Puolireaktiomenetelmä: algoritmi

2024 Kirjoittaja: Angel Austin | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 05:25

Monet kemialliset prosessit tapahtuvat, kun reagoivat yhdisteet muodostavien atomien hapetusaste muuttuu. Redox-tyyppisten reaktioiden yhtälöiden kirjoittamiseen liittyy usein vaikeuksia järjestää kertoimet jokaisen ainekaavan eteen. Näitä tarkoituksia varten on kehitetty tekniikoita, jotka liittyvät varauksen jakautumisen elektroniseen tai elektroni-ionitasapainoon. Artikkelissa kuvataan yksityiskohtaisesti toinen tapa kirjoittaa yhtälöitä.

Puolireaktiomenetelmä, entiteetti

Sitä kutsutaan myös kerroinkertoimien jakauman elektroni-ionitasapainoksi. Menetelmä perustuu negatiivisesti varautuneiden hiukkasten vaihtoon anionien tai kationien välillä liuenneissa väliaineissa, joiden pH-arvot vaihtelevat.

Hapettavan ja pelkistävän tyyppisten elektrolyyttien reaktioissa on mukana negatiivisen tai positiivisen varauksen omaavia ioneja. Molekyyli-ioniyhtälöttyypit, jotka perustuvat puolireaktioiden menetelmään, osoittavat selvästi minkä tahansa prosessin olemuksen.

Tasapainon muodostamiseksi käytetään erityistä vahvan linkin elektrolyyttien nimitystä ionihiukkasina ja heikkoja yhdisteitä, kaasuja ja saostumia dissosioitumattomina molekyyleinä. Osana kaaviota on tarpeen ilmoittaa hiukkaset, joissa niiden hapettumisaste muuttuu. Tasapainon liuotinaineen määrittämiseksi hapan (H⁺), emäksinen (OH^-) ja neutraali (H_{2O) ehdot.}

Mihin sitä käytetään?

OVR:ssä puolireaktiomenetelmä on tarkoitettu ioniyhtälöiden kirjoittamiseen erikseen hapetus- ja pelkistysprosesseille. Lopullinen saldo on niiden summa.

Suoritusvaiheet

Puolireaktiomenetelmällä on omat kirjoittamisen erityispiirteensä. Algoritmi sisältää seuraavat vaiheet:

- Ensimmäinen askel on kirjoittaa ylös kaikkien lähtöaineiden kaavat. Esimerkki:

H₂S + KMnO₄ + HCl

- Sitten sinun on määritettävä kunkin ainesosan prosessin funktio kemiallisesta näkökulmasta. Tässä reaktiossa KMnO₄ toimii hapettimena, H₂S on pelkistävä aine ja HCl määrittelee happaman ympäristön.

- Kolmas vaihe on kirjoittaa uudelta riviltä ylös ionisesti reagoivien yhdisteiden kaavat, joilla on vahva elektrolyyttipotentiaali ja joiden atomien hapetusaste on muuttunut. Tässä vuorovaikutuksessa MnO₄^- toimii hapettavana aineena, H₂S onpelkistävä reagenssi, ja H⁺ tai oksoniumkationi H₃O⁺ määrittää happaman ympäristön. Kaasumaiset, kiinteät tai heikot elektrolyyttiset yhdisteet ilmaistaan kokonaisilla molekyylikaavoilla.

Tiedä alkukomponentit, yritä määrittää, mitkä hapettavat ja pelkistävät reagenssit ovat pelkistyneessä ja hapettuneessa muodossa. Joskus lopulliset aineet ovat valmiiksi asetettuina olosuhteissa, mikä helpottaa työtä. Seuraavat yhtälöt osoittavat H₂S (rikkivety) siirtymisen S:ksi (rikki) ja anionin MnO₄ ^{-Mn-kationille}2+.

Atomien hiukkasten tasapainottamiseksi vasemmalla ja oikealla puolella happamaan väliaineeseen lisätään vetykationia H⁺ tai molekyylivettä. Hydroksidi-ioneja OH^- tai H₂O.

lisätään alkaliseen liuokseen

MnO₄^-→ Mn²⁺

Liuoksessa manganaatti-ionien happiatomi muodostaa yhdessä H⁺ kanssa vesimolekyylejä. Alkioiden lukumäärän tasaamiseksi yhtälö kirjoitetaan seuraavasti: 2^{O + Mn}2+.

Sitten sähköinen tasapainotus suoritetaan. Tätä varten harkitse maksujen kokonaismäärää vasemmassa osassa, se on +7, ja sitten oikealla puolella on +2. Prosessin tasapainottamiseksi viisi negatiivista hiukkasta lisätään lähtöaineisiin: 8H⁺ + MnO₄^-+ 5e ^- → 4H₂O + Mn²⁺. Tämä johtaa puolireaktion vähenemiseen.

Nyt seuraa hapetusprosessi atomien lukumäärän tasaamiseksi. Tätä varten oikealla puolellalisää vetykationeja: H₂S → 2H⁺ + S.

Kun maksut on tasoitettu: H₂S -2e^- → 2H⁺ + S. Voidaan nähdä, että kaksi negatiivista hiukkasta otetaan pois lähtöyhdisteistä. Osoittautuu hapettumisprosessin puolireaktioon.

Kirjoita molemmat yhtälöt sarakkeeseen ja tasoita annetut ja saadut maksut. Pienimpien kerrannaisten määrityssäännön mukaan jokaiselle puolireaktiolle valitaan kertoja. Hapetus- ja pelkistysyhtälö kerrotaan sillä.

Nyt voit lisätä kaksi tasapainoa lisäämällä vasemman ja oikean puolen yhteen ja vähentämällä elektronihiukkasten määrää.

8H⁺ + MnO₄^- + 5e^-→ 4H₂O + Mn²⁺ |2

H₂S -2e^- → 2H⁺ + S |5

16H⁺ + 2MnO₄^- + 5H₂ S → 8H₂O + 2Mn²⁺ + 10H⁺ + 5S

Saadussa yhtälössä voit pienentää lukua H⁺ 10:llä: 6H⁺ + 2MnO₄ ^- + 5H₂S → 8H₂O + 2Mn ²⁺ + 5S.

Ionitasapainon oikeellisuuden tarkistaminen laskemalla happiatomien lukumäärä ennen ja jälkeen nuolen, mikä on 8. On myös tarpeen tarkistaa tasapainon loppu- ja alkuosien varaukset: (+6) + (-2)=+4. Jos kaikki täsmää, se on oikein.

Puolireaktiomenetelmä päättyy siirtymiseen ionimerkinnästä molekyyliyhtälöön. Jokaiselle anioniselle javaa'an vasemman puolen kationinen hiukkanen, varauksen vastainen ioni valitaan. Sitten ne siirretään oikealle puolelle, samassa määrässä. Nyt ionit voidaan yhdistää kokonaisiksi molekyyleiksi.

6H⁺ + 2MnO₄^- + 5H₂ S → 8H₂O + 2Mn²⁺ + 5S

6Cl^- + 2K⁺ → 6Cl^- + 2K ⁺

H₂S + KMnO₄ + 6HCl → 8H₂O + 2MnCl ₂ + 5S + 2KCl.

Voidaan soveltaa puolireaktioiden menetelmää, jonka algoritmi tiivistyy molekyyliyhtälön kirjoittamiseen sekä elektronisen tyyppisten saldojen kirjoittamiseen.

Hapettavien aineiden määritys

Tämä rooli kuuluu ionisille, atomi- tai molekyylihiukkasille, jotka hyväksyvät negatiivisesti varautuneita elektroneja. Hapettavat aineet pelkistyvät reaktioissa. Niissä on sähköinen puute, joka voidaan helposti täyttää. Tällaisia prosesseja ovat redox-puolireaktiot.

Kaikilla aineilla ei ole kykyä vastaanottaa elektroneja. Voimakkaita hapettimia ovat:

halogeenin edustajat;
hapot, kuten typpi, seleeni ja rikki;
kaliumpermanganaatti, dikromaatti, manganaatti, kromaatti;
mangaani ja lyijyn neliarvoiset oksidit;
hopea ja kulta ioninen;
kaasumaiset happiyhdisteet;
kaksiarvoinen kupari ja yksiarvoiset hopeaoksidit;
klooria sisältävät suolakomponentit;
kuninkaallinen vodka;
vetyperoksidi.

Pelkistysaineiden määritys

Tämä rooli kuuluu ionisille, atomi- tai molekyylihiukkasille, jotka lähettävät negatiivisen varauksen. Reaktioissa pelkistävät aineet käyvät läpi hapettavan vaikutuksen elektronien eliminoituessa.

Korjaavilla ominaisuuksilla on:

monien metallien edustajat;
neliarvoiset rikkiyhdisteet ja rikkivety;
halogenoidut hapot;
rauta-, kromi- ja mangaanisulfaatit;
kaksiarvoinen tinakloridi;
typpeä sisältävät reagenssit, kuten typpihappo, kaksiarvoinen oksidi, ammoniakki ja hydratsiini;
luonnollinen hiili ja sen kaksiarvoinen oksidi;
vetymolekyylit;
fosforihappo.

Elektroni-ionimenetelmän edut

Pedoksireaktioiden kirjoittamiseen käytetään puolireaktiomenetelmää useammin kuin elektronista lomaketasapainoa.

puolireaktiomenetelmä alkalisessa väliaineessa

Tämä johtuu elektroni-ionimenetelmän eduista:

Kun kirjoitat yhtälöä, ota huomioon liuoksessa olevat todelliset ionit ja yhdisteet.
Sinulla ei ehkä ole aluksi tietoa tuloksena olevista aineista, vaan ne määritetään loppuvaiheessa.
Hapetusastetietoja ei aina tarvita.
Menetelmän ansiosta saat selville puolireaktioihin osallistuvien elektronien määrän, kuinka liuoksen pH muuttuu.
Singulariteettiprosessit ja tuloksena olevien aineiden rakenne.

Puolireaktiot happoliuoksessa

Laskelmien suorittaminen ylimäärällä vetyioneja noudattaa pääalgoritmia. Puolireaktioiden menetelmä happamassa väliaineessa alkaa minkä tahansa prosessin aineosien tallentamisesta. Sitten ne ilmaistaan ionisen muodon yhtälöiden muodossa atomi- ja elektronivarauksen tasapainon kanssa. Hapettavat ja pelkistävät prosessit kirjataan erikseen.

Atomien hapen tasaamiseksi sen ylimäärän kanssa tapahtuvien reaktioiden suuntaan lisätään vetykationeja. H⁺:n määrän pitäisi olla riittävä molekyyliveden saamiseksi. Hapenpuutteen suuntaan H₂O.

Suorita sitten vetyatomien ja elektronien tasapaino.

Ne summaavat yhtälöiden osat ennen ja jälkeen nuolta kertoimien järjestelyllä.

Vähennä identtisiä ioneja ja molekyylejä. Puuttuvat anioniset ja kationiset hiukkaset lisätään jo tallennettuihin reagensseihin kokonaisyhtälössä. Niiden numeron nuolen jälkeen ja ennen on oltava sama.

OVR-yhtälön (puolireaktiomenetelmä) katsotaan täyttyneen, kun kirjoitetaan valmis lauseke molekyylimuodosta. Jokaisella komponentilla on oltava tietty kerroin.

Esimerkkejä happamista ympäristöistä

Natriumnitriitin vuorovaikutus kloorihapon kanssa johtaa natriumnitraatin ja kloorivetyhapon tuotantoon. Kertoimien järjestämiseen käytetään puolireaktioiden menetelmää, esimerkkejä yhtälöiden kirjoittamisestaliittyy happamaan ympäristöön.

NaNO₂ + HClO₃ → NaNO₃ + HCl

ClO₃^- + 6H⁺ + 6e^- → 3H₂O + Cl^- |1

EI₂^- + H₂O – 2e^- → EI₃^- +2H⁺ |3

ClO₃^- + 6H⁺ + 3H₂ O + 3NO₂^- → 3H₂O + Cl ^- + 3EI₃^- +6H⁺

ClO₃^- + 3NO₂^{-→ Cl}- ^{+ 3NO}3-

3Na⁺ + H⁺ → 3Na⁺ + H ⁺

3NaNO₂ + HClO₃ → 3NaNO₃ + HCl.

Tässä prosessissa natriumnitraattia muodostuu nitriitistä ja suolahappoa kloorihaposta. Typen hapetusaste muuttuu +3:sta +5:een ja kloorin +5 varauksesta tulee -1. Molemmat tuotteet eivät saostu.

Puolireaktiot alkaliselle väliaineelle

Laskelmien suorittaminen ylimäärällä hydroksidi-ioneja vastaa laskelmia happamille liuoksille. Myös puolireaktioiden menetelmä alkalisessa väliaineessa alkaa prosessin ainesosien ilmaisemisesta ioniyhtälöiden muodossa. Erot havaitaan atomihapen lukumäärän kohdistuksen aikana. Joten molekyylivettä lisätään reaktion puolelle sen ylimäärällä ja hydroksidianioneja lisätään vastakkaiselle puolelle.

H₂O-molekyylin edessä oleva kerroin osoittaa eron hapen määrässä nuolen jälkeen ja ennen ja OH^{-ionia se kaksinkertaistuu. Hapettumisen aikanareagenssi, joka toimii pelkistimenä, poistaa O-atomeja hydroksyylianioneista.}

Puolireaktioiden menetelmä päättyy algoritmin jäljellä oleviin vaiheisiin, jotka osuvat yhteen sellaisten prosessien kanssa, joissa on hapan ylimäärä. Lopputuloksena on molekyyliyhtälö.

Alkaliesimerkit

Kun jodia sekoitetaan natriumhydroksidin kanssa, muodostuu natriumjodidia ja jodaattia, vesimolekyylejä. Prosessin tasapainon saavuttamiseksi käytetään puolireaktiomenetelmää. Esimerkeillä emäksistä liuosta on omat ominaisuutensa, jotka liittyvät atomihapen tasaamiseen.

NaOH + I₂ →NaI + NaIO₃ + H₂O

I + e^- → I^- |5

6OH^- + I - 5e^- → I^- + 3H 2_{O + IO}3- ^|1

I + 5I + 6OH^- → 3H₂O + 5I^- + IO ₃^-

6Na⁺ → Na⁺ + 5Na⁺

6NaOH + 3I₂ →5NaI + NaIO₃ + 3H₂O.

Reaktion seurauksena molekyylijodin violetti väri katoaa. Tämän alkuaineen hapetusaste muuttuu arvosta 0 arvoon -1 ja +5 natriumjodidin ja jodaatin muodostuessa.

Reaktiot neutraalissa ympäristössä

Yleensä tämä on niiden prosessien nimi, jotka tapahtuvat suolojen hydrolyysin aikana, jolloin muodostuu lievästi hapan (pH 6-7) tai lievästi emäksinen (pH 7-8) liuos..

Puolireaktiomenetelmä neutraalissa väliaineessa on kirjoitettu useisiinvaihtoehtoja.

Ensimmäinen menetelmä ei ota huomioon suolahydrolyysiä. Väliaine pidetään neutraalina, ja molekyylivesi osoitetaan nuolen vasemmalle puolelle. Tässä versiossa toinen puolireaktio katsotaan happamaksi ja toinen emäksiseksi.

Toinen menetelmä sopii prosesseihin, joissa voit asettaa pH-arvon likimääräisen arvon. Sitten ioni-elektroni-menetelmän reaktioita tarkastellaan emäksisessä tai happamassa liuoksessa.

Esimerkki neutraalista ympäristöstä

Kun rikkivetyä yhdistetään natriumdikromaatin kanssa vedessä, saadaan rikin, natriumin ja kolmiarvoisen kromihydroksidin sakka. Tämä on tyypillinen reaktio neutraalille liuokselle.

Na₂Cr₂O₇ + H₂ S +H2O → NaOH + S + Cr(OH)₃

H₂S - 2e^- → S + H⁺ |3

7H₂O + Cr₂O₇^2- + 6e^- → 8OH^- + 2Cr(OH)₃ |1

7H₂O +3H₂S + Cr₂O ₇^2- → 3H⁺ +3S + 2Cr(OH)₃ +8OH^-. Vetykationit ja hydroksidianionit muodostavat 6 vesimolekyyliä. Ne voidaan poistaa oike alta ja vasemm alta puolelta, jolloin ylimääräinen jää nuolen eteen.

H₂O +3H₂S + Cr₂O ₇^2- → 3S + 2Cr(OH)₃ +2OH^-

2Na⁺ → 2Na⁺

Na₂Cr₂O₇ + 3H₂ S +H₂O → 2NaOH + 3S + 2Cr(OH)₃

Reaktion lopussa sinisen kromihydroksidin ja keltaisen sakkarikki alkalisessa liuoksessa natriumhydroksidin kanssa. Alkuaineen S hapetusasteesta -2 tulee 0, ja kromivarauksesta +6 tulee +3.