ปฏิกิริยาของสารประกอบมีดังนี้ เคมีทั่วไปเบื้องต้น
ปฏิกิริยาเคมี- นี่คือ "การเปลี่ยนแปลง" ของสารตั้งแต่หนึ่งชนิดขึ้นไปไปเป็นสารอื่นโดยมีโครงสร้างและองค์ประกอบทางเคมีต่างกัน สารหรือสารที่เกิดขึ้นเรียกว่า "ผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา" ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี นิวเคลียสและอิเล็กตรอนจะก่อตัวเป็นสารประกอบใหม่ (กระจายตัวใหม่) แต่ปริมาณของมันจะไม่เปลี่ยนแปลงและองค์ประกอบไอโซโทปขององค์ประกอบทางเคมียังคงเหมือนเดิม
ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดแบ่งออกเป็นแบบง่ายและซับซ้อน
ขึ้นอยู่กับจำนวนและองค์ประกอบของสารเริ่มต้นและผลลัพธ์ ปฏิกิริยาเคมีอย่างง่ายสามารถแบ่งออกได้เป็นหลายประเภทหลัก
ปฏิกิริยาการสลายตัวเป็นปฏิกิริยาที่ได้สารอื่น ๆ หลายชนิดจากสารที่ซับซ้อนชนิดเดียว ในเวลาเดียวกัน สารที่เกิดขึ้นอาจมีทั้งแบบง่ายและซับซ้อน ตามกฎแล้ว เพื่อให้เกิดปฏิกิริยาการสลายตัวทางเคมี จำเป็นต้องมีความร้อน (นี่คือกระบวนการดูดความร้อน การดูดซับความร้อน)
ตัวอย่างเช่น เมื่อให้ความร้อนผงมาลาไคต์ จะเกิดสารใหม่สามชนิด: คอปเปอร์ออกไซด์ น้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์:
ลูกบาศ์ก 2 CH 2 O 5 = 2CuO + H 2 O + CO 2
มาลาไคต์ → คอปเปอร์ออกไซด์ + น้ำ + คาร์บอนไดออกไซด์
หากเพียงปฏิกิริยาการสลายตัวเกิดขึ้นในธรรมชาติ สารเชิงซ้อนทั้งหมดที่สามารถสลายตัวได้ก็จะสลายตัวและปรากฏการณ์ทางเคมีจะไม่เกิดขึ้นอีกต่อไป แต่มีปฏิกิริยาอื่น ๆ
ในปฏิกิริยาผสม สารเชิงเดี่ยวหรือเชิงซ้อนหลายชนิดจะผลิตสารเชิงซ้อนตัวเดียว ปรากฎว่าปฏิกิริยาของสารประกอบเป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับปฏิกิริยาการสลายตัว
ตัวอย่างเช่น เมื่อทองแดงถูกทำให้ร้อนในอากาศ ทองแดงก็จะถูกเคลือบด้วยสีดำ ทองแดงถูกแปลงเป็นคอปเปอร์ออกไซด์:
2Cu + O 2 = 2CuO
ทองแดง + ออกซิเจน → คอปเปอร์ออกไซด์
ปฏิกิริยาเคมีระหว่างสารเชิงเดี่ยวและสารเชิงซ้อน ซึ่งอะตอมที่ประกอบเป็นสารเชิงเดี่ยวจะเข้ามาแทนที่อะตอมขององค์ประกอบใดองค์ประกอบหนึ่งของสารเชิงซ้อน เรียกว่า ปฏิกิริยาการทดแทน
ตัวอย่างเช่น หากคุณจุ่มตะปูเหล็กลงในสารละลายคอปเปอร์คลอไรด์ (CuCl 2) ตะปูนั้น (ตะปู) จะเริ่มถูกปกคลุมไปด้วยทองแดงที่ปล่อยออกมาบนพื้นผิว และเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา สารละลายจะเปลี่ยนจากสีน้ำเงินเป็นสีเขียว แทนที่จะเป็นคอปเปอร์คลอไรด์ ตอนนี้กลับมีเฟอร์ริกคลอไรด์:
เฟ + CuCl 2 = Cu + FeCl 2
เหล็ก + คอปเปอร์คลอไรด์ → คอปเปอร์ + เฟอร์ริกคลอไรด์
อะตอมของทองแดงในคอปเปอร์คลอไรด์ถูกแทนที่ด้วยอะตอมของเหล็ก
ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยนคือปฏิกิริยาที่สารเชิงซ้อนสองชนิดแลกเปลี่ยนส่วนที่เป็นส่วนประกอบกัน บ่อยครั้งที่ปฏิกิริยาดังกล่าวเกิดขึ้นในสารละลายที่เป็นน้ำ
ในปฏิกิริยาของโลหะออกไซด์กับกรด สารเชิงซ้อนสองชนิด ได้แก่ ออกไซด์และกรด จะแลกเปลี่ยนส่วนที่เป็นส่วนประกอบ ได้แก่ อะตอมออกซิเจนสำหรับกรดที่ตกค้าง และอะตอมไฮโดรเจนสำหรับอะตอมของโลหะ
ตัวอย่างเช่นหากคอปเปอร์ออกไซด์ (CuO) รวมกับกรดซัลฟิวริก H 2 SO 4 และถูกให้ความร้อนจะได้สารละลายที่สามารถแยกคอปเปอร์ซัลเฟตได้:
CuO + H 2 SO 4 = CuSO 4 + H 2 O
คอปเปอร์ออกไซด์ + กรดซัลฟิวริก → คอปเปอร์ซัลเฟต + น้ำ
blog.site เมื่อคัดลอกเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วน จำเป็นต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มาดั้งเดิม
7.1. ปฏิกิริยาเคมีประเภทพื้นฐาน
การเปลี่ยนแปลงของสารพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบและคุณสมบัติของสารนั้นเรียกว่าปฏิกิริยาเคมีหรือปฏิกิริยาทางเคมี ในระหว่างปฏิกิริยาเคมี องค์ประกอบของนิวเคลียสของอะตอมจะไม่เปลี่ยนแปลง
ปรากฏการณ์ที่รูปร่างหรือสถานะทางกายภาพของสารเปลี่ยนแปลงหรือองค์ประกอบของการเปลี่ยนแปลงนิวเคลียสของอะตอมเรียกว่าทางกายภาพ ตัวอย่างของปรากฏการณ์ทางกายภาพคือการบำบัดความร้อนของโลหะในระหว่างที่รูปร่างของพวกมันเปลี่ยนแปลง (การปลอมแปลง) การหลอมของโลหะ การระเหิดของไอโอดีน การเปลี่ยนน้ำเป็นน้ำแข็งหรือไอน้ำ ฯลฯ รวมถึงปฏิกิริยานิวเคลียร์ อันเป็นผลมาจากการที่อะตอมถูกสร้างขึ้นจากอะตอมของธาตุบางชนิดธาตุอื่น ๆ
ปรากฏการณ์ทางเคมีอาจมาพร้อมกับการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพ ตัวอย่างเช่น เนื่องจากปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นในเซลล์กัลวานิก กระแสไฟฟ้าจึงเกิดขึ้น
ปฏิกิริยาเคมีจำแนกตามเกณฑ์ต่างๆ
1. ตามสัญญาณของผลกระทบทางความร้อน ปฏิกิริยาทั้งหมดจะถูกแบ่งออกเป็น ดูดความร้อน(ดำเนินการดูดซับความร้อน) และ คายความร้อน(ไหลออกมาพร้อมกับการปล่อยความร้อน) (ดูมาตรา 6.1)
2. ขึ้นอยู่กับสถานะของการรวมตัวของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา พวกมันมีความโดดเด่น:
ปฏิกิริยาที่เป็นเนื้อเดียวกันโดยที่สารทั้งหมดอยู่ในเฟสเดียวกัน:
2 KOH (p-p) + H 2 SO 4 (p-p) = K 2 SO (p-p) + 2 H 2 O (l)
CO (g) + Cl 2 (g) = COCl 2 (g)
SiO 2(k) + 2 Mg (k) = Si (k) + 2 MgO (k)
ปฏิกิริยาที่ต่างกัน, สารที่อยู่ในระยะต่างๆ:
CaO (k) + CO 2 (g) = CaCO 3 (k)
CuSO 4 (สารละลาย) + 2 NaOH (สารละลาย) = Cu(OH) 2 (k) + Na 2 SO 4 (สารละลาย)
นา 2 SO 3 (สารละลาย) + 2HCl (สารละลาย) = 2 NaCl (สารละลาย) + SO 2 (g) + H 2 O (l)
3. พวกเขาแยกแยะตามความสามารถในการไหลในทิศทางไปข้างหน้าเท่านั้นเช่นเดียวกับในทิศทางไปข้างหน้าและย้อนกลับ กลับไม่ได้และ ย้อนกลับได้ปฏิกิริยาเคมี (ดู§ 6.5)
4. ขึ้นอยู่กับการมีหรือไม่มีตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวเร่งปฏิกิริยาและ ไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยาปฏิกิริยา (ดู§ 6.5)
5. ตามกลไกการเกิดปฏิกิริยาเคมีแบ่งออกเป็น อิออน, หัวรุนแรงเป็นต้น (จะกล่าวถึงกลไกของปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นกับสารประกอบอินทรีย์ในรายวิชาเคมีอินทรีย์)
6. ตามสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่รวมอยู่ในองค์ประกอบของสารที่ทำปฏิกิริยาปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น โดยไม่ต้องเปลี่ยนสถานะออกซิเดชันอะตอมและด้วยการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของอะตอม ( ปฏิกิริยารีดอกซ์) (ดูมาตรา 7.2)
7. ปฏิกิริยาแตกต่างไปตามการเปลี่ยนแปลงองค์ประกอบของสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยา การเชื่อมต่อ การสลายตัว การทดแทน และการแลกเปลี่ยน. ปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถเกิดขึ้นได้ทั้งที่มีและไม่มีการเปลี่ยนแปลงในสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ ตาราง 1 . 7.1.
ตารางที่ 7.1
ประเภทของปฏิกิริยาเคมี
โครงการทั่วไป |
ตัวอย่างปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นโดยไม่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบ |
ตัวอย่างของปฏิกิริยารีดอกซ์ |
|
การเชื่อมต่อ (สารใหม่หนึ่งชนิดเกิดขึ้นจากสารตั้งแต่สองชนิดขึ้นไป) |
HCl + NH 3 = NH 4 Cl; ดังนั้น 3 + H 2 O = H 2 ดังนั้น 4 |
H 2 + Cl 2 = 2HCl; 2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3 |
|
การสลายตัว (สารใหม่หลายชนิดเกิดขึ้นจากสารเดียว) |
ก = ข + ค + ง |
มก.CO 3 MgO + CO 2; เอช 2 SiO 3 SiO 2 + H 2 O |
2AgNO 3 2Ag + 2NO 2 + O 2 |
การทดแทน (เมื่อสารมีปฏิกิริยาโต้ตอบ อะตอมของสารหนึ่งจะเข้ามาแทนที่อะตอมของสารอื่นในโมเลกุล) |
A + BC = AB + C |
CaCO 3 + SiO 2 CaSiO 3 + CO 2 |
Pb(หมายเลข 3) 2 + Zn = มก. + 2HCl = MgCl 2 + H 2 |
|
(สารทั้งสองแลกเปลี่ยนส่วนที่เป็นส่วนประกอบเกิดเป็นสารใหม่สองชนิด) |
AB + ซีดี = โฆษณา + CB |
อัลCl 3 + 3NaOH = Ca(OH) 2 + 2HCl = CaCl 2 + 2H 2 O |
7.2. ปฏิกิริยารีดอกซ์
ดังที่ได้กล่าวไปแล้ว ปฏิกิริยาเคมีทั้งหมดแบ่งออกเป็นสองกลุ่ม:
ปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่ประกอบเป็นสารตั้งต้นเรียกว่าปฏิกิริยารีดอกซ์
ออกซิเดชันเป็นกระบวนการให้อิเล็กตรอนโดยอะตอม โมเลกุล หรือไอออน
นา โอ – 1e = นา + ;
เฟ 2+ – อี = เฟ 3+ ;
ชม 2 โอ – 2e = 2H + ;
2 ห้องนอน – – 2e = Br 2 o
การกู้คืนเป็นกระบวนการเติมอิเล็กตรอนให้กับอะตอม โมเลกุล หรือไอออน:
ส โอ + 2e = ส 2– ;
Cr 3+ + อี = Cr 2+ ;
Cl 2 o + 2e = 2Cl – ;
Mn 7+ + 5e = Mn 2+ .
อะตอม โมเลกุล หรือไอออนที่รับอิเล็กตรอนเรียกว่า สารออกซิไดซ์. ผู้ฟื้นฟูคืออะตอม โมเลกุล หรือไอออนที่บริจาคอิเล็กตรอน
เมื่อรับอิเล็กตรอน สารออกซิไดซ์จะลดลงในระหว่างการทำปฏิกิริยา และสารรีดิวซ์จะถูกออกซิไดซ์ ออกซิเดชันจะมาพร้อมกับการรีดักชันเสมอและในทางกลับกัน ดังนั้น, จำนวนอิเล็กตรอนที่ให้โดยตัวรีดิวซ์จะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวออกซิไดซ์ยอมรับเสมอ.
7.2.1. สถานะออกซิเดชัน
สถานะออกซิเดชันคือประจุที่มีเงื่อนไข (เป็นทางการ) ของอะตอมในสารประกอบ ซึ่งคำนวณภายใต้สมมติฐานที่ว่ามันประกอบด้วยไอออนเท่านั้น สถานะออกซิเดชันมักจะแสดงด้วยเลขอารบิคเหนือสัญลักษณ์องค์ประกอบโดยมีเครื่องหมาย “+” หรือ “–” ตัวอย่างเช่น อัล 3+, S 2–
ในการค้นหาสถานะออกซิเดชัน จะใช้กฎต่อไปนี้:
สถานะออกซิเดชันของอะตอมในสารอย่างง่ายคือศูนย์
ผลรวมเชิงพีชคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมในโมเลกุลเท่ากับศูนย์ในไอออนเชิงซ้อน - ประจุของไอออน
สถานะออกซิเดชันของอะตอมโลหะอัลคาไลคือ +1 เสมอ
อะตอมไฮโดรเจนในสารประกอบที่ไม่ใช่โลหะ (CH 4, NH 3 ฯลฯ ) มีสถานะออกซิเดชันที่ +1 และสำหรับโลหะที่ใช้งานอยู่ สถานะออกซิเดชันคือ –1 (NaH, CaH 2 ฯลฯ );
อะตอมของฟลูออรีนในสารประกอบจะมีสถานะออกซิเดชันที่ –1 เสมอ
สถานะออกซิเดชันของอะตอมออกซิเจนในสารประกอบมักจะอยู่ที่ –2 ยกเว้นเปอร์ออกไซด์ (H 2 O 2, Na 2 O 2) ซึ่งสถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ –1 และสารอื่นๆ บางชนิด (ซูเปอร์ออกไซด์ โอโซน ออกซิเจน ฟลูออไรด์)
สถานะออกซิเดชันเชิงบวกสูงสุดขององค์ประกอบในกลุ่มมักจะเท่ากับหมายเลขกลุ่ม ข้อยกเว้นคือฟลูออรีนและออกซิเจน เนื่องจากสถานะออกซิเดชันสูงสุดนั้นต่ำกว่าจำนวนหมู่ที่พบ องค์ประกอบของกลุ่มย่อยทองแดงก่อตัวเป็นสารประกอบซึ่งมีสถานะออกซิเดชันเกินจำนวนกลุ่ม (CuO, AgF 5, AuCl 3)
สถานะออกซิเดชันเชิงลบสูงสุดขององค์ประกอบที่อยู่ในกลุ่มย่อยหลักของตารางธาตุสามารถกำหนดได้โดยการลบหมายเลขกลุ่มออกจากแปด สำหรับคาร์บอนคือ 8 – 4 = 4 สำหรับฟอสฟอรัส – 8 – 5 = 3
ในกลุ่มย่อยหลักเมื่อย้ายจากองค์ประกอบจากบนลงล่างความเสถียรของสถานะออกซิเดชันเชิงบวกสูงสุดจะลดลง ในกลุ่มย่อยรองในทางกลับกันจากบนลงล่างความเสถียรของสถานะออกซิเดชันที่สูงกว่าจะเพิ่มขึ้น
ความธรรมดาของแนวคิดเรื่องสถานะออกซิเดชันสามารถแสดงให้เห็นได้โดยใช้ตัวอย่างของสารประกอบอนินทรีย์และอินทรีย์บางชนิด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรดฟอสฟินิก (ฟอสฟอรัส) H 3 PO 2, ฟอสโฟนิก (ฟอสฟอรัส) H 3 PO 3 และกรดฟอสฟอริก H 3 PO 4 สถานะออกซิเดชันของฟอสฟอรัสคือ +1, +3 และ +5 ตามลำดับในขณะที่อยู่ในสารประกอบเหล่านี้ทั้งหมด ฟอสฟอรัสเป็นเพนตะวาเลนต์ สำหรับคาร์บอนในมีเทน CH 4 เมทานอล CH 3 OH ฟอร์มาลดีไฮด์ CH 2 O กรดฟอร์มิก HCOOH และคาร์บอนมอนอกไซด์ (IV) CO 2 สถานะออกซิเดชันของคาร์บอนคือ –4, –2, 0, +2 และ +4 ตามลำดับ ในขณะที่วาเลนซีของอะตอมคาร์บอนในสารประกอบเหล่านี้ทั้งหมดคือสี่
แม้ว่าสถานะออกซิเดชันจะเป็นแนวคิดทั่วไป แต่ก็มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการเขียนปฏิกิริยารีดอกซ์
7.2.2. สารออกซิไดซ์และรีดิวซ์ที่สำคัญที่สุด
สารออกซิไดซ์ทั่วไปคือ:
1. สารธรรมดาที่อะตอมมีอิเล็กโทรเนกาติวีตี้สูง ประการแรกคือองค์ประกอบของกลุ่มย่อยหลัก VI และ VII ของกลุ่มตารางธาตุ: ออกซิเจน, ฮาโลเจน ในบรรดาสารธรรมดา สารออกซิไดซ์ที่ทรงพลังที่สุดคือฟลูออรีน
2. สารประกอบที่มีไอออนบวกของโลหะบางชนิดในสถานะออกซิเดชันสูง: Pb 4+, Fe 3+, Au 3+ เป็นต้น
3. สารประกอบที่มีไอออนเชิงซ้อนซึ่งมีองค์ประกอบอยู่ในสถานะออกซิเดชันเชิงบวกสูง: 2–, – เป็นต้น
สารรีดิวซ์ได้แก่:
1. สารธรรมดาที่อะตอมมีอิเล็กโตรเนกาติวีตี้ต่ำคือโลหะแอคทีฟ อโลหะ เช่น ไฮโดรเจนและคาร์บอน ก็สามารถแสดงคุณสมบัติรีดิวซ์ได้เช่นกัน
2. สารประกอบโลหะบางชนิดที่มีไอออนบวก (Sn 2+, Fe 2+, Cr 2+) ซึ่งโดยการบริจาคอิเล็กตรอนจะสามารถเพิ่มสถานะออกซิเดชันได้
3. สารประกอบบางชนิดที่มีไอออนเชิงเดี่ยว เช่น I – , S 2– .
4. สารประกอบที่มีไอออนเชิงซ้อน (S 4+ O 3) 2–, (НР 3+ O 3) 2– ซึ่งองค์ประกอบสามารถเพิ่มสถานะออกซิเดชันเชิงบวกได้โดยการบริจาคอิเล็กตรอน
ในห้องปฏิบัติการมักใช้สารออกซิไดซ์ต่อไปนี้:
โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO 4);
โพแทสเซียมไดโครเมต (K 2 Cr 2 O 7);
กรดไนตริก (HNO 3);
กรดซัลฟิวริกเข้มข้น (H 2 SO 4)
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H 2 O 2);
ออกไซด์ของแมงกานีส (IV) และตะกั่ว (IV) (MnO 2, PbO 2);
โพแทสเซียมไนเตรตหลอมเหลว (KNO 3) และไนเตรตอื่น ๆ บางส่วนละลาย
สารรีดิวซ์ที่ใช้ในการฝึกปฏิบัติในห้องปฏิบัติการ ได้แก่:
- แมกนีเซียม (Mg) อลูมิเนียม (Al) และโลหะออกฤทธิ์อื่น ๆ
- ไฮโดรเจน (H 2) และคาร์บอน (C);
- โพแทสเซียมไอโอไดด์ (KI);
- โซเดียมซัลไฟด์ (Na 2 S) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H 2 S);
- โซเดียมซัลไฟต์ (นา 2 SO 3);
- ดีบุกคลอไรด์ (SnCl 2)
7.2.3. การจำแนกประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์
ปฏิกิริยารีดอกซ์มักจะแบ่งออกเป็นสามประเภท: ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล, ปฏิกิริยาภายในโมเลกุล และปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วน (การออกซิเดชันในตัวเอง-การลดตัวเอง)
ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุลเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่พบในโมเลกุลต่างๆ ตัวอย่างเช่น:
2 อัล + เฟ 2 โอ 3 อัล 2 โอ 3 + 2 เฟ
C + 4 HNO 3(conc) = CO 2 + 4 NO 2 + 2 H 2 O.
ถึง ปฏิกิริยาภายในโมเลกุลปฏิกิริยาเหล่านี้เป็นปฏิกิริยาที่ตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์เป็นส่วนหนึ่งของโมเลกุลเดียวกัน ตัวอย่างเช่น
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4 H 2 O,
2 นอ 3 2 นอ 2 + โอ 2 .
ใน ปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วน(self-oxidation-self-reduction) อะตอม (ไอออน) ของธาตุชนิดเดียวกันนั้นเป็นทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์:
Cl 2 + 2 KOH KCl + KClO + H 2 O,
2 NO 2 + 2 NaOH = นาโน 2 + นาโน 3 + H 2 O
7.2.4. กฎพื้นฐานสำหรับการเขียนปฏิกิริยารีดอกซ์
องค์ประกอบของปฏิกิริยารีดอกซ์ดำเนินการตามขั้นตอนที่แสดงในตาราง 1 7.2.
ตารางที่ 7.2
ขั้นตอนการรวบรวมสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์
การกระทำ |
|
กำหนดสารออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ |
|
ระบุผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยารีดอกซ์ |
|
สร้างสมดุลของอิเล็กตรอนและใช้เพื่อกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ของสารที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน |
|
จัดเรียงสัมประสิทธิ์สำหรับสารอื่นๆ ที่มีส่วนร่วมและเกิดขึ้นในปฏิกิริยารีดอกซ์ |
|
ตรวจสอบความถูกต้องของค่าสัมประสิทธิ์โดยการนับปริมาณสสารของอะตอม (โดยปกติคือไฮโดรเจนและออกซิเจน) ที่อยู่ทางด้านซ้ายและด้านขวาของสมการปฏิกิริยา |
พิจารณากฎสำหรับการเขียนปฏิกิริยารีดอกซ์โดยใช้ตัวอย่างปฏิกิริยาของโพแทสเซียมซัลไฟต์กับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด:
1. การหาปริมาณสารออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์
แมงกานีสซึ่งอยู่ในสถานะออกซิเดชันสูงสุดไม่สามารถให้อิเล็กตรอนได้ Mn 7+ จะรับอิเล็กตรอน เช่น เป็นสารออกซิไดซ์
ไอออน S 4+ สามารถบริจาคอิเล็กตรอนสองตัวและเข้าไปใน S 6+ ได้ กล่าวคือ เป็นตัวรีดิวซ์ ดังนั้นในปฏิกิริยาที่พิจารณา K 2 SO 3 เป็นตัวรีดิวซ์และ KMnO 4 เป็นตัวออกซิไดซ์
2. การจัดตั้งผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา
K2SO3 + KMnO4 + H2SO4?
โดยการบริจาคอิเล็กตรอนสองตัวให้กับอิเล็กตรอน S 4+ จะกลายเป็น S 6+ โพแทสเซียมซัลไฟต์ (K 2 SO 3) จึงเปลี่ยนเป็นซัลเฟต (K 2 SO 4) ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด Mn 7+ จะรับอิเล็กตรอน 5 ตัวและในสารละลายของกรดซัลฟิวริก (ตัวกลาง) จะทำให้เกิดแมงกานีสซัลเฟต (MnSO 4) จากปฏิกิริยานี้ทำให้เกิดโมเลกุลโพแทสเซียมซัลเฟตเพิ่มเติม (เนื่องจากโพแทสเซียมไอออนที่รวมอยู่ในเปอร์แมงกาเนต) เช่นเดียวกับโมเลกุลของน้ำ ดังนั้นปฏิกิริยาที่พิจารณาจะถูกเขียนเป็น:
K 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O
3. รวบรวมสมดุลของอิเล็กตรอน
ในการรวบรวมสมดุลของอิเล็กตรอน จำเป็นต้องระบุสถานะออกซิเดชันที่เปลี่ยนแปลงในปฏิกิริยาที่กำลังพิจารณา:
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
Mn 7+ + 5 e = Mn 2+ ;
ส 4+ – 2 อี = ส 6+
จำนวนอิเล็กตรอนที่ให้โดยตัวรีดิวซ์จะต้องเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวออกซิไดซ์ยอมรับ ดังนั้น Mn 7+ สองตัวและ S 4+ ห้าตัวจะต้องมีส่วนร่วมในการเกิดปฏิกิริยา:
Mn 7+ + 5 e = Mn 2+ 2
ส 4+ – 2 อี = ส 6+ 5
ดังนั้นจำนวนอิเล็กตรอนที่ให้โดยตัวรีดิวซ์ (10) จะเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวออกซิไดซ์ยอมรับ (10)
4. การจัดเรียงสัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยา
ตามความสมดุลของอิเล็กตรอนจำเป็นต้องใส่ค่าสัมประสิทธิ์ 5 หน้า K 2 SO 3 และ 2 หน้า KMnO 4 ทางด้านขวาหน้าโพแทสเซียมซัลเฟตเราตั้งค่าสัมประสิทธิ์เป็น 6 เนื่องจากหนึ่งโมเลกุลถูกเติมลงในห้าโมเลกุลของ K 2 SO 4 ที่เกิดขึ้นระหว่างการออกซิเดชันของโพแทสเซียมซัลไฟต์ K 2 SO 4 อันเป็นผลมาจากการจับตัวของโพแทสเซียมไอออนที่รวมอยู่ในเปอร์แมงกาเนต เนื่องจากปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับ สองโมเลกุลของเปอร์แมงกาเนตทางด้านขวาก็เกิดขึ้นเช่นกัน สองโมเลกุลแมงกานีสซัลเฟต ในการผูกมัดผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา (ไอออนโพแทสเซียมและแมงกานีสที่รวมอยู่ในเปอร์แมงกาเนต) เป็นสิ่งจำเป็น สามโมเลกุลของกรดซัลฟิวริก ดังนั้นผลของปฏิกิริยาจึงทำให้ สามโมเลกุลของน้ำ ในที่สุดเราก็ได้รับ:
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. การตรวจสอบความถูกต้องของสัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยา
จำนวนอะตอมออกซิเจนทางด้านซ้ายของสมการปฏิกิริยาคือ:
5 3 + 2 4 + 3 4 = 35.
ทางด้านขวาหมายเลขนี้จะเป็น:
6 4 + 2 4 + 3 1 = 35.
จำนวนอะตอมไฮโดรเจนทางด้านซ้ายของสมการปฏิกิริยาคือ 6 และสอดคล้องกับจำนวนอะตอมเหล่านี้ทางด้านขวาของสมการปฏิกิริยา
7.2.5. ตัวอย่างของปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ทั่วไป
7.2.5.1. ปฏิกิริยารีดักชันระหว่างออกซิเดชันระหว่างโมเลกุล
ด้านล่างนี้เป็นตัวอย่าง เราจะพิจารณาปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต โพแทสเซียมไดโครเมต ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ โพแทสเซียมไนไตรท์ โพแทสเซียมไอโอไดด์ และโพแทสเซียมซัลไฟด์ ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ทั่วไปอื่นๆ จะกล่าวถึงในส่วนที่สองของคู่มือ (“เคมีอนินทรีย์”)
ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต
ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม (กรด, เป็นกลาง, อัลคาไลน์), โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต, ทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์, ให้ผลิตภัณฑ์รีดิวซ์ต่างๆ, รูปที่. 7.1.
ข้าว. 7.1. การสร้างผลิตภัณฑ์ลดโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตในอาหารเลี้ยงเชื้อต่างๆ
ด้านล่างนี้คือปฏิกิริยาของ KMnO 4 กับโพแทสเซียมซัลไฟด์ในฐานะตัวรีดิวซ์ในสภาพแวดล้อมต่างๆ ซึ่งแสดงโครงร่าง รูปที่ 1 7.1. ในปฏิกิริยาเหล่านี้ผลิตภัณฑ์ของซัลไฟด์ไอออนออกซิเดชันคือกำมะถันอิสระ ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง โมเลกุล KOH จะไม่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา แต่เพียงกำหนดผลคูณของการลดลงของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตเท่านั้น
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 เกาะ
K 2 S + 2 KMnO 4 – (เกาะ) 2 K 2 MnO 4 + ส.
ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับโพแทสเซียมไดโครเมต
ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด โพแทสเซียมไดโครเมตเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง ส่วนผสมของ K 2 Cr 2 O 7 และ H 2 SO 4 (โครเมียม) เข้มข้นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในห้องปฏิบัติการในฐานะสารออกซิไดซ์ เมื่อทำปฏิกิริยากับสารรีดิวซ์ โพแทสเซียมไดโครเมตหนึ่งโมเลกุลจะรับอิเล็กตรอน 6 ตัว ทำให้เกิดสารประกอบโครเมียมไตรวาเลนท์:
6 FeSO 4 +K 2 Cr 2 O 7 +7 H 2 SO 4 = 3 เฟ 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 ฉัน 2 + Cr 2 (SO 4) 3 + 4 K 2 SO 4 + 7 H 2 O
ปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และโพแทสเซียมไนไตรท์
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และโพแทสเซียมไนไตรท์มีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์เป็นส่วนใหญ่:
ชม 2 ส + ชม 2 O 2 = ส + 2 ชม 2 O,
2 KI + 2 KNO 2 + 2 H 2 SO 4 = ฉัน 2 + 2 K 2 SO 4 + H 2 O,
อย่างไรก็ตาม เมื่อทำปฏิกิริยากับสารออกซิไดซ์ที่แรง (เช่น KMnO 4) ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์และโพแทสเซียมไนไตรท์จะทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์:
5 H 2 O 2 + 2 KMnO 4 + 3 H 2 SO 4 = 5 O 2 + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 8 H 2 O,
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
ควรสังเกตว่าไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ลดลงตามรูปแบบรูปที่ 1 ขึ้นอยู่กับสภาพแวดล้อม 7.2.
ข้าว. 7.2. ผลิตภัณฑ์ลดไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่เป็นไปได้
ในกรณีนี้น้ำหรือไฮดรอกไซด์ไอออนจะเกิดขึ้นจากปฏิกิริยา:
2 FeSO 4 + H 2 O 2 + H 2 SO 4 = เฟ 2 (SO 4) 3 + 2 H 2 O,
2 KI + H 2 O 2 = ฉัน 2 + 2 KOH
7.2.5.2. ปฏิกิริยารีดิวซ์ออกซิเดชันภายในโมเลกุล
ปฏิกิริยารีดอกซ์ภายในโมเลกุลมักเกิดขึ้นเมื่อสารที่มีโมเลกุลประกอบด้วยตัวรีดิวซ์และตัวออกซิไดซ์ได้รับความร้อน ตัวอย่างของปฏิกิริยารีดักชัน-ออกซิเดชันภายในโมเลกุลคือกระบวนการสลายตัวด้วยความร้อนของไนเตรตและโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต:
2 นาโน 3 2 นาโน 2 + O 2,
2 ลูกบาศ์ก(NO 3) 2 2 CuO + 4 NO 2 + O 2,
ปรอท(NO 3) 2 Hg + NO 2 + O 2,
2 KMnO 4 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
7.2.5.3. ปฏิกิริยาการไม่สมส่วน
ตามที่ระบุไว้ข้างต้น ในปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วน อะตอม (ไอออน) เดียวกันนั้นเป็นทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ ให้เราพิจารณากระบวนการสร้างปฏิกิริยาประเภทนี้โดยใช้ตัวอย่างปฏิกิริยาของซัลเฟอร์กับอัลคาไล
สถานะออกซิเดชันลักษณะของซัลเฟอร์: – 2, 0, +4 และ +6 ธาตุกำมะถันทำหน้าที่เป็นตัวรีดิวซ์ โดยให้อิเล็กตรอน 4 ตัว:
ดังนั้น – 4e = ส 4+
กำมะถัน – ตัวออกซิไดซ์รับอิเล็กตรอนสองตัว:
ส โอ + 2е = ส 2– .
ดังนั้นจากปฏิกิริยาของความไม่สมส่วนของกำมะถันจึงเกิดสารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบเป็น – 2 และขวา +4:
3 S + 6 KOH = 2 K 2 S + K 2 SO 3 + 3 H 2 O
เมื่อไนโตรเจนออกไซด์ (IV) ไม่สมส่วนในอัลคาไลจะได้ไนไตรต์และไนเตรต - สารประกอบที่สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนคือ +3 และ +5 ตามลำดับ:
2 N 4+ O 2 + 2 KOH = KN 3+ O 2 + KN 5+ O 3 + H 2 O,
สัดส่วนของคลอรีนในสารละลายอัลคาไลเย็นทำให้เกิดไฮโปคลอไรต์และในสารละลายอัลคาไลร้อน - คลอเรต:
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. กระแสไฟฟ้า
กระบวนการรีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในสารละลายหรือการหลอมละลายเมื่อมีกระแสไฟฟ้าตรงผ่านเข้าไป เรียกว่า อิเล็กโทรไลซิส ในกรณีนี้ การเกิดออกซิเดชันของประจุลบจะเกิดขึ้นที่ขั้วบวก (ขั้วบวก) แคตไอออนจะลดลงที่ขั้วลบ (แคโทด)
2 นา 2 CO 3 4 นา + O 2 + 2CO 2 .
ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายน้ำของอิเล็กโทรไลต์พร้อมกับการเปลี่ยนแปลงของสารที่ละลาย กระบวนการเคมีไฟฟ้าสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีส่วนร่วมของไฮโดรเจนไอออนและไฮดรอกไซด์ไอออนของน้ำ:
แคโทด (–): 2 Н + + 2е = Н 2,
ขั้วบวก (+): 4 OH – – 4e = O 2 + 2 H 2 O
ในกรณีนี้ กระบวนการรีดิวซ์ที่แคโทดเกิดขึ้นดังนี้:
1. แคตไอออนของโลหะแอคทีฟ (รวมถึง Al 3+ ด้วย) จะไม่รีดิวซ์ที่แคโทด แต่ไฮโดรเจนจะลดลงแทน
2. ไอออนบวกของโลหะที่อยู่ในอนุกรมของศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดมาตรฐาน (ในชุดแรงดันไฟฟ้า) ทางด้านขวาของไฮโดรเจนจะถูกรีดิวซ์เป็นโลหะอิสระที่แคโทดระหว่างอิเล็กโทรลิซิส
3. ไอออนบวกของโลหะที่อยู่ระหว่าง Al 3+ และ H + จะลดลงที่แคโทดพร้อมกับไฮโดรเจนไอออนบวก
กระบวนการที่เกิดขึ้นในสารละลายในน้ำที่ขั้วบวกจะขึ้นอยู่กับสารที่ใช้สร้างขั้วบวก มีขั้วบวกที่ไม่ละลายน้ำ ( เฉื่อย) และละลายได้ ( คล่องแคล่ว). กราไฟต์หรือแพลตตินัมถูกใช้เป็นวัสดุของขั้วบวกเฉื่อย แอโนดที่ละลายน้ำได้ทำจากทองแดง สังกะสี และโลหะอื่นๆ
ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายด้วยขั้วบวกเฉื่อย ผลิตภัณฑ์ต่อไปนี้สามารถเกิดขึ้นได้:
1. เมื่อเฮไลด์ไอออนถูกออกซิไดซ์ ฮาโลเจนอิสระจะถูกปล่อยออกมา
2. ในระหว่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายที่มีแอนไอออน SO 2 2–, NO 3 –, PO 4 3– ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาเช่น ไม่ใช่ไอออนเหล่านี้ที่ถูกออกซิไดซ์ที่ขั้วบวก แต่เป็นโมเลกุลของน้ำ
โดยคำนึงถึงกฎข้างต้น ให้เราพิจารณาตัวอย่างอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายน้ำของ NaCl, CuSO 4 และ KOH ด้วยอิเล็กโทรดเฉื่อย
1). ในสารละลาย โซเดียมคลอไรด์จะแยกตัวออกเป็นไอออน
1. ระบุคำจำกัดความที่ถูกต้องของปฏิกิริยาสารประกอบ: A. ปฏิกิริยาของการก่อตัวของสารหลายชนิดจากสารธรรมดาชนิดเดียว; B. ปฏิกิริยาที่สารเชิงซ้อนหนึ่งสารเกิดขึ้นจากสารเชิงเดี่ยวหรือสารเชิงซ้อนหลายชนิด ข. ปฏิกิริยาที่สารแลกเปลี่ยนส่วนประกอบกัน
2. ระบุคำจำกัดความที่ถูกต้องของปฏิกิริยาทดแทน: A. ปฏิกิริยาระหว่างเบสกับกรด; B. ปฏิกิริยาอันตรกิริยาของสารธรรมดาสองชนิด B. ปฏิกิริยาระหว่างสารซึ่งอะตอมของสารเชิงเดี่ยวเข้ามาแทนที่อะตอมของธาตุใดธาตุหนึ่งในสารเชิงซ้อน
3. ระบุคำจำกัดความที่ถูกต้องของปฏิกิริยาการสลายตัว: A. ปฏิกิริยาที่สารเชิงซ้อนหรือสารเชิงซ้อนหลายชนิดเกิดขึ้นจากสารเชิงซ้อนตัวเดียว B. ปฏิกิริยาที่สารแลกเปลี่ยนส่วนประกอบกัน ข. ปฏิกิริยากับการก่อตัวของโมเลกุลออกซิเจนและไฮโดรเจน
5. ปฏิกิริยาประเภทใดคือปฏิกิริยาของออกไซด์ที่เป็นกรดกับออกไซด์พื้นฐาน: 5. ปฏิกิริยาประเภทใดคือปฏิกิริยาของออกไซด์ที่เป็นกรดกับออกไซด์พื้นฐาน: A. ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน; B. ปฏิกิริยาผสม บี ปฏิกิริยาการสลายตัว ง. ปฏิกิริยาการทดแทน
7. สารที่มีสูตรเป็น KNO 3 FeCl 2, Na 2 SO 4 เรียกว่า: 7. สารที่มีสูตรเป็น KNO 3 FeCl 2, Na 2 SO 4 เรียกว่า: A) เกลือ; ข) เหตุผล; B) กรด; D) ออกไซด์ ก) เกลือ; ข) เหตุผล; B) กรด; D) ออกไซด์ 8. สารที่มีสูตรเป็น HNO 3, HCl, H 2 SO 4 เรียกว่า: 8. สารที่มีสูตรเป็น HNO 3, HCl, H 2 SO 4 เรียกว่า: A) เกลือ; B) กรด; ข) เหตุผล; D) ออกไซด์ ก) เกลือ; B) กรด; ข) เหตุผล; D) ออกไซด์ 9. เรียกสารที่มีสูตรเป็น KOH, Fe(OH) 2, NaOH: 9. เรียกสารที่มีสูตรเป็น KOH, Fe(OH) 2, NaOH: A) เกลือ; B) กรด; ข) เหตุผล; D) ออกไซด์ 10. สารที่มีสูตรเป็น NO 2, Fe 2 O 3, Na 2 O เรียกว่า: A) เกลือ; B) กรด; ข) เหตุผล; D) ออกไซด์ 10. สารที่มีสูตรเป็น NO 2, Fe 2 O 3, Na 2 O เรียกว่า: A) เกลือ; B) กรด; ข) เหตุผล; D) ออกไซด์ ก) เกลือ; B) กรด; ข) เหตุผล; D) ออกไซด์ 11. ระบุโลหะที่ก่อตัวเป็นด่าง: 11. ระบุโลหะที่ทำให้เกิดเป็นด่าง: Cu, Fe, Na, K, Zn, Li Cu, Fe, Na, K, Zn, Li
แนวคิดของ "ปฏิกิริยาผสม" เป็นสิ่งที่ตรงกันข้ามกับแนวคิดของ "ปฏิกิริยาการสลายตัว" ลองใช้เทคนิคการเปรียบเทียบเพื่อกำหนดแนวคิดของ "ปฏิกิริยาผสม" ขวา! คุณมีสูตรต่อไปนี้
ลองพิจารณาปฏิกิริยาประเภทนี้โดยใช้รูปแบบอื่นของการบันทึกกระบวนการทางเคมีที่ใหม่สำหรับคุณ - ที่เรียกว่าสายโซ่แห่งการเปลี่ยนแปลงหรือการเปลี่ยนแปลง ยกตัวอย่างวงจร
แสดงการเปลี่ยนแปลงของฟอสฟอรัสเป็นฟอสฟอรัสออกไซด์ (V) P 2 O 5 ซึ่งในทางกลับกันจะถูกแปลงเป็นกรดฟอสฟอริก H 3 PO 4
จำนวนลูกศรในแผนภาพการเปลี่ยนแปลงของสารสอดคล้องกับจำนวนการเปลี่ยนแปลงทางเคมีขั้นต่ำ - ปฏิกิริยาเคมี ในตัวอย่างที่กำลังพิจารณา กระบวนการเหล่านี้เป็นกระบวนการทางเคมีสองกระบวนการ
กระบวนการที่ 1 การได้รับฟอสฟอรัสออกไซด์ (V) P 2 O 5 จากฟอสฟอรัส แน่นอนว่านี่คือปฏิกิริยาระหว่างฟอสฟอรัสกับออกซิเจน
ใส่ฟอสฟอรัสแดงลงในช้อนที่ลุกไหม้แล้วจุดไฟ ฟอสฟอรัสลุกเป็นไฟลุกไหม้ทำให้เกิดควันสีขาวซึ่งประกอบด้วยอนุภาคขนาดเล็กของฟอสฟอรัส (V) ออกไซด์:
4P + 5O 2 = 2P 2 O 5
กระบวนการที่ 2 เติมฟอสฟอรัสที่เผาไหม้หนึ่งช้อนเต็มลงในขวด เต็มไปด้วยควันหนาทึบจากฟอสฟอรัส (V) ออกไซด์ นำช้อนออกจากขวด เทน้ำลงในขวด แล้วเขย่าของเหลวที่บรรจุอยู่ หลังจากปิดคอขวดด้วยจุกแล้ว ควันค่อยๆ จางลง ละลายในน้ำ และหายไปในที่สุด หากคุณเติมลิตมัสเล็กน้อยลงในสารละลายที่ได้รับในขวด มันจะเปลี่ยนเป็นสีแดงซึ่งเป็นหลักฐานของการก่อตัวของกรดฟอสฟอริก:
R 2 O 5 + ZN 2 O = 2H 3 PO 4
ปฏิกิริยาที่ดำเนินการเพื่อดำเนินการเปลี่ยนผ่านที่พิจารณาเกิดขึ้นโดยไม่มีการมีส่วนร่วมของตัวเร่งปฏิกิริยา ซึ่งเป็นสาเหตุว่าทำไมจึงเรียกว่าไม่ใช่ตัวเร่งปฏิกิริยา ปฏิกิริยาที่กล่าวถึงข้างต้นดำเนินไปในทิศทางเดียวเท่านั้น กล่าวคือ ปฏิกิริยาเหล่านี้ไม่สามารถย้อนกลับได้
ให้เราวิเคราะห์ว่ามีสารจำนวนเท่าใดและสารใดบ้างที่เข้าสู่ปฏิกิริยาที่กล่าวถึงข้างต้น และมีสารใดบ้างที่ก่อตัวขึ้นในสารเหล่านั้น ในปฏิกิริยาแรก สารเชิงซ้อนหนึ่งชนิดถูกสร้างขึ้นจากสารธรรมดาสองชนิด และปฏิกิริยาที่สองจากสารเชิงซ้อนสองชนิด ซึ่งแต่ละองค์ประกอบประกอบด้วยสององค์ประกอบ สารเชิงซ้อนหนึ่งชนิดถูกสร้างขึ้นประกอบด้วยสามองค์ประกอบ
สารเชิงซ้อนชนิดหนึ่งสามารถเกิดขึ้นได้จากปฏิกิริยาของการรวมสารเชิงซ้อนและสารเชิงเดี่ยว ตัวอย่างเช่นในการผลิตกรดซัลฟิวริกจากซัลเฟอร์ออกไซด์ (IV) จะได้รับซัลเฟอร์ออกไซด์ (VI):
ปฏิกิริยานี้เกิดขึ้นทั้งในทิศทางไปข้างหน้า เช่น ด้วยการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา และในทิศทางตรงกันข้าม นั่นคือ การสลายตัวของผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาไปเป็นสารตั้งต้นจึงเกิดขึ้น ดังนั้น แทนที่จะใส่เครื่องหมายเท่ากับ พวกเขาจึงใส่ เครื่องหมายการย้อนกลับ
ปฏิกิริยานี้เกี่ยวข้องกับตัวเร่งปฏิกิริยา - วานาเดียม (V) ออกไซด์ V 2 O 5 ซึ่งระบุไว้เหนือเครื่องหมายการพลิกกลับ:
สามารถรับสารเชิงซ้อนได้โดยการรวมสารสามชนิดเข้าด้วยกัน ตัวอย่างเช่น กรดไนตริกเกิดจากปฏิกิริยาที่มีโครงร่างดังนี้
NO 2 + H 2 O + O 2 → HNO 3
ลองพิจารณาวิธีการเลือกค่าสัมประสิทธิ์เพื่อทำให้รูปแบบของปฏิกิริยาเคมีนี้เท่ากัน
ไม่จำเป็นต้องทำให้จำนวนอะตอมไนโตรเจนเท่ากัน เนื่องจากมีอะตอมไนโตรเจนหนึ่งอะตอมในส่วนซ้ายและขวาของแผนภาพ มาทำให้จำนวนอะตอมไฮโดรเจนเท่ากัน - ก่อนสูตรกรดเราจะเขียนค่าสัมประสิทธิ์ 2:
NO 2 + H 2 O + O 2 → 2HNO 3
แต่ในกรณีนี้ ความเท่าเทียมกันของจำนวนอะตอมไนโตรเจนจะถูกละเมิด - อะตอมไนโตรเจนหนึ่งอะตอมยังคงอยู่ทางด้านซ้าย และอีกสองอะตอมอยู่ทางด้านขวา เขียนค่าสัมประสิทธิ์ 2 ก่อนสูตรไนตริกออกไซด์ (IV):
2NO 2 + H 2 O + O 2 → 2HNO 3
ลองนับจำนวนอะตอมออกซิเจนกัน มีเจ็ดอะตอมทางด้านซ้ายของแผนภาพปฏิกิริยา และหกอะตอมอยู่ทางด้านขวา ในการทำให้จำนวนอะตอมออกซิเจนเท่ากัน (หกอะตอมในแต่ละส่วนของสมการ) โปรดจำไว้ว่าก่อนสูตรของสารอย่างง่ายคุณสามารถเขียนค่าสัมประสิทธิ์เศษส่วน 1/2 ได้:
2NO 2 + H 2 O + 1/2O 2 → 2HNO 3
มาสร้างสัมประสิทธิ์เป็นจำนวนเต็มกัน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้เขียนสมการใหม่โดยเพิ่มค่าสัมประสิทธิ์เป็นสองเท่า:
4NO 2 + 2H 2 O + O 2 → 4HNO 3
ควรสังเกตว่าปฏิกิริยาเกือบทั้งหมดของสารประกอบเป็นปฏิกิริยาคายความร้อน
การทดลองในห้องปฏิบัติการหมายเลข 15
การเผาทองแดงด้วยเปลวไฟของตะเกียงแอลกอฮอล์
- ตรวจสอบลวดทองแดง (แผ่น) ที่มอบให้กับคุณและอธิบายลักษณะที่ปรากฏ อุ่นลวดโดยใช้ที่คีบเบ้าหลอมจับไว้ที่ส่วนบนของเปลวไฟของตะเกียงแอลกอฮอล์เป็นเวลา 1 นาที อธิบายสภาวะของปฏิกิริยา อธิบายสัญญาณที่บ่งชี้ถึงปฏิกิริยาเคมีที่เกิดขึ้น เขียนสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้น บอกชื่อสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยา
อธิบายว่ามวลของลวดทองแดง (แผ่น) เปลี่ยนแปลงไปหลังสิ้นสุดการทดลองหรือไม่ พิสูจน์คำตอบของคุณโดยใช้ความรู้เกี่ยวกับกฎการอนุรักษ์มวลของสาร
คำและวลีสำคัญ
- ปฏิกิริยาการรวมกันเป็นคำตรงข้ามของปฏิกิริยาการสลายตัว
- ตัวเร่งปฏิกิริยา (รวมถึงเอนไซม์) และปฏิกิริยาที่ไม่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
- สายโซ่แห่งการเปลี่ยนแปลงหรือการเปลี่ยนแปลง
- ปฏิกิริยาย้อนกลับและไม่สามารถย้อนกลับได้
ทำงานกับคอมพิวเตอร์
- อ้างถึงใบสมัครทางอิเล็กทรอนิกส์ ศึกษาเนื้อหาบทเรียนและทำงานที่ได้รับมอบหมายให้เสร็จสิ้น
- ค้นหาที่อยู่อีเมลบนอินเทอร์เน็ตที่สามารถใช้เป็นแหล่งข้อมูลเพิ่มเติมที่เปิดเผยเนื้อหาของคำสำคัญและวลีในย่อหน้า ให้ความช่วยเหลือครูในการเตรียมบทเรียนใหม่ - รายงานคำและวลีสำคัญในย่อหน้าถัดไป
คำถามและงาน
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)
| ปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน- ปฏิกิริยาเคมีที่สารตั้งต้นดูเหมือนจะแลกเปลี่ยนชิ้นส่วนที่เป็นส่วนประกอบ |
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 + O 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
9.2. ปฏิกิริยารีดอกซ์
ลองพิจารณาปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกิดขึ้นในเตาหลอมเหล็กในระหว่างการผลิตเหล็กทางอุตสาหกรรม (หรือเหล็กหล่อ) จากแร่เหล็ก:
เฟ 2 O 3 + 3CO = 2เฟ + 3CO 2
ให้เราพิจารณาสถานะออกซิเดชันของอะตอมที่ประกอบเป็นทั้งสารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์ที่เกิดปฏิกิริยา
| เฟ2O3 | + | = | 2เฟ | + |
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 จากสารเชิงซ้อน - 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
| เฟ2O3 | + | = | 2เฟ | + |
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:
| เฟ – 3 จ– = เฟอี +III, Cl2+2 จ– = 2Cl –I |
2เฟ – 6 จ– = 2เฟอี +III, 3Cl 2 + 6 จ– = 6Cl –I |
ด้วยการแนะนำสัมประสิทธิ์ 2 และ 3 ในโครงการปฏิกิริยา เราจะได้สมการปฏิกิริยา:
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
ตัวอย่างที่ 2เรามาสร้างสมการปฏิกิริยาการเผาไหม้ของฟอสฟอรัสขาวในคลอรีนส่วนเกินกันดีกว่า เป็นที่ทราบกันว่าฟอสฟอรัส (V) คลอไรด์เกิดขึ้นภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้:
| +วี –ฉัน | ||||
| ป 4 | + | Cl2 | บมจ. 5. |
โมเลกุลฟอสฟอรัสสีขาวให้อิเล็กตรอน (ออกซิไดซ์) และโมเลกุลของคลอรีนยอมรับพวกมัน (ลด):
| หน้า 4 – 20 จ– = 4P +วี Cl2+2 จ– = 2Cl –I |
1 10 |
2 20 |
หน้า 4 – 20 จ– = 4P +วี Cl2+2 จ– = 2Cl –I |
หน้า 4 – 20 จ– = 4P +วี 10Cl 2 + 20 จ– = 20Cl –I |
ปัจจัยที่ได้รับในตอนแรก (2 และ 20) มีตัวหารร่วมกัน โดยที่ปัจจัยเหล่านี้จะถูกหาร (เช่นเดียวกับสัมประสิทธิ์ในอนาคตในสมการปฏิกิริยา) สมการปฏิกิริยา:
P4 + 10Cl2 = 4PCl5
ตัวอย่างที่ 3เรามาสร้างสมการของปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อเหล็ก (II) ซัลไฟด์ถูกคั่วในออกซิเจนกันดีกว่า
รูปแบบปฏิกิริยา:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
ในกรณีนี้ ทั้งอะตอมของเหล็ก (II) และซัลเฟอร์ (–II) จะถูกออกซิไดซ์ องค์ประกอบของเหล็ก (II) ซัลไฟด์ประกอบด้วยอะตอมของธาตุเหล่านี้ในอัตราส่วน 1:1 (ดูดัชนีในสูตรที่ง่ายที่สุด)
ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์:
| 4 | เฟ+ทู – จ– = เฟ+III ส–II–6 จ– = ส +IV |
รวมๆแล้วให้ 7 จ – |
| 7 | O 2 + 4e – = 2O –II |
สมการปฏิกิริยา: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2 O 3 + 4SO 2
ตัวอย่างที่ 4. เรามาสร้างสมการสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเมื่อเหล็ก (II) ไดซัลไฟด์ (ไพไรต์) ถูกคั่วในออกซิเจน
รูปแบบปฏิกิริยา:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O2 | + |
เช่นเดียวกับในตัวอย่างก่อนหน้านี้ ทั้งอะตอมของเหล็ก (II) และอะตอมของซัลเฟอร์ก็ถูกออกซิไดซ์เช่นกัน แต่มีสถานะออกซิเดชันเป็น I อะตอมของธาตุเหล่านี้จะรวมอยู่ในองค์ประกอบของไพไรต์ในอัตราส่วน 1:2 (ดู ดัชนีตามสูตรที่ง่ายที่สุด) ในเรื่องนี้อะตอมของเหล็กและซัลเฟอร์ทำปฏิกิริยาซึ่งนำมาพิจารณาเมื่อรวบรวมเครื่องชั่งทางอิเล็กทรอนิกส์:
| เฟ+III – จ– = เฟ+III 2ส–ฉัน – 10 จ– = 2S +IV |
รวมๆแล้วให้ 11 จ – | |
| O2+4 จ– = 2O –II |
สมการปฏิกิริยา: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2
นอกจากนี้ยังมีกรณี ODD ที่ซับซ้อนกว่าอีกด้วย ซึ่งบางกรณีคุณจะคุ้นเคยขณะทำการบ้าน
การออกซิไดซ์อะตอม, 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;
ข) 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).
9.3. ปฏิกิริยาคายความร้อน เอนทาลปี
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
การขึ้นอยู่กับผลกระทบทางความร้อนต่ออุณหภูมิมีความสัมพันธ์กับความแตกต่างของความจุความร้อน
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
2H 2 (ก.) + O 2 (ก.) = 2H 2 O (ก.) + 484 กิโลจูล |
|
|
Q = 1694 kJ, 6 ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาระหว่างอะลูมิเนียมผลึกกับคลอรีนที่เป็นก๊าซคือ 1408 kJ เขียนสมการทางอุณหเคมีสำหรับปฏิกิริยานี้และหามวลของอะลูมิเนียมที่ต้องการในการผลิตความร้อน 2,816 กิโลจูลโดยใช้ปฏิกิริยานี้ 9.4. ปฏิกิริยาดูดความร้อน เอนโทรปี นอกจากปฏิกิริยาคายความร้อนแล้ว ยังสามารถทำปฏิกิริยาโดยดูดซับความร้อน และหากไม่ได้จ่ายเข้าไป ระบบปฏิกิริยาก็จะถูกทำให้เย็นลง ปฏิกิริยาดังกล่าวเรียกว่า ดูดความร้อน. ผลกระทบทางความร้อนของปฏิกิริยาดังกล่าวเป็นลบ ตัวอย่างเช่น: ดังนั้นพลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการก่อตัวของพันธะในผลคูณของปฏิกิริยาเหล่านี้และปฏิกิริยาที่คล้ายกันจึงน้อยกว่าพลังงานที่ต้องใช้เพื่อสลายพันธะในสารตั้งต้น
ลองใช้ขวดสองใบแล้วเติมไนโตรเจน (ก๊าซไม่มีสี) หนึ่งขวด และอีกขวดหนึ่งเติมไนโตรเจนไดออกไซด์ (ก๊าซสีน้ำตาล) เพื่อให้ทั้งความดันและอุณหภูมิในขวดเท่ากัน เป็นที่ทราบกันว่าสารเหล่านี้ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีต่อกัน เชื่อมต่อขวดกับคอให้แน่นแล้วติดตั้งในแนวตั้งเพื่อให้ขวดที่มีไนโตรเจนไดออกไซด์หนักกว่าอยู่ที่ด้านล่าง (รูปที่ 9.1) หลังจากนั้นครู่หนึ่ง เราจะเห็นว่าไนโตรเจนไดออกไซด์สีน้ำตาลค่อยๆ กระจายเข้าไปในขวดด้านบน และไนโตรเจนที่ไม่มีสีจะแทรกซึมเข้าไปในขวดด้านล่าง เป็นผลให้ก๊าซผสมกันและสีของเนื้อหาในขวดจะเหมือนกัน ดังนั้น,
สมการของการเชื่อมต่อระหว่างเอนโทรปี ( ส) และปริมาณอื่นๆ มีการศึกษาในวิชาฟิสิกส์และเคมีกายภาพ หน่วยเอนโทรปี [ ส] = 1 เจ/เค ก= ฮ-ที ส สภาวะสำหรับปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นเอง: ช< 0. ที่อุณหภูมิต่ำ ปัจจัยที่กำหนดความเป็นไปได้ในการเกิดปฏิกิริยาจะเป็นปัจจัยด้านพลังงานเป็นส่วนใหญ่ และที่อุณหภูมิสูงจะเป็นปัจจัยเอนโทรปี จากสมการข้างต้น เป็นที่ชัดเจนว่าทำไมปฏิกิริยาการสลายตัวที่ไม่เกิดขึ้นที่อุณหภูมิห้อง (การเพิ่มขึ้นของเอนโทรปี) จึงเริ่มเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูง ปฏิกิริยาเอนโดเทอร์มิก เอนโทรปี ปัจจัยด้านพลังงาน ปัจจัยเอนโทรปี พลังงานกิบส์ 2CuO (cr) + C (กราไฟท์) = 2Cu (cr) + CO 2 (g) คือ –46 กิโลจูล เขียนสมการเทอร์โมเคมีและคำนวณว่าต้องใช้พลังงานเท่าใดในการผลิตทองแดง 1 กิโลกรัมจากปฏิกิริยานี้ CaCO 3 (cr) = CaO (cr) + CO 2 (g) – 179 กิโลจูล เกิดคาร์บอนไดออกไซด์ 24.6 ลิตร พิจารณาว่าสูญเสียความร้อนไปมากน้อยเพียงใดโดยเปล่าประโยชน์ แคลเซียมออกไซด์เกิดขึ้นได้กี่กรัม? |
เราก็ขอแนะนำเช่นกัน
กำลังโหลด...