อิทธิพลของแรงกดดันต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาเคมี วัสดุเพิ่มเติม

ไฮโดรเจนคลอไรด์ในอุตสาหกรรมได้มาจากการสังเคราะห์โดยตรงจากคลอรีนและไฮโดรเจน หรือจากผลพลอยได้ในระหว่างการเติมคลอรีนของอัลเคน (มีเทน) เราจะพิจารณาการสังเคราะห์โดยตรงจากองค์ประกอบ

HCl เป็นก๊าซไม่มีสีมีกลิ่นเฉพาะตัวฉุน

t° pl = –114.8°C, t° ต้ม = –84°C, t° คมชัด = +57°C เช่น สามารถรับไฮโดรเจนคลอไรด์ได้ที่อุณหภูมิห้องในรูปของเหลวโดยเพิ่มความดันเป็น 50 - 60 atm ในสถานะก๊าซและของเหลวจะพบอยู่ในรูปของโมเลกุลที่แยกจากกัน (ไม่มีพันธะไฮโดรเจน) สารประกอบแก่ E St = 420 kJ/mol เริ่มสลายตัวเป็นธาตุที่อุณหภูมิ t>1500°C

2HCl Cl 2 + H 2

รัศมีประสิทธิผลของ HCl = 1.28, ไดโพล – 1.22

R Cl - = 1.81 เช่น โปรตอนถูกนำเข้าไปในเมฆอิเล็กตรอนของคลอรีนไอออนประมาณหนึ่งในสามของรัศมีประสิทธิผลและในเวลาเดียวกันสารประกอบก็มีความเข้มแข็งขึ้นเนื่องจากการเพิ่มขึ้นของประจุบวกใกล้กับนิวเคลียสของคลอรีนไอออนและทำให้สมดุลของผลที่น่ารังเกียจของ อิเล็กตรอน ไฮโดรเจนเฮไลด์ทั้งหมดมีรูปแบบคล้ายกันและเป็นสารประกอบที่มีฤทธิ์รุนแรง

ไฮโดรเจนคลอไรด์ละลายได้สูงในน้ำในอัตราส่วนใดก็ได้ (HCl สูงถึง 450 ปริมาตรละลายใน H 2 O หนึ่งปริมาตร) ทำให้เกิดไฮเดรตหลายชนิดด้วยน้ำและให้ส่วนผสมอะซีโอโทรปิก - 20.2% HCl และจุดเดือด = 108.6°C

การก่อตัวของไฮโดรเจนคลอไรด์จากองค์ประกอบ:

Cl 2 + H 2 = 2HCl

ส่วนผสมของไฮโดรเจนและคลอรีนจะระเบิดเมื่อถูกแสงสว่าง บ่งบอกถึงปฏิกิริยาลูกโซ่

ในตอนต้นของศตวรรษ บาเดนสไตน์เสนอกลไกปฏิกิริยาดังต่อไปนี้:

การเริ่มต้น: Cl 2 + hν → ē + Cl 2 +

สายโซ่: Cl 2 + + H 2 → HCl + H + Cl +

H + Cl 2 → HCl + Cl

วงจรเปิด: Cl + + ē → Cl

Cl + Cl → Cl 2

แต่ไม่พบ ē ในเรือ

ในปี พ.ศ. 2461 Nernst ได้เสนอกลไกที่แตกต่างออกไป:

การเริ่มต้น: Cl 2 + hν → Cl + Cl

โซ่: Cl + H 2 → HCl + H

H + Cl 2 → HCl + Cl

วงจรเปิด: H + Cl → HCl

ต่อมากลไกนี้ได้รับการพัฒนาและเสริมเพิ่มเติม

ขั้นที่ 1 – การเริ่มต้น

ปฏิกิริยา Cl 2 + hν → Cl + Cl

เริ่มต้นทางเคมีด้วยแสง เช่น โดยการดูดซับควอนตัมแสงhν ตาม หลักการแห่งความเท่าเทียมกันตามที่ไอน์สไตน์กล่าวไว้ แต่ละควอนตัมของแสงสามารถทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงของโมเลกุลเพียงโมเลกุลเดียวได้ ลักษณะเชิงปริมาณของหลักการสมมูลคือผลผลิตควอนตัมของปฏิกิริยา:

– จำนวนโมเลกุลที่ทำปฏิกิริยาต่อแสง 1 ควอนตัม

γ ในปฏิกิริยาโฟโตเคมีทั่วไป ≤1 อย่างไรก็ตาม ในกรณีของปฏิกิริยาลูกโซ่ γ>>1. ตัวอย่างเช่น ในกรณีของการสังเคราะห์ HCl γ = 10 5 ในระหว่างการสลายตัวของ H 2 O 2 γ = 4

หากโมเลกุล Cl 2 ดูดซับควอนตัมแสง แสดงว่าอยู่ในสถานะตื่นเต้น

10 -8 -10 -3 วินาที และหากพลังงานที่ได้รับพร้อมกับควอนตัมแสงเพียงพอสำหรับการแปลง ก็เกิดปฏิกิริยาขึ้น หากไม่เป็นเช่นนั้น โมเลกุลก็จะเข้าสู่สถานะพื้นอีกครั้ง ไม่ว่าจะปล่อยควอนตัมแสงออกมาก็ตาม (เรืองแสงหรือเรืองแสง) หรือการกระตุ้นทางอิเล็กทรอนิกส์จะถูกแปลงเป็นพลังงานการสั่นสะเทือนหรือการหมุน

มาดูกันว่าเกิดอะไรขึ้นในกรณีของเรา:

E dis H 2 = 426.4 กิโลจูล/โมล

E dis Cl 2 = 239.67 กิโลจูล/โมล

E arr HCl = 432.82 kJ/mol - ปฏิกิริยาจะไม่เกิดขึ้นหากไม่มีการฉายรังสี

ควอนตัมแสงมีพลังงาน Eq = 41.1 * 10 -20 J พลังงานที่ต้องใช้เพื่อเริ่มปฏิกิริยา (พลังงานกระตุ้น) เท่ากับพลังงานที่ใช้ในการแยกตัวของโมเลกุล Cl 2:

เหล่านั้น. อี Cl2<Е кв и энергии кванта достаточно для преодоления потенциального барьера реакции и реакция начинается.

ต่างจากปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาซึ่งอุปสรรคที่อาจเกิดขึ้นลดลง ในกรณีของปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอล ก็จะถูกเอาชนะโดยพลังงานของควอนตัมแสง

ความเป็นไปได้อีกประการหนึ่งในการเริ่มต้นปฏิกิริยาคือการเติมไอ Na ลงในส่วนผสม H 2 +Cl 2 ปฏิกิริยาเกิดขึ้นที่อุณหภูมิ 100°C ในความมืด:

นา + Cl 2 → NaCl + Cl

Cl + H 2 → HCl + H………

และเกิด HCl สูงถึง 1,000 HCl ต่อ 1 Na อะตอม

ระยะที่ 2 – ความต่อเนื่องของห่วงโซ่

ปฏิกิริยาต่อเนื่องของลูกโซ่ในการผลิต HCl เป็นประเภทต่อไปนี้:

1. Cl + H 2 → HCl + H E a =2.0 กิโลจูล/โมล

2. H + Cl 2 → HCl + Cl E a =0.8 กิโลจูล/โมล

เหล่านี้คือการเชื่อมโยงลูกโซ่

อัตราของปฏิกิริยาเหล่านี้สามารถแสดงได้ดังนี้:

ส 1 = เค 1 [ชม 2 ]

ส 2 = เค 2 [Cl 2 ]

เพราะ พลังงานกระตุ้นของปฏิกิริยาเหล่านี้มีน้อย จึงมีอัตราสูง โซ่ในกรณีนี้ไม่มีการแยกส่วน และตามทฤษฎีของโซ่ที่ไม่แยกส่วน:

การพัฒนาสายโซ่ W = W เริ่มต้นขึ้นในทางเคมีแสง เช่น โดยการดูดซับควอนตัมจุดตัดแสง

Cl + Cl +M → Cl 2 + M

แล้ว W arr = K 2

อัตราการผลิต HCl ขึ้นอยู่กับปฏิกิริยา 1 และ 2

ในกรณีนี้ W 1 =W 2 เนื่องจากโซ่ค่อนข้างยาว (จากทฤษฎีปฏิกิริยาลูกโซ่)

สมการจลนศาสตร์นี้ใช้ได้ในกรณีที่ไม่มีสิ่งเจือปนในส่วนผสม H 2 + Cl 2 ถ้าอากาศเข้าไปในระบบ สมการจลน์จะแตกต่างออกไป โดยเฉพาะ

W arr = K เช่น การแตกหักแบบไม่สมการกำลังสองและกระบวนการของกระบวนการเปลี่ยนแปลงไปโดยสิ้นเชิง

เพราะ มีสารที่เป็นสารยับยั้งปฏิกิริยาลูกโซ่ ตัวยับยั้งปฏิกิริยาการเกิด HCl คือออกซิเจน:

O 2 + H → O 2 H

อนุมูลนี้ไม่ทำงานและสามารถทำปฏิกิริยากับออกซิเจนที่สร้างอนุมูลใหม่ชนิดเดียวกันเท่านั้น

O 2 H + O 2 H = O 2 + H 2 O 2

การคำนวณแสดงให้เห็นว่าเมื่อมี 1% O 2 ปฏิกิริยาจะช้าลง 1,000 ครั้ง อัตราของกระบวนการช้าลงอีกเมื่อมี NCl 3 ซึ่งทำให้ปฏิกิริยาช้าลง 10 ถึง 5 เท่าของออกซิเจน เพราะ ไนโตรเจนคลอไรด์อาจมีอยู่ในคลอรีนในระหว่างกระบวนการผลิตในอุตสาหกรรม จำเป็นต้องมีการทำให้คลอรีนเริ่มแรกบริสุทธิ์อย่างระมัดระวังก่อนการสังเคราะห์ HCl

ปฏิกิริยาลูกโซ่รวมไว้ในกลไกของพวกเขาการกระทำเบื้องต้นประเภทเดียวกัน (ลูกโซ่) ซ้ำหลายครั้งตามลำดับ

พิจารณาปฏิกิริยา:

H2 + Cl2 = 2HCl

ประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้ ซึ่งพบได้ทั่วไปในปฏิกิริยาลูกโซ่ทั้งหมด:

1) การเริ่มต้นหรือการเริ่มต้นลูกโซ่

Cl 2 = 2Cl

การสลายตัวของโมเลกุลคลอรีนเป็นอะตอม (อนุมูล) เกิดขึ้นในระหว่างการฉายรังสี UV หรือการให้ความร้อน

2) สาระสำคัญของระยะการเริ่มต้นคือการก่อตัวของอนุภาคที่มีปฏิกิริยาและแอคทีฟ

การพัฒนาห่วงโซ่
Cl + H 2 = HCl + H

H + Cl 2 = HCl + Cl

3) ผลจากการพัฒนาลูกโซ่เบื้องต้นแต่ละครั้ง ทำให้เกิดอนุมูลคลอรีนชนิดใหม่ขึ้น และขั้นตอนนี้จะเกิดขึ้นซ้ำแล้วซ้ำเล่าตามทฤษฎี จนกว่ารีเอเจนต์จะหมดไปการรวมตัวกันอีกครั้ง

หรือวงจรเปิด
2Cl = Cl 2
2H = H2

H + Cl = HCl

อนุมูลอิสระที่เกิดขึ้นในบริเวณใกล้เคียงสามารถรวมตัวกันใหม่จนกลายเป็นอนุภาค (โมเลกุล) ที่เสถียร พวกมันให้พลังงานส่วนเกินแก่ "อนุภาคที่สาม" - ตัวอย่างเช่น ผนังของภาชนะหรือโมเลกุลของสิ่งเจือปน ที่พิจารณาปฏิกิริยาลูกโซ่ก็คือไม่มีการแบ่งสาขา เนื่องจากในการดำเนินการเบื้องต้นของการพัฒนาลูกโซ่ จำนวนอนุมูลไม่เพิ่มขึ้น - ปฏิกิริยาลูกโซ่ของไฮโดรเจนกับออกซิเจนเป็น:

แตกแขนง
, เพราะ จำนวนอนุมูลในการกระทำเบื้องต้นของการพัฒนาลูกโซ่เพิ่มขึ้น
H + O 2 = OH + O

O + H 2 = OH + H

ดูเหมือนว่ายิ่งแรงกดดันมากเท่าใด ความเข้มข้นของอนุมูลก็จะยิ่งสูงขึ้นและมีแนวโน้มที่จะเกิดการระเบิดมากขึ้นเท่านั้น

แต่ในความเป็นจริงแล้ว สำหรับปฏิกิริยาของไฮโดรเจนกับออกซิเจน การระเบิดจะเกิดขึ้นได้เฉพาะในบริเวณความดันบางแห่งเท่านั้น: ตั้งแต่ 1 ถึง 100 มม. ปรอท และสูงกว่า 1,000 มม. ปรอท สิ่งนี้ตามมาจากกลไกการเกิดปฏิกิริยา

ที่ความดันต่ำ อนุมูลที่เกิดขึ้นส่วนใหญ่จะรวมตัวกันอีกครั้งบนผนังของถัง และปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นอย่างช้าๆ เมื่อความดันเพิ่มขึ้นถึง 1 มิลลิเมตรปรอท อนุมูลจะเข้าถึงผนังได้น้อยลงเพราะว่า ทำปฏิกิริยากับโมเลกุลบ่อยขึ้น ในปฏิกิริยาเหล่านี้ อนุมูลจะทวีคูณและเกิดการระเบิด อย่างไรก็ตามที่ความดันเกิน 100 มม.ปรอท ความเข้มข้นของสารเพิ่มขึ้นมากจนการรวมตัวกันของอนุมูลเริ่มต้นขึ้นเนื่องจากการชนสามครั้ง (เช่นกับโมเลกุลของน้ำ) และปฏิกิริยาดำเนินไปอย่างสงบโดยไม่มีการระเบิด (การไหลคงที่) สูงกว่า 1,000 มม. ปรอท ความเข้มข้นจะสูงมาก และแม้แต่การชนกันสามครั้งก็ไม่เพียงพอที่จะป้องกันการแพร่กระจายของอนุมูล

คุณทราบถึงปฏิกิริยาลูกโซ่แยกส่วนของยูเรเนียม-235 ในแต่ละการกระทำเบื้องต้น โดยมีนิวตรอน 1 ตัวถูกจับ (ซึ่งทำหน้าที่เป็นอนุมูล) และปล่อยออกมามากถึง 3 นิวตรอน ขึ้นอยู่กับสภาวะ (เช่น ความเข้มข้นของตัวดูดซับนิวตรอน) อาจเป็นไปได้ที่จะมีการไหลคงที่หรือการระเบิด นี่เป็นอีกตัวอย่างหนึ่งของความสัมพันธ์ระหว่างจลนพลศาสตร์ของกระบวนการทางเคมีและนิวเคลียร์
การใช้งาน
ให้สารต่อไปนี้: สารละลายในน้ำของโพแทสเซียมเตตระไฮดรอกโซอะลูมิเนต K[อัล(OH)4), อะลูมิเนียมคลอไรด์, โพแทสเซียมคาร์บอเนต, คลอรีน เขียนสมการของปฏิกิริยาที่เป็นไปได้สี่ประการระหว่างสารเหล่านี้
(*คำตอบ*) 3K + AlCl3 = 4Al(OH)3 + 3KCl
(*ตอบ*) 3K2CO3 + 2AlCl3 + 3H2O = 2Al(OH)3 + 3CO2 + 6KCl
(*ตอบ*) K + CO2 = KHCO3 + อัล(OH)3
(*คำตอบ*) 3K2CO3 + 3Cl2 = 5KCl + KClO3 + 3CO2
2AlCl3 + 2CO2 + 3H2O = อัล(OH)3 + 2H2CO3 + 2HCl
ให้สารต่อไปนี้: สารละลายน้ำของโพแทสเซียมเตตระไฮดรอกซีซินเคต K2, โซเดียมเปอร์ออกไซด์, ถ่านหิน, คาร์บอนไดออกไซด์ มาเขียนสมการของปฏิกิริยาที่เป็นไปได้สี่ปฏิกิริยาระหว่างสารเหล่านี้กัน
(*ตอบ*) K2 + CO2 = K2CO3 + Zn(OH)2 + H2O
(*ตอบ*) 2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2
(*ตอบ*) CO2 + C 2CO
(*ตอบ*) 2Na2O2 + C Na2CO3 + Na2O
2Na2O2 + 2CO = 2Na2CO3 + 2СO2
ให้สารต่อไปนี้: สารละลายน้ำของโพแทสเซียมเฮกซะไฮดรอกโซโครเมต K3[Cr(OH)6), โพแทสเซียมไฮโปคลอไรต์ที่เป็นของแข็ง, แมงกานีส (IV) ออกไซด์, กรดไฮโดรคลอริกเข้มข้น ลองเขียนสมการของปฏิกิริยาที่เป็นไปได้สี่ปฏิกิริยาระหว่างสารเหล่านี้: _
(*คำตอบ*) 2K3 + 3KClO = 2K2CrO4 + 3KCl + 2KOH + 5H2O
(*คำตอบ*) K3 + 6HCl = 3KCl + CrCl3 + 6H2O
MnO2 + KClO = MnCl4 + KO
สารที่ให้ได้แก่: โซเดียมคาร์บอเนต, สารละลายเข้มข้นของโซเดียมไฮดรอกไซด์, อลูมิเนียมออกไซด์, ฟอสฟอรัสฟลูออไรด์ (V), น้ำ ลองเขียนสมการสำหรับปฏิกิริยาที่เป็นไปได้สี่ปฏิกิริยาระหว่างสารเหล่านี้:
(*ตอบ*) PF5 + 4H2O = H3PO4 + 5HF
(*ตอบ*) PF5 + 8NaOH = Na3PO4 + 5NaF + 4H2O
(*ตอบ*) Na2CO3 + Al2O3 2NaAlO2 + CO2
(*ตอบ*) Al2O3 + 2NaOH + 3H2O = 2Na
PF5 + 2Na2CO3 = Na3PO4 + 2CO2 + NaF
สารที่ให้ ได้แก่ กรดไนตริกเข้มข้น, ฟอสฟอรัส, ซัลเฟอร์ไดออกไซด์, สารละลายเข้มข้นของแอมโมเนียมซัลไฟต์ มาเขียนสมการของปฏิกิริยาที่เป็นไปได้สี่ปฏิกิริยาระหว่างสารเหล่านี้กัน ผลลัพธ์ที่ได้คือ: _
(*ตอบ*) P + 5HNO3 = H3PO4 + 5NO2 + H2O
(*ตอบ*) 2HNO3 + SO2 = H2SO4 + 2NO2
(*คำตอบ*) (NH4)2SO3 + SO2 + H2O = 2NH4HSO3
(*ตอบ*) 2HNO3 + (NH4)2SO3 = (NH4)2SO4 + 2NO2 + H2O
P + SO2 = PS + O2
สารที่ให้ได้แก่ กรดซัลฟิวริกเข้มข้น, ซัลเฟอร์, เงิน, โซเดียมคลอไรด์ มาเขียนสมการของปฏิกิริยาที่เป็นไปได้สี่ปฏิกิริยาระหว่างสารเหล่านี้กัน ผลลัพธ์ที่ได้คือ: _
(*ตอบ*) 2H2SO4 + S = 3SO2 + 2H2O
(*ตอบ*) H2SO4 + 2NaCl = Na2SO4 + 2HCl (หรือ NaHSO4 + HCl)
(*ตอบ*) 2Ag + 2H2SO4 = Ag2SO4 + SO2 + 2H2O
(*ตอบ*) 2Ag+S = Ag2S
3H2SO4 + 2NaCl = 2Na + 2HCl + 3SO2 + 2H2O+ O2
ให้สารต่อไปนี้: กรดเปอร์คลอริกเข้มข้น, สารละลายโครเมียม(III) คลอไรด์, โซเดียมไฮดรอกไซด์ มาเขียนสมการของปฏิกิริยาที่เป็นไปได้สี่ปฏิกิริยาระหว่างสารเหล่านี้กัน ผลลัพธ์ที่ได้คือ: _
(*ตอบ*) HClO3 + 2CrCl3 + 4H2O = H2Cr2O7 + 7HCl
(*ตอบ*) HClO3 + NaOH = NaClO3 + H2O
(*ตอบ*) CrCl3 + 3NaOH = Cr(OH)3 + 3NaCl
(*ตอบ*) CrCl3 + 6NaOH = Na3 + 3NaCl
CrCl3 + 8NaOH = Na4 + 4NaCl
ให้สารต่อไปนี้: คลอรีน, กรดไนตริกเข้มข้น, สารละลายของเหล็ก (II) คลอไรด์, โซเดียมซัลไฟด์ มาเขียนสมการของปฏิกิริยาที่เป็นไปได้สี่ปฏิกิริยาระหว่างสารเหล่านี้กัน ผลลัพธ์ที่ได้คือ: _
(*คำตอบ*) 2FeCl2 + Cl2 = 2FeCl3
(*ตอบ*) Na2S + FeCl2 = FeS + 2NaCl
(*ตอบ*) Na2S + 4HNO3 = S + 2NO2 + 2NaNO3 + 2H2O
(*ตอบ*) FeCl2 + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO2 + 2HCl + H2O
2HNO3 + Cl2 = 2HCl +2NO2 +H2O
สารที่ให้ได้แก่ ฟอสฟอรัส(III) คลอไรด์, สารละลายโซเดียมไฮดรอกไซด์เข้มข้น, คลอรีน มาเขียนสมการของปฏิกิริยาที่เป็นไปได้สี่ปฏิกิริยาระหว่างสารเหล่านี้กัน ผลลัพธ์ที่ได้คือ: _
(*ตอบ*) PCl3 + 5NaOH = Na2PHO3 + 3NaCl + 2H2O
(*ตอบ*) PCl3 + Cl2 = PCl5
(*ตอบ*) 2NaOH + Cl2 = NaCl + NaClO + H2O
(*ตอบ*) 6NaOH (ร้อน) + 3Cl2 = 5NaCl + NaClO3 + 3H2O
4NaOH + 2Cl2 = 4NaCl + H2O + O3
เมื่อใช้วิธีสมดุลอิเล็กตรอน เราจะเขียนสมการปฏิกิริยา: Cl2 + NaI + H2O ® NaIO3 + ... และหาตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ ผลลัพธ์ที่ได้คือ: _
(*ตอบ*) สมการปฏิกิริยา 3Cl2 + NaI + 3H2O = NaIO3 + 6HCl
(*ตอบ*) สารออกซิไดซ์ - คลอรีน
(*ตอบ*)สารรีดิวซ์-ไอโอดีน
สมการปฏิกิริยา 2Cl2 + NaI + 2H2O = NaIO3 + 4HCl
สารรีดิวซ์ - คลอรีน
ตัวออกซิไดซ์ - ไอโอดีน

เมื่อเขียนสมการของปฏิกิริยารีดอกซ์โดยใช้วิธีนี้ แนะนำให้ปฏิบัติตามลำดับต่อไปนี้:

1. เขียนโครงร่างปฏิกิริยาที่ระบุสารเริ่มต้นและผลลัพธ์ ระบุองค์ประกอบที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา ค้นหาตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์

2. เขียนสมการทางอิเล็กทรอนิกส์โดยอาศัยข้อเท็จจริงที่ว่าตัวออกซิไดซ์รับอิเล็กตรอนและตัวรีดิวซ์จะปล่อยพวกมันออกไป

3. เลือกปัจจัย (สัมประสิทธิ์หลัก) สำหรับสมการอิเล็กทรอนิกส์เพื่อสิ่งนั้น จำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับระหว่างการเกิดออกซิเดชันเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับระหว่างการรีดักชัน

4. จัดเรียงสัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยา

ตัวอย่าง 3: เขียนสมการรีดักชันของเหล็ก (III) ออกไซด์ด้วยคาร์บอน ปฏิกิริยาเกิดขึ้นตามรูปแบบ:

เฟ 2 O 3 + C → เฟ + CO

วิธีแก้ปัญหา: เหล็กลดลง ทำให้สถานะออกซิเดชันลดลงจาก +3 เป็น 0 คาร์บอนถูกออกซิไดซ์สถานะออกซิเดชันของมันเพิ่มขึ้นจาก 0 เป็น +2

มาวาดไดอะแกรมของกระบวนการเหล่านี้กัน

สารรีดิวซ์ 1| 2Fe +3 + 6e = 2Fe 0 กระบวนการออกซิเดชัน

ตัวออกซิไดซ์ 3| C 0 -2e = C +2 กระบวนการกู้คืน

จำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ได้รับจากตัวรีดิวซ์จะต้องเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนทั้งหมดที่ตัวออกซิไดซ์ยอมรับ เมื่อพบตัวคูณร่วมน้อยระหว่างตัวเลข 2 และ 6 เราพิจารณาว่าควรมีโมเลกุลรีดิวซ์สามโมเลกุลและโมเลกุลออกซิไดซ์สองโมเลกุล กล่าวคือ เราพบค่าสัมประสิทธิ์ที่สอดคล้องกันในสมการปฏิกิริยาก่อนตัวรีดิวซ์ ตัวออกซิไดซ์ และผลิตภัณฑ์ของออกซิเดชันและการรีดักชัน

สมการจะมีลักษณะดังนี้:

เฟ 2 O 3 + 3C = 2เฟ + 3CO

วิธีสมการอิเล็กตรอน-ไอออน (ครึ่งปฏิกิริยา)

เมื่อเขียนสมการอิเล็กตรอน - ไอออนิก รูปแบบของการดำรงอยู่ของสารในสารละลายจะถูกนำมาพิจารณาด้วย (ไอออน อะตอม หรือโมเลกุลเชิงซ้อนของสารที่ไม่ละลายน้ำหรือแยกตัวยากในน้ำอย่างง่ายหรือเชิงซ้อน)

หากต้องการสร้างสมการสำหรับปฏิกิริยารีดอกซ์โดยใช้วิธีนี้ แนะนำให้ปฏิบัติตามลำดับต่อไปนี้:

1.จัดทำแผนภาพปฏิกิริยาที่ระบุวัสดุเริ่มต้นและผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยา ทำเครื่องหมายไอออนที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชันอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยา กำหนดตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์

2. วาดไดอะแกรมของปฏิกิริยาออกซิเดชั่นและครึ่งปฏิกิริยารีดักชัน โดยระบุไอออนหรือโมเลกุลเริ่มต้นที่เกิดขึ้นภายใต้สภาวะของปฏิกิริยา

3. เท่ากับจำนวนอะตอมของแต่ละองค์ประกอบทางด้านซ้ายและด้านขวาของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่ง ควรจำไว้ว่าในสารละลายน้ำโมเลกุลของน้ำ H + หรือ OH - ไอออนสามารถมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาได้

ควรจำไว้ว่าในสารละลายที่เป็นน้ำ การจับกับออกซิเจนส่วนเกินและการเติมออกซิเจนด้วยตัวรีดิวซ์จะเกิดขึ้นแตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับค่า pH ของตัวกลาง ในสารละลายที่เป็นกรด ออกซิเจนส่วนเกินจะถูกพันธะด้วยไฮโดรเจนไอออนเพื่อสร้างโมเลกุลของน้ำ และในสารละลายที่เป็นกลางและเป็นด่างด้วยโมเลกุลของน้ำเพื่อสร้างไอออนไฮดรอกไซด์ตัวอย่างเช่น,

MnO 4 - + 8H + + 5e = Mn 2+ + 4H 2 O (สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด)

NO 3 - + 6H 2 O + 8e = NH 3 + 9OH - (ตัวกลางที่เป็นกลางหรือเป็นด่าง)

การเติมออกซิเจนด้วยตัวรีดิวซ์จะดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดและเป็นกลางเนื่องจากโมเลกุลของน้ำที่มีการก่อตัวของไฮโดรเจนไอออนและในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง - เนื่องจากไอออนไฮดรอกไซด์ที่มีการก่อตัวของโมเลกุลน้ำตัวอย่างเช่น,

I 2 + 6H 2 O - 10e = 2IO 3 - + 12H + (ตัวกลางที่เป็นกรดหรือเป็นกลาง)

CrO 2 - + 4OH - - 3e = CrO 4 2- + 2H 2 O (ตัวกลางที่เป็นด่าง)

4. เท่ากับจำนวนประจุทั้งหมดในทั้งสองส่วนของแต่ละครึ่งปฏิกิริยา เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้เพิ่มจำนวนอิเล็กตรอนที่ต้องการทางด้านซ้ายและด้านขวาของปฏิกิริยาครึ่งหนึ่ง

5. เลือกตัวคูณ (สัมประสิทธิ์หลัก) สำหรับปฏิกิริยาครึ่งหนึ่ง เพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนที่ปล่อยออกมาระหว่างการเกิดออกซิเดชันเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ยอมรับระหว่างการรีดักชัน

6. เพิ่มสมการครึ่งปฏิกิริยาโดยคำนึงถึงค่าสัมประสิทธิ์หลักที่พบ

7. จัดเรียงสัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยา

ตัวอย่างที่ 4: เขียนสมการสำหรับการเกิดออกซิเดชันของไฮโดรเจนซัลไฟด์กับน้ำคลอรีน

ปฏิกิริยาเกิดขึ้นตามรูปแบบต่อไปนี้:

H 2 S + Cl 2 + H 2 O → H 2 SO 4 + HCl

สารละลาย. การลดลงของคลอรีนสอดคล้องกับสมการครึ่งปฏิกิริยาต่อไปนี้: Cl 2 + 2e = 2Cl -

เมื่อเขียนสมการสำหรับครึ่งปฏิกิริยาของการเกิดออกซิเดชันของซัลเฟอร์เราดำเนินการตามรูปแบบ: H 2 S → SO 4 2- ในระหว่างกระบวนการนี้ อะตอมของกำมะถันจะเกิดพันธะกับอะตอมออกซิเจน 4 อะตอม ซึ่งมีแหล่งกำเนิดคือโมเลกุลของน้ำ ในกรณีนี้จะเกิดไอออน H + แปดตัว นอกจากนี้ H + ไอออนสองตัวจะถูกปล่อยออกมาจากโมเลกุล H 2 S

จะเกิดไฮโดรเจนไอออนทั้งหมด 10 ไอออน:

ด้านซ้ายของแผนภาพมีเพียงอนุภาคที่ไม่มีประจุ และประจุรวมของไอออนทางด้านขวาของแผนภาพคือ +8 ดังนั้นอิเล็กตรอนแปดตัวจึงถูกปล่อยออกมาอันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชัน:

H 2 S + 4H 2 O → SO 4 2- + 10 H +

เนื่องจากอัตราส่วนของจำนวนอิเล็กตรอนที่ยอมรับระหว่างการลดคลอรีนและบริจาคระหว่างการเกิดออกซิเดชันของกำมะถันคือ 8?2 หรือ 4?1 ดังนั้นเมื่อเพิ่มสมการสำหรับปฏิกิริยาครึ่งหนึ่งของการลดและออกซิเดชันสิ่งแรกคือ จะต้องคูณด้วย 4 และวินาทีด้วย 1

เราได้รับ:

Cl 2 + 2e = 2Cl - | 4

H 2 S + 4H 2 O = SO 4 2- + 10H + +8e - | 1

4Cl 2 + H 2 S + 4H 2 O = 8Cl - + SO 4 2- +10H +

ในรูปแบบโมเลกุล สมการผลลัพธ์จะเป็นดังนี้:

4Cl 2 + H 2 S + 4H 2 O = 8HCl + H 2 SO 4

สารชนิดเดียวกันภายใต้สภาวะที่ต่างกันสามารถออกซิไดซ์หรือรีดิวซ์ให้มีสถานะออกซิเดชันที่แตกต่างกันขององค์ประกอบที่เกี่ยวข้องได้ ดังนั้นค่าที่เท่ากันของตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ก็สามารถมีค่าที่แตกต่างกันได้เช่นกัน

มวลที่เท่ากันของตัวออกซิไดซ์จะเท่ากับมวลโมลาร์ของมันหารด้วยจำนวนอิเล็กตรอน n ที่หนึ่งโมเลกุลของตัวออกซิไดซ์จะเพิ่มเข้าไปในปฏิกิริยาที่กำหนด

ตัวอย่างเช่นในปฏิกิริยาการลดลง Cl 2 + 2e = 2Cl - . n = 2 ดังนั้น มวลที่เท่ากันของ Cl 2 จึงเท่ากับ M/2 กล่าวคือ 71/2 = 35.5 กรัม/โมล

มวลที่เท่ากันของตัวรีดิวซ์จะเท่ากับมวลโมลาร์ของมันหารด้วยจำนวนอิเล็กตรอน n ที่โมเลกุลของตัวรีดิวซ์หนึ่งโมเลกุลจะสลายไปในปฏิกิริยาที่กำหนด

ตัวอย่างเช่นในปฏิกิริยาออกซิเดชัน H 2 S + 4H 2 O - 8e = SO 4 2- + 10 H +

n = 8 ดังนั้น มวลที่เท่ากันของ H 2 S เท่ากับ M/8 กล่าวคือ 34.08/8 = 4.26 กรัม/โมล