그러한 반응의 열 효과는 부정적입니다. 예를 들어: 따라서 이러한 반응 및 유사한 반응의 생성물에서 결합이 형성되는 동안 방출되는 에너지는 출발 물질에서 결합을 끊는 데 필요한 에너지보다 적습니다.
두 개의 플라스크를 가져다가 그 중 하나는 질소(무색 가스)로 채우고 다른 하나는 이산화질소(갈색 가스)로 채워서 플라스크 안의 압력과 온도가 모두 같아지도록 합시다. 이들 물질은 서로 화학적으로 반응하지 않는 것으로 알려져 있습니다. 플라스크를 목에 단단히 연결하고 수직으로 설치하여 더 무거운 이산화질소가 들어 있는 플라스크가 바닥에 오도록 합시다(그림 9.1). 시간이 지나면 갈색 이산화질소가 점차 상부 플라스크로 퍼지고 무색 질소가 하부 플라스크로 침투하는 것을 볼 수 있습니다. 결과적으로 가스가 혼합되고 플라스크 내용물의 색상이 동일해집니다. 따라서,
엔트로피 사이의 연결 방정식 ( 에스) 및 기타 수량은 물리학 및 물리 화학 과정에서 연구됩니다. 엔트로피 단위 [ 에스] = 1J/K. G= H–T 에스 자발적인 반응의 조건: G< 0. 저온에서는 반응이 일어날 가능성을 결정하는 인자가 크게 에너지 인자이고, 고온에서는 엔트로피 인자이다. 특히, 위의 식으로부터 상온에서는 일어나지 않는 분해반응(엔트로피 증가)이 상승된 온도에서 일어나기 시작하는 이유가 분명해집니다. 흡열 반응, 엔트로피, 에너지 인자, 엔트로피 인자, 깁스 에너지. 2CuO(cr) + C(흑연) = 2Cu(cr) + CO 2 (g) -46kJ입니다. 열화학 반응식을 작성하고 이 반응에서 구리 1kg을 생산하는 데 얼마나 많은 에너지가 필요한지 계산하십시오. CaCO 3 (cr) = CaO (cr) + CO 2 (g) – 179 kJ 24.6리터의 이산화탄소가 형성되었습니다. 쓸데없이 낭비되는 열의 양을 확인합니다. 몇 그램의 산화칼슘이 생성되었습니까? |
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