สัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ ปริมาณสัมพันธ์เป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณทางเคมี

เมื่อรวบรวมสมการของปฏิกิริยารีดอกซ์ จำเป็นต้องกำหนดตัวรีดิวซ์ ตัวออกซิไดซ์ และจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้และรับ มีสองวิธีหลักในการรวบรวมสมการของปฏิกิริยารีดอกซ์:
1) เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์– ขึ้นอยู่กับการกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่เคลื่อนที่จากตัวรีดิวซ์ไปยังตัวออกซิไดซ์
2) ความสมดุลของอิออน-อิเล็คทรอนิคส์- จัดให้มีการรวบรวมสมการสำหรับกระบวนการออกซิเดชันและการรีดิวซ์แบบแยกจากกันด้วยการบวกผลรวมที่ตามมาด้วยวิธีสมการไอออนิกทั่วไป - ครึ่งปฏิกิริยา ในวิธีนี้ จำเป็นต้องค้นหาไม่เพียงแต่สัมประสิทธิ์สำหรับตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดซ์เท่านั้น แต่ยังรวมถึงโมเลกุลของตัวกลางด้วย จำนวนของอิเล็กตรอนที่ตัวออกซิไดซ์ยอมรับหรือสูญเสียโดยตัวรีดิวซ์อาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับธรรมชาติของตัวกลาง
1) ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์ - วิธีการหาค่าสัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยารีดอกซ์ซึ่งพิจารณาการแลกเปลี่ยนอิเล็กตรอนระหว่างอะตอมของธาตุที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน จำนวนอิเล็กตรอนที่บริจาคโดยตัวรีดิวซ์เท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับจากตัวออกซิไดซ์

สมการถูกรวบรวมในหลายขั้นตอน:

1. เขียนแบบแผนปฏิกิริยา

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

2. ใส่สถานะออกซิเดชันเหนือสัญญาณขององค์ประกอบที่เปลี่ยนแปลง

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

3. จัดสรรองค์ประกอบที่เปลี่ยนระดับของการเกิดออกซิเดชันและกำหนดจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับจากตัวออกซิไดซ์และมอบให้โดยตัวรีดิวซ์

Mn +7 + 5ē = Mn +2

2Cl -1 - 2ē \u003d Cl 2 0

4. ทำให้จำนวนอิเล็กตรอนที่ได้มาและบริจาคเท่ากันจึงสร้างค่าสัมประสิทธิ์สำหรับสารประกอบที่มีองค์ประกอบที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน

Mn +7 + 5ē = Mn +2 2

2Cl -1 - 2ē \u003d Cl 2 0 5

––––––––––––––––––––––––

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

5. เลือกสัมประสิทธิ์สำหรับผู้เข้าร่วมอื่น ๆ ทั้งหมดในปฏิกิริยา ในกรณีนี้ โมเลกุล HCl 10 ตัวมีส่วนร่วมในกระบวนการรีดิวซ์ และ 6 อันในกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออน (การจับของโพแทสเซียมและแมงกานีสไอออน)

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

2) วิธีการสมดุลอิออน-อิเล็กตรอน

1. เขียนแบบแผนปฏิกิริยา

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

2. เขียนโครงร่างของครึ่งปฏิกิริยาโดยใช้อนุภาคที่มีอยู่จริง (โมเลกุลและไอออน) ในสารละลาย ในขณะเดียวกัน เราก็สรุปยอดดุลวัสดุ กล่าวคือ จำนวนอะตอมขององค์ประกอบที่มีส่วนร่วมในครึ่งปฏิกิริยาทางด้านซ้ายจะต้องเท่ากับจำนวนทางด้านขวา รูปแบบออกซิไดซ์และลดลงตัวออกซิไดเซอร์และรีดักแทนต์มักจะมีปริมาณออกซิเจนต่างกัน (เปรียบเทียบ Cr 2 O 7 2− และ Cr 3+) ดังนั้น เมื่อรวบรวมสมการครึ่งปฏิกิริยาโดยใช้วิธีสมดุลอิเล็กตรอน-ไอออน จะรวมคู่ H + /H 2 O (สำหรับ กรดสิ่งแวดล้อม) และ OH - / H 2 O (สำหรับ อัลคาไลน์สิ่งแวดล้อม). ถ้าในระหว่างการเปลี่ยนจากรูปแบบหนึ่งไปอีกรูปแบบหนึ่ง รูปแบบเดิม (โดยปกติคือ − ออกซิไดซ์) สูญเสียออกไซด์ของไอออน (แสดงด้านล่างในวงเล็บเหลี่ยม) ส่วนหลังเนื่องจากไม่มีอยู่ในรูปแบบอิสระ ต้องอยู่ใน กรดตัวกลางรวมกับไฮโดรเจนไอออนบวกและใน อัลคาไลน์ตัวกลาง - มีโมเลกุลของน้ำซึ่งนำไปสู่การก่อตัว โมเลกุลของน้ำ(ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด) และ ไอออนไฮดรอกไซด์(ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง):

สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด+ 2H + = H 2 O ตัวอย่าง: Cr 2 O 7 2− + 14H + = 2Cr 3+ + 7H 2 O
สภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง+ H 2 O \u003d 2 OH - ตัวอย่าง: MnO 4 - + 2H 2 O \u003d MnO 2 + 4OH -

ขาดออกซิเจนในรูปแบบเดิม (มักจะอยู่ในรูปแบบการกู้คืน) เมื่อเทียบกับรูปแบบสุดท้ายจะได้รับการชดเชยโดยการเพิ่ม โมเลกุลของน้ำ(ใน กรดสิ่งแวดล้อม) หรือ ไอออนไฮดรอกไซด์(ใน อัลคาไลน์สิ่งแวดล้อม):

สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด H 2 O = + 2H + ตัวอย่าง: SO ​​3 2- + H 2 O = SO 4 2- + 2H +
สภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง 2 OH - \u003d + H 2 O ตัวอย่าง: SO ​​3 2- + 2OH - \u003d SO 4 2- + H 2 O

MnO 4 - + 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O ลดลง

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

3. เราสรุปยอดดุลอิเล็กทรอนิกส์ตามความจำเป็นของประจุทั้งหมดในส่วนด้านขวาและด้านซ้ายของสมการครึ่งปฏิกิริยา

ในตัวอย่างด้านบน ทางด้านขวาของสมการรีดักชันครึ่งปฏิกิริยา ประจุทั้งหมดของไอออนคือ +7 ทางด้านซ้าย - +2 ซึ่งหมายความว่าต้องเติมอิเล็กตรอนห้าตัวทางด้านขวา:

MnO 4 - + 8H + + 5ē → Mn 2+ + 4H 2 O

ในสมการครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน ประจุทั้งหมดทางด้านขวาคือ -2 ทางด้านซ้าย 0 ซึ่งหมายความว่าจะต้องลบอิเล็กตรอนสองตัวทางด้านขวา:

SO 3 2- + H 2 O - 2ē → SO 4 2- + 2H +

ดังนั้น ในสมการทั้งสอง สมดุลอิออน-อิเล็กตรอนจึงถูกนำไปใช้ และเป็นไปได้ที่จะใส่เครื่องหมายเท่ากับแทนลูกศร:

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

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

4. ตามกฎเกี่ยวกับความต้องการความเท่าเทียมกันของจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวออกซิไดซ์ได้รับและตัวรีดิวซ์ให้ไป เราจะพบว่าตัวคูณร่วมน้อยของจำนวนอิเล็กตรอนในสมการทั้งสอง (2∙5 = 10)

5. เราคูณด้วยสัมประสิทธิ์ (2.5) และรวมสมการทั้งสองโดยบวกส่วนซ้ายและขวาของสมการทั้งสอง

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-

หรือในรูปแบบโมเลกุล:

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

วิธีนี้พิจารณาการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากอะตอมหรือไอออนหนึ่งไปยังอีกอะตอมหนึ่ง โดยคำนึงถึงธรรมชาติของตัวกลาง (ที่เป็นกรด ด่างหรือเป็นกลาง) ที่เกิดปฏิกิริยา ในตัวกลางที่เป็นกรด ในสมการครึ่งปฏิกิริยา เพื่อให้จำนวนอะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนเท่ากัน ควรใช้ไฮโดรเจนไอออน H + และโมเลกุลของน้ำ โดยพื้นฐานแล้ว ไอออนไฮดรอกไซด์ OH - และโมเลกุลของน้ำ ดังนั้นในผลิตภัณฑ์ที่ได้รับ ทางด้านขวาของสมการอิเล็กตรอน-ไอออนิก จะมีไฮโดรเจนไอออน (และไม่ใช่ไฮดรอกไซด์ไอออน) และโมเลกุลของน้ำ (ตัวกลางที่เป็นกรด) หรือไฮดรอกไซด์ไอออน และโมเลกุลของน้ำ (ตัวกลางที่เป็นด่าง) ตัวอย่างเช่น สมการสำหรับการรีดิวซ์ครึ่งปฏิกิริยาของเปอร์แมงกาเนตไอออนในตัวกลางที่เป็นกรดไม่สามารถรวบรวมได้โดยมีไฮดรอกไซด์ไอออนอยู่ทางด้านขวา:

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

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

กล่าวคือ เมื่อเขียนสมการอิเล็กตรอน-ไอออนิก จะต้องเริ่มจากองค์ประกอบของไอออนที่มีอยู่จริงในสารละลาย นอกจากนี้ ในการจัดทำสมการไอออนิกแบบย่อ สารที่แยกตัวออกเล็กน้อย ละลายได้ไม่ดี หรือถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของแก๊สควรเขียนให้อยู่ในรูปของโมเลกุล

การวาดสมการของปฏิกิริยารีดอกซ์โดยใช้วิธีครึ่งปฏิกิริยาจะทำให้เกิดผลลัพธ์เดียวกันกับวิธีสมดุลอิเล็กตรอน

ลองเปรียบเทียบทั้งสองวิธี ข้อดีของวิธี half-reaction เมื่อเปรียบเทียบกับวิธีสมดุลอิเล็กตรอนก็คือ ที่ไม่ใช้ไอออนสมมติแต่ใช้ไอออนของจริง

เมื่อใช้วิธีครึ่งปฏิกิริยา ไม่จำเป็นต้องทราบสถานะออกซิเดชันของอะตอม การเขียนสมการครึ่งปฏิกิริยาไอออนิกแต่ละสมการมีความจำเป็นเพื่อทำความเข้าใจกระบวนการทางเคมีในเซลล์กัลวานิกและระหว่างอิเล็กโทรไลซิส ด้วยวิธีนี้ จะมองเห็นบทบาทของสภาพแวดล้อมในฐานะผู้มีส่วนร่วมในกระบวนการทั้งหมด สุดท้าย เมื่อใช้วิธี half-reaction ไม่จำเป็นต้องรู้สารที่ได้ทั้งหมด สารเหล่านี้จะปรากฏในสมการปฏิกิริยาเมื่อได้สารมา ดังนั้นควรใช้วิธีการครึ่งปฏิกิริยาและใช้ในการจัดทำสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ทั้งหมดที่เกิดขึ้นในสารละลายที่เป็นน้ำ

ในวิธีนี้จะเปรียบเทียบสถานะการเกิดออกซิเดชันของอะตอมในสารเริ่มต้นและสารสุดท้ายตามหลักเกณฑ์: จำนวนอิเล็กตรอนที่บริจาคโดยตัวรีดิวซ์จะต้องเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ติดอยู่กับตัวออกซิไดซ์ ในการวาดสมการ คุณจำเป็นต้องรู้สูตรของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา สิ่งหลังถูกกำหนดโดยเชิงประจักษ์หรือบนพื้นฐานของคุณสมบัติที่รู้จักขององค์ประกอบ

วิธีการสมดุลอิออน-อิเล็กตรอนนั้นหลากหลายกว่าวิธีสมดุลของอิเล็กตรอน และมีข้อได้เปรียบที่ปฏิเสธไม่ได้ในการเลือกสัมประสิทธิ์ในปฏิกิริยารีดอกซ์หลายๆ ปฏิกิริยา โดยเฉพาะอย่างยิ่งด้วยการมีส่วนร่วมของสารประกอบอินทรีย์ ซึ่งแม้แต่ขั้นตอนในการพิจารณาสถานะออกซิเดชันก็ค่อนข้างมาก ที่ซับซ้อน.

ยกตัวอย่างเช่น กระบวนการของการเกิดออกซิเดชันของเอทิลีนที่เกิดขึ้นเมื่อผ่านสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตที่เป็นน้ำ เป็นผลให้เอทิลีนถูกออกซิไดซ์เป็นเอทิลีนไกลคอล HO-CH 2 -CH 2 -OH และเปอร์แมงกาเนตถูกลดขนาดเป็นแมงกานีส (IV) ออกไซด์ นอกจากนี้ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ก็จะก่อตัวขึ้นตามที่เห็นได้ชัดเจนจากสมการสมดุลสุดท้าย ทางขวา:

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

สมการครึ่งปฏิกิริยารีดักชันและออกซิเดชัน:

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

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

เราสรุปสมการทั้งสอง ลบไอออนของไฮดรอกไซด์ทางด้านซ้ายและด้านขวา

เราได้สมการสุดท้าย:

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

เมื่อใช้วิธีสมดุลอิออน-อิเล็กตรอนเพื่อหาค่าสัมประสิทธิ์ในปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับสารประกอบอินทรีย์ จะสะดวกที่จะพิจารณาสถานะออกซิเดชันของอะตอมไฮโดรเจนเท่ากับ +1 ออกซิเจน -2 และคำนวณคาร์บอนโดยใช้สมดุลของประจุบวกและประจุลบใน โมเลกุล (ไอออน) ดังนั้น ในโมเลกุลของเอทิลีน ประจุทั้งหมดจะเป็นศูนย์:

4 ∙ (+1) + 2 ∙ X \u003d 0,

หมายถึงระดับของการเกิดออกซิเดชันของอะตอมของคาร์บอนสองอะตอม - (-4) และหนึ่ง (X) - (-2)

ในทำนองเดียวกัน ในโมเลกุลเอทิลีนไกลคอล C 2 H 6 O 2 เราพบสถานะออกซิเดชันของคาร์บอน (X):

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

ในโมเลกุลของสารประกอบอินทรีย์บางตัว การคำนวณดังกล่าวนำไปสู่ค่าเศษส่วนของสถานะออกซิเดชันของคาร์บอน ตัวอย่างเช่น สำหรับโมเลกุลอะซิโตน (C 3 H 6 O) ค่านี้จะเท่ากับ -4/3 สมการอิเล็กทรอนิกส์จะประมาณการประจุทั้งหมดของอะตอมคาร์บอน ในโมเลกุลอะซิโตน มันคือ -4

ข้อมูลที่คล้ายกัน

เมื่อวาดสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์ (ORR) จำเป็นต้องกำหนดตัวรีดิวซ์ ตัวออกซิไดซ์ และจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้และรับ สัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ของ OVR ถูกเลือกโดยใช้วิธีสมดุลอิเล็กตรอนหรือวิธีสมดุลอิเล็กตรอน-ไอออน (วิธีหลังเรียกอีกอย่างว่าวิธีครึ่งปฏิกิริยา) มาดูตัวอย่างกัน ตัวอย่างของการคอมไพล์สมการ OVR และการเลือกสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ เราวิเคราะห์กระบวนการออกซิเดชันของเหล็ก (II) ไดซัลไฟด์ (ไพไรต์) ด้วยกรดไนตริกเข้มข้น: ก่อนอื่น เราพิจารณาผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาที่เป็นไปได้ กรดไนตริกเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง ดังนั้นซัลไฟด์ไอออนจึงสามารถออกซิไดซ์ได้ทั้งที่สถานะออกซิเดชันสูงสุด S (H2S04) หรือ S (SO2) และ Fe ถึง Fe ในขณะที่ HN03 สามารถรีดิวซ์เป็น N0 หรือ N02 (ชุดของ ผลิตภัณฑ์จำเพาะถูกกำหนดโดยความเข้มข้นของรีเอเจนต์ อุณหภูมิ ฯลฯ ) มาเลือกตัวเลือกที่เป็นไปได้ต่อไปนี้: H20 จะอยู่ทางด้านซ้ายหรือด้านขวาของสมการ เรายังไม่ทราบ มีสองวิธีหลักในการเลือกสัมประสิทธิ์ ขั้นแรกให้เราใช้วิธีสมดุลอิเลคตรอน-ไอออน สาระสำคัญของวิธีนี้อยู่ในสองข้อความที่เรียบง่ายและสำคัญมาก ประการแรก วิธีนี้พิจารณาการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนจากอนุภาคหนึ่งไปยังอีกอนุภาคหนึ่ง โดยต้องคำนึงถึงธรรมชาติของตัวกลาง (ที่เป็นกรด เป็นด่าง หรือเป็นกลาง) ประการที่สอง เมื่อรวบรวมสมการสมดุลอิเลคตรอน-ไอออน มีเพียงอนุภาคเหล่านั้นเท่านั้นที่ถูกเขียนขึ้นซึ่งมีอยู่จริงในระหว่าง OVR ที่กำหนด - มีเพียงไอออนบวกหรือแอนโนนที่มีอยู่จริงเท่านั้นที่ถูกเขียนขึ้นในรูปของไอออน สารที่มีความแตกแยกได้ไม่ดี ไม่ละลายน้ำ หรือถูกปลดปล่อยออกมาในรูปของก๊าซถูกเขียนขึ้นในรูปแบบโมเลกุล เมื่อรวบรวมสมการของกระบวนการออกซิเดชันและการรีดิวซ์เพื่อทำให้จำนวนอะตอมของไฮโดรเจนและออกซิเจนเท่ากัน เราแนะนำ (ขึ้นอยู่กับตัวกลาง) โมเลกุลของน้ำและไฮโดรเจนไอออน (หากตัวกลางเป็นกรด) หรือโมเลกุลของน้ำและไฮดรอกไซด์ไอออน (ถ้าตัวกลางเป็นด่าง). พิจารณากรณีของเราครึ่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน โมเลกุลของ FeS2 (สารที่ละลายได้ไม่ดี) จะถูกแปลงเป็น Fe3+ ไอออน (ไอรอนไนเตรต (II) แยกตัวออกเป็นไอออนอย่างสมบูรณ์) และซัลเฟตไอออน S042 "(การแยกตัวของ H2SO4): ตอนนี้ให้พิจารณาครึ่งปฏิกิริยาของการลดลงของไนเตรตไอออน: ถึง ทำให้ออกซิเจนเท่ากัน เพิ่มโมเลกุลของน้ำ 2 ตัวทางด้านขวา และทางซ้าย - 4 H + ไอออน: หากต้องการให้ประจุทางด้านซ้ายเท่ากัน (ประจุ +3) ให้เติมอิเล็กตรอน 3 ตัว สุดท้ายเราได้: ลดทั้งสองส่วนลง 16H + และ 8H20 เราจะได้สมการไอออนิกลดขั้นสุดท้ายของปฏิกิริยารีดอกซ์ โดยการเพิ่มจำนวนไอออน NOJ nH+ ที่สอดคล้องกันทั้งสองข้างของสมการ เราจะพบสมการโมเลกุลสำหรับปฏิกิริยา: นอกจากนี้ เราคำนึงถึงอิทธิพลของสิ่งแวดล้อมด้วยและ "โดยอัตโนมัติ" ระบุว่า H20 อยู่ทางด้านขวาของสมการ ไม่ต้องสงสัยเลยว่าวิธีนี้มีความหมายทางเคมีที่ดี วิธีสมดุลเชิงประจักษ์ สาระสำคัญของวิธีการหาสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ในสมการของ OVR คือการกำหนดสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้องใน OVR อย่างบังคับ เมื่อใช้วิธีนี้ เราทำให้ปฏิกิริยาเท่ากัน (11.1) อีกครั้ง (ด้านบนเราใช้วิธีการครึ่งปฏิกิริยากับปฏิกิริยานี้) กระบวนการรีดิวซ์อธิบายง่ายๆ: เป็นการยากกว่าที่จะร่างรูปแบบออกซิเดชันเนื่องจากองค์ประกอบสององค์ประกอบถูกออกซิไดซ์ในครั้งเดียว - Fe และ S. คุณสามารถกำหนดสถานะออกซิเดชันของ +2 ให้กับเหล็กเพื่อกำมะถัน - 1 และคำนึงถึง ว่ามีอะตอม S สองอะตอมต่อ Fe อะตอม: อย่างไรก็ตาม คุณสามารถทำได้โดยไม่ต้องกำหนดสถานะออกซิเดชันและเขียนโครงร่างที่คล้ายคลึงกัน (11.2): ด้านขวามีประจุ +15 ด้านซ้ายมีประจุ 0 ดังนั้น FeS2 จึงต้องเสียอิเล็กตรอน 15 ตัว เราเขียนสมดุลโดยรวม: เราจำเป็นต้อง "เข้าใจ" สมการสมดุลที่ได้ให้มากขึ้น - มันแสดงให้เห็นว่า 5 HN03 โมเลกุลถูกใช้เพื่อออกซิไดซ์ FeS2 และต้องใช้โมเลกุล HNO อีก 3 ตัวเพื่อสร้าง Fe(N03)j: เพื่อทำให้ไฮโดรเจนเท่ากัน และออกซิเจนในส่วนที่ถูกต้องคุณต้องเพิ่มโมเลกุล H2O 2 ตัว: วิธีสมดุลอิเล็กตรอน - ไอออนนั้นหลากหลายกว่าวิธีสมดุลอิเล็กตรอนและมีข้อได้เปรียบที่ปฏิเสธไม่ได้ในการเลือกสัมประสิทธิ์ใน OTS จำนวนมากโดยเฉพาะอย่างยิ่งด้วยการมีส่วนร่วมของ สารประกอบอินทรีย์ ซึ่งแม้แต่ขั้นตอนในการพิจารณาสถานะออกซิเดชันก็ยังซับซ้อนมาก - ตัวอย่างเช่น พิจารณากระบวนการของการเกิดออกซิเดชันของเอทิลีน ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อผ่านสารละลายโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตที่เป็นน้ำ เป็นผลให้เอทิลีนถูกออกซิไดซ์เป็นเอทิลีนไกลคอล H2O - CH2 - CH2 - OH และเปอร์แมงกาเนตจะลดลงเป็นแมงกานีสออกไซด์ (TV) นอกจากนี้ โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์จะก่อตัวทางด้านขวาตามที่เห็นได้ชัดจากสมการสมดุลสุดท้าย : หลังจากลดเงื่อนไขดังกล่าวที่จำเป็นแล้วเราเขียนสมการในรูปแบบโมเลกุลสุดท้าย * อิทธิพลของสิ่งแวดล้อมต่อธรรมชาติของการไหลของ OVR ตัวอย่าง (11.1) - (11.4) แสดงให้เห็นอย่างชัดเจนถึง "เทคนิค" ของการใช้ วิธีสมดุลอิเลคตรอน-ไอออนในกรณีของ OVR ไหลในตัวกลางที่เป็นกรดหรือด่าง ธรรมชาติของสิ่งแวดล้อมมีอิทธิพลต่อวิถีของ OVR อย่างใดอย่างหนึ่งหรืออย่างอื่น เพื่อ "สัมผัส" อิทธิพลนี้ ให้เราพิจารณาพฤติกรรมของตัวออกซิไดซ์ตัวเดียวและตัวเดียวกัน (KMnO4) ในสภาพแวดล้อมที่แตกต่างกัน ฟื้นตัวได้ถึง Mn+4 (Mn0j) และขั้นต่ำ - ในความแข็งแกร่งของครั้งสุดท้ายซึ่ง Shaiyaaapsya เพิ่มขึ้นถึง (mvnganat-nOn Mn042") อธิบายได้ดังนี้ กรดของเส้นการแยกตัวก่อให้เกิดไฮดรอกไซด์ไอออน ffjO + ซึ่งโพลาไรซ์อย่างแรง 4 "ไอออน MoOH ทำให้พันธะของแมงกานีสอ่อนตัวลงด้วยออกซิเจน (ซึ่งจะช่วยเพิ่มการทำงานของตัวรีดิวซ์) .. ในตัวกลางที่เป็นกลางผลโพลาไรซ์ของโมเลกุลของน้ำคือ c-aafep อย่างมีนัยสำคัญ >"MnO ไอออน; โพลาไรซ์น้อยกว่ามาก ในตัวกลางที่เป็นด่างอย่างแรง ไอออนของไฮดรอกไซด์ "ยิ่งทำให้พันธะ Mn-O แข็งแรงขึ้น ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ประสิทธิภาพของตัวรีดิวซ์ลดลงและ MnO^ จะรับอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียว ตัวอย่างของพฤติกรรมของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตในตัวกลางที่เป็นกลางแสดงโดยปฏิกิริยา (11.4) ให้เรายกตัวอย่างปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับ KMnOA ในตัวกลางที่เป็นกรดและด่าง

สำหรับสารแต่ละชนิดในปฏิกิริยา จะมีปริมาณของสารดังต่อไปนี้:

ปริมาณเริ่มต้นของสารที่ i (ปริมาณของสารก่อนเริ่มปฏิกิริยา);

ปริมาณสุดท้ายของสารที่ i (ปริมาณของสารที่ส่วนท้ายของปฏิกิริยา);

ปริมาณของปฏิกิริยา (สำหรับสารตั้งต้น) หรือสารที่ก่อตัว (สำหรับผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา)

เนื่องจากปริมาณของสารไม่สามารถเป็นลบได้ สำหรับสารตั้งต้น

ตั้งแต่ >.

สำหรับผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา > ดังนั้น .

อัตราส่วนปริมาณสัมพันธ์ - อัตราส่วนระหว่างปริมาณ มวลหรือปริมาตร (สำหรับก๊าซ) ของสารทำปฏิกิริยาหรือผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา คำนวณจากสมการปฏิกิริยา การคำนวณโดยใช้สมการปฏิกิริยาเป็นไปตามกฎพื้นฐานของปริมาณสัมพันธ์: อัตราส่วนของปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาหรือสารที่ก่อตัว (เป็นโมล) เท่ากับอัตราส่วนของสัมประสิทธิ์ที่สอดคล้องกันในสมการปฏิกิริยา (ค่าสัมประสิทธิ์ปริมาณสารสัมพันธ์)

สำหรับปฏิกิริยาอลูมิโนเทอร์มิกที่อธิบายโดยสมการ:

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

ปริมาณของสารที่ทำปฏิกิริยาและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยามีความสัมพันธ์กันเช่น

สำหรับการคำนวณ จะสะดวกกว่าที่จะใช้สูตรอื่นของกฎหมายนี้: อัตราส่วนของปริมาณของสารที่เกิดปฏิกิริยาหรือก่อตัวอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาต่อสัมประสิทธิ์ปริมาณสัมพันธ์ของมันคือค่าคงที่สำหรับปฏิกิริยาที่กำหนด

โดยทั่วไปแล้วสำหรับปฏิกิริยาของรูปแบบ

aA + bB = cC + dD,

โดยที่ตัวอักษรขนาดเล็กแสดงถึงสัมประสิทธิ์และตัวอักษรขนาดใหญ่แสดงถึงสารเคมี ปริมาณของสารตั้งต้นจะสัมพันธ์กันโดย:

อัตราส่วนสองพจน์ใดๆ ของอัตราส่วนนี้ ซึ่งสัมพันธ์กันด้วยความเท่าเทียมกัน ก่อให้เกิดสัดส่วนของปฏิกิริยาเคมี: ตัวอย่างเช่น

ถ้าทราบมวลของสารที่ก่อตัวหรือปฏิกิริยาของปฏิกิริยานั้นสำหรับปฏิกิริยา ก็สามารถหาปริมาณได้จากสูตร

จากนั้นใช้สัดส่วนของปฏิกิริยาเคมีจะพบสารที่เหลือของปฏิกิริยา สาร โดยมวลหรือปริมาณที่พบมวล ปริมาณ หรือปริมาตรของผู้เข้าร่วมปฏิกิริยาคนอื่นๆ ในปฏิกิริยา บางครั้งเรียกว่าสารอ้างอิง

หากให้มวลของรีเอเจนต์หลายตัว การคำนวณมวลของสารที่เหลือจะดำเนินการตามสารตัวใดตัวหนึ่งที่ขาดตลาด กล่าวคือ ถูกใช้ไปจนหมดในปฏิกิริยา ปริมาณของสารที่ตรงกับสมการปฏิกิริยาโดยไม่มีส่วนเกินหรือขาด เรียกว่า ปริมาณปริมาณสัมพันธ์

ดังนั้น ในงานที่เกี่ยวข้องกับการคำนวณปริมาณสัมพันธ์ การดำเนินการหลักคือการค้นหาสารอ้างอิงและคำนวณปริมาณที่ป้อนหรือเกิดขึ้นจากปฏิกิริยา

การคำนวณปริมาณของแข็งแต่ละชนิด

ปริมาณของแข็ง A แต่ละตัวอยู่ที่ไหน

มวลของของแข็งแต่ละตัว A, g;

มวลโมลของสาร A, g/mol

การคำนวณปริมาณแร่ธาตุธรรมชาติหรือส่วนผสมของของแข็ง

ให้แร่ไพไรต์จากธรรมชาติซึ่งมีองค์ประกอบหลักคือ FeS 2 . นอกจากนั้น องค์ประกอบของไพไรต์ยังรวมถึงสิ่งเจือปนด้วย เนื้อหาของส่วนประกอบหลักหรือสิ่งเจือปนจะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์มวล เช่น

หากทราบเนื้อหาขององค์ประกอบหลักแล้ว

หากทราบเนื้อหาของสิ่งเจือปนแล้ว

ปริมาณของสารแต่ละชนิดคือ FeS 2, mol;

มวลของแร่ไพไรต์ g.

ในทำนองเดียวกัน ปริมาณของส่วนประกอบในส่วนผสมของของแข็งจะถูกคำนวณหากทราบเนื้อหาเป็นเศษส่วนมวล

การคำนวณปริมาณสารของของเหลวบริสุทธิ์

หากทราบมวล การคำนวณจะคล้ายกับการคำนวณหาของแข็งแต่ละตัว

ถ้าทราบปริมาตรของของเหลวแล้ว

1. จงหามวลของปริมาตรของเหลวนี้:

m ฉ = วี ฉ s ฉ,

โดยที่ m W คือมวลของของเหลว g;

V W - ปริมาตรของของเหลว, มล.;

c w คือความหนาแน่นของของเหลว g/ml

2. ค้นหาจำนวนโมลของของเหลว:

เทคนิคนี้เหมาะสำหรับสถานะรวมของสสาร

กำหนดปริมาณของสาร H 2 O ในน้ำ 200 มล.

วิธีแก้ปัญหา: หากไม่ได้ระบุอุณหภูมิความหนาแน่นของน้ำจะถือว่าเท่ากับ 1 g / ml ดังนั้น:

คำนวณปริมาณตัวถูกละลายในสารละลายถ้าทราบความเข้มข้น

หากทราบเศษส่วนมวลของตัวถูกละลาย จะทราบความหนาแน่นของสารละลายและปริมาตรของตัวถูกละลาย

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

โดยที่ m p-ra คือมวลของสารละลาย g;

V p-ra - ปริมาตรของสารละลาย ml;

ด้วย r-ra - ความหนาแน่นของสารละลาย g / ml

มวลของสารที่ละลายอยู่ที่ไหน g;

เศษส่วนมวลของสารที่ละลาย แสดงเป็น%

กำหนดปริมาณของสารกรดไนตริกในสารละลายกรด 10% 500 มล. ที่มีความหนาแน่น 1.0543 ก./มล.

หามวลของสารละลาย

ม. r-ra \u003d V r-ra s r-ra \u003d 500 1.0543 \u003d 527.150 ก.

หามวลของ HNO 3 . บริสุทธิ์

กำหนดจำนวนโมลของ HNO 3

ถ้าทราบความเข้มข้นโมลาร์ของตัวถูกละลายและสารและปริมาตรของสารละลายแล้ว

ปริมาตรของสารละลายอยู่ที่ไหน l;

ความเข้มข้นของโมลของสารที่ i ในสารละลาย โมล/ลิตร

การคำนวณปริมาณของสารก๊าซแต่ละตัว

หากกำหนดมวลของสารก๊าซจะคำนวณโดยสูตร (1)

หากให้ปริมาตรที่วัดภายใต้สภาวะปกติ ตามสูตร (2) หากวัดปริมาตรของสารก๊าซภายใต้สภาวะอื่น ตามสูตร (3) สูตรจะแสดงในหน้า 6-7

ซึ่งศึกษาความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างสารที่เข้าสู่ปฏิกิริยาและก่อตัวขึ้นในระหว่างนั้น (จากภาษากรีก "stechion" - "องค์ประกอบองค์ประกอบ", "meitren" - "ฉันวัด")

ปริมาณสัมพันธ์เป็นสิ่งสำคัญที่สุดสำหรับการคำนวณวัสดุและพลังงาน โดยที่ไม่สามารถจัดระเบียบการผลิตสารเคมีใดๆ ปริมาณสัมพันธ์ทางเคมีช่วยให้คุณคำนวณปริมาณวัตถุดิบที่จำเป็นสำหรับการผลิตเฉพาะ โดยคำนึงถึงประสิทธิภาพที่ต้องการและความสูญเสียที่อาจเกิดขึ้น ไม่มีองค์กรใดที่สามารถเปิดได้โดยไม่มีการคำนวณเบื้องต้น

เกร็ดประวัติศาสตร์

คำว่า "stoichiometry" เป็นการประดิษฐ์ของนักเคมีชาวเยอรมัน Jeremy Benjamin Richter ซึ่งเสนอโดยเขาในหนังสือของเขาซึ่งมีการอธิบายแนวคิดเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของการคำนวณโดยใช้สมการทางเคมีเป็นครั้งแรก ต่อมา แนวคิดของริกเตอร์ได้รับการให้เหตุผลทางทฤษฎีกับการค้นพบกฎของอาโวกาโดร (ค.ศ. 1811) ของเก-ลุสแซก (ค.ศ. 1802) กฎความคงตัวขององค์ประกอบ (JL Proust, 1808) อัตราส่วนพหุคูณ (J. Dalton, 1803) และการพัฒนาของ ทฤษฎีอะตอมและโมเลกุล ตอนนี้กฎเหล่านี้ เช่นเดียวกับกฎของความเท่าเทียมกัน ซึ่งริกเตอร์กำหนดขึ้นเอง เรียกว่ากฎของปริมาณสัมพันธ์

แนวคิดของ "ปริมาณสัมพันธ์" ถูกนำมาใช้โดยสัมพันธ์กับทั้งสารและปฏิกิริยาเคมี

สมการปริมาณสัมพันธ์

ปฏิกิริยาปริมาณสัมพันธ์ - ปฏิกิริยาที่สารตั้งต้นโต้ตอบในอัตราส่วนที่แน่นอนและปริมาณของผลิตภัณฑ์สอดคล้องกับการคำนวณทางทฤษฎี

สมการปริมาณสัมพันธ์คือสมการที่อธิบายปฏิกิริยาปริมาณสัมพันธ์

สมการปริมาณสัมพันธ์) แสดงความสัมพันธ์เชิงปริมาณระหว่างผู้เข้าร่วมทั้งหมดในปฏิกิริยา ซึ่งแสดงเป็นโมล

ปฏิกิริยาอนินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นปริมาณสัมพันธ์ ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาต่อเนื่องกันสามปฏิกิริยาเพื่อผลิตกรดซัลฟิวริกจากกำมะถันคือปริมาณสัมพันธ์

S + O 2 → SO 2

SO 2 + ½O 2 → SO 3

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

การคำนวณโดยใช้สมการปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถกำหนดได้ว่าต้องใช้สารแต่ละชนิดมากน้อยเพียงใดเพื่อให้ได้กรดซัลฟิวริกในปริมาณที่กำหนด

ปฏิกิริยาอินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นแบบ non-stoichiometric ตัวอย่างเช่น สมการปฏิกิริยาสำหรับการแตกร้าวของอีเทนมีลักษณะดังนี้:

C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2 .

อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง ในระหว่างการทำปฏิกิริยา จะได้รับผลพลอยได้ในปริมาณที่แตกต่างกัน เช่น อะเซทิลีน มีเทน และอื่นๆ ซึ่งไม่สามารถคำนวณได้ตามทฤษฎี ปฏิกิริยาอนินทรีย์บางอย่างท้าทายการคำนวณเช่นกัน ตัวอย่างเช่น แอมโมเนียมไนเตรต:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O.

มันดำเนินไปในหลายทิศทาง ดังนั้นจึงเป็นไปไม่ได้ที่จะกำหนดว่าต้องใช้วัสดุตั้งต้นมากเพียงใดเพื่อให้ได้ไนตริกออกไซด์ (I) จำนวนหนึ่ง

ปริมาณสัมพันธ์เป็นพื้นฐานทางทฤษฎีของการผลิตสารเคมี

ปฏิกิริยาทั้งหมดที่ใช้ในหรือในการผลิตต้องเป็นปริมาณสัมพันธ์ กล่าวคือ ขึ้นอยู่กับการคำนวณที่แม่นยำ โรงงานหรือโรงงานจะทำกำไรได้หรือไม่? ปริมาณสัมพันธ์ช่วยให้คุณค้นหา

บนพื้นฐานของสมการปริมาณสัมพันธ์ สมดุลทางทฤษฎีถูกสร้างขึ้น จำเป็นต้องกำหนดว่าต้องใช้วัสดุเริ่มต้นมากเพียงใดเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ที่น่าสนใจในปริมาณที่ต้องการ นอกจากนี้ยังมีการทดลองปฏิบัติการ ซึ่งจะแสดงการใช้จริงของวัสดุตั้งต้นและผลผลิตของผลิตภัณฑ์ ความแตกต่างระหว่างการคำนวณเชิงทฤษฎีและข้อมูลเชิงปฏิบัติช่วยให้คุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตและประเมินประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจในอนาคตขององค์กรได้ การคำนวณปริมาณสัมพันธ์ยังทำให้สามารถรวบรวมสมดุลความร้อนของกระบวนการเพื่อเลือกอุปกรณ์ กำหนดมวลของผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่เกิดขึ้นซึ่งจะต้องถูกกำจัดออก และอื่นๆ

สารสัมพันธ์

ตามกฎความคงตัวขององค์ประกอบที่เสนอโดย J.L. Proust สารเคมีใด ๆ มีองค์ประกอบคงที่โดยไม่คำนึงถึงวิธีการเตรียม ซึ่งหมายความว่า ตัวอย่างเช่น ในโมเลกุลของกรดซัลฟิวริก H 2 SO 4 โดยไม่คำนึงถึงวิธีการที่ได้รับ จะมีอะตอมของกำมะถันหนึ่งอะตอมและออกซิเจนสี่อะตอมต่อไฮโดรเจนสองอะตอมเสมอ สารทั้งหมดที่มีโครงสร้างโมเลกุลเป็นปริมาณสัมพันธ์

อย่างไรก็ตาม สารมีอยู่ทั่วไปในธรรมชาติ ซึ่งองค์ประกอบอาจแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับวิธีการเตรียมหรือแหล่งที่มา ส่วนใหญ่เป็นสารที่เป็นผลึก เราอาจกล่าวได้ว่าสำหรับของแข็ง ปริมาณสัมพันธ์เป็นข้อยกเว้นมากกว่ากฎ

ตัวอย่างเช่น พิจารณาองค์ประกอบของไททาเนียมคาร์ไบด์และออกไซด์ที่ได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดี ในไททาเนียมออกไซด์ TiO x X=0.7-1.3 นั่นคือตั้งแต่ 0.7 ถึง 1.3 อะตอมออกซิเจนต่ออะตอมของไททาเนียมในคาร์ไบด์ TiC x X=0.6-1.0

ลักษณะที่ไม่ใช่สโตอิชิโอเมตริกของของแข็งอธิบายโดยข้อบกพร่องคั่นระหว่างหน้าที่โหนดของตาข่ายคริสตัลหรือในทางกลับกันโดยการปรากฏตัวของตำแหน่งงานว่างที่โหนด สารดังกล่าวรวมถึงออกไซด์ ซิลิไซด์ บอไรด์ คาร์ไบด์ ฟอสไฟด์ ไนไตรด์ และสารอนินทรีย์อื่นๆ รวมทั้งสารอินทรีย์โมเลกุลสูง

และถึงแม้ว่าหลักฐานการมีอยู่ของสารประกอบที่มีองค์ประกอบตัวแปรถูกนำเสนอโดย I.S. Kurnakov ในช่วงต้นศตวรรษที่ 20 เท่านั้น แต่สารดังกล่าวมักถูกเรียกว่า berthollides ตามชื่อของนักวิทยาศาสตร์ K.L. Berthollet ผู้แนะนำว่าองค์ประกอบของสารใด ๆ ที่เปลี่ยนแปลงไป