การแก้สมการในวิชาเคมี 9. วิธีเขียนสมการปฏิกิริยาเคมี
สมการปฏิกิริยาในวิชาเคมีคือการบันทึกกระบวนการทางเคมีโดยใช้สูตรทางเคมีและสัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์
สัญกรณ์นี้เป็นแผนภาพของปฏิกิริยาเคมี เมื่อเครื่องหมาย "=" ปรากฏขึ้น จะเรียกว่า "สมการ" มาลองแก้กันดู.
ตัวอย่างการวิเคราะห์ปฏิกิริยาอย่างง่าย
แคลเซียมมีหนึ่งอะตอมเนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์ไม่คุ้มค่า ดัชนีไม่ได้เขียนที่นี่ซึ่งหมายถึงหนึ่ง ทางด้านขวาของสมการ Ca ก็เป็นหนึ่งเช่นกัน เราไม่จำเป็นต้องทำงานกับแคลเซียม
วิดีโอ: สัมประสิทธิ์ในสมการปฏิกิริยาเคมี
มาดูองค์ประกอบถัดไป - ออกซิเจน ดัชนี 2 บ่งชี้ว่ามีไอออนออกซิเจน 2 ตัว ไม่มีดัชนีทางด้านขวานั่นคือออกซิเจน 1 อนุภาค และทางด้านซ้ายมี 2 อนุภาค เรากำลังทำอะไรอยู่? ไม่สามารถทำดัชนีหรือแก้ไขเพิ่มเติมกับสูตรทางเคมีได้เนื่องจากเขียนไว้อย่างถูกต้อง
ค่าสัมประสิทธิ์คือสิ่งที่เขียนไว้หน้าส่วนที่เล็กที่สุด พวกเขามีสิทธิที่จะเปลี่ยนแปลง เพื่อความสะดวก เราจะไม่เขียนสูตรใหม่ ทางด้านขวา เราคูณ 2 เพื่อให้ได้ออกซิเจน 2 ไอออนตรงนั้น
หลังจากที่เราตั้งค่าสัมประสิทธิ์แล้ว เราก็ได้แคลเซียม 2 อะตอม มีเพียงอันเดียวทางด้านซ้าย ซึ่งหมายความว่าตอนนี้เราต้องใส่ 2 ไว้หน้าแคลเซียม
ตอนนี้เรามาตรวจสอบผลลัพธ์กัน ถ้าจำนวนอะตอมของธาตุเท่ากันทั้งสองข้าง เราก็สามารถใส่เครื่องหมาย "เท่ากัน" ได้
อีกตัวอย่างที่ชัดเจน: มีไฮโดรเจน 2 ตัวทางด้านซ้าย และหลังลูกศร เราก็มีไฮโดรเจน 2 ตัวด้วย
- ก่อนลูกศรจะมีออกซิเจน 2 ตัว แต่ไม่มีดัชนีหลังลูกศร ซึ่งหมายความว่ามีออกซิเจน 1 ตัว
- มีมากขึ้นทางด้านซ้ายและน้อยลงทางด้านขวา
- เราใส่สัมประสิทธิ์ 2 ไว้หน้าน้ำ
เราคูณสูตรทั้งหมดด้วย 2 และตอนนี้ปริมาณไฮโดรเจนก็เปลี่ยนไป เราคูณดัชนีด้วยสัมประสิทธิ์ แล้วเราจะได้ 4 และทางด้านซ้ายจะมีอะตอมไฮโดรเจนเหลืออยู่ 2 อะตอม และเพื่อให้ได้ 4 เราต้องคูณไฮโดรเจนด้วย 2.
วิดีโอ: การจัดเรียงสัมประสิทธิ์ในสมการทางเคมี
ในกรณีนี้คือเมื่อองค์ประกอบในสูตรหนึ่งและอีกสูตรหนึ่งอยู่ด้านเดียวกันจนถึงลูกศร
ไอออนซัลเฟอร์ 1 ตัวทางด้านซ้าย และ 1 ไอออนทางด้านขวา อนุภาคออกซิเจน 2 อนุภาค และออกซิเจนอีก 2 อนุภาค หมายความว่ามีออกซิเจน 4 ตัวทางด้านซ้าย ด้านขวามีออกซิเจน 3 อัน นั่นคือด้านหนึ่งมีจำนวนอะตอมเป็นคู่ และอีกด้านหนึ่งเป็นเลขคี่ ถ้าเราคูณเลขคี่ด้วยสองเท่า เราจะได้เลขคู่ ก่อนอื่นเราทำให้มันมีค่าเท่ากัน เมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้คูณสูตรทั้งหมดหลังลูกศรด้วย 2 หลังจากการคูณ เราจะได้ออกซิเจนไอออน 6 ไอออน และอะตอมกำมะถัน 2 อะตอม ทางด้านซ้ายเรามีอนุภาคกำมะถันหนึ่งอนุภาค ทีนี้มาทำให้มันเท่ากันกันเถอะ เราใส่สมการทางซ้ายก่อนสีเทา 2
เรียกว่า.
ปฏิกิริยาที่ซับซ้อน
ตัวอย่างนี้ซับซ้อนกว่าเนื่องจากมีองค์ประกอบของสสารมากกว่า
สิ่งนี้เรียกว่าปฏิกิริยาการทำให้เป็นกลาง สิ่งที่ต้องทำให้เท่ากันที่นี่ก่อน:
- ทางด้านซ้ายมีโซเดียมอะตอมหนึ่งอะตอม
- ทางด้านขวาดัชนีบอกว่ามีโซเดียม 2 อัน
ข้อสรุปชี้ให้เห็นว่าคุณต้องคูณสูตรทั้งหมดด้วยสอง
วิดีโอ: การเขียนสมการปฏิกิริยาเคมี
ทีนี้มาดูกันว่ามีกำมะถันมากแค่ไหน หนึ่งด้านซ้ายและขวา มาใส่ใจกับออกซิเจนกันดีกว่า ทางด้านซ้ายมีอะตอมออกซิเจน 6 อะตอม ในทางกลับกัน - 5- ด้านขวาน้อยลง ด้านซ้ายมากขึ้น ต้องนำเลขคี่มาเป็นเลขคู่ ในการทำเช่นนี้ เราจะคูณสูตรของน้ำด้วย 2 นั่นคือจากออกซิเจน 1 อะตอมที่เราได้เป็น 2
ขณะนี้มีออกซิเจนอยู่ 6 อะตอมทางด้านขวาแล้ว นอกจากนี้ยังมี 6 อะตอมทางด้านซ้าย มาตรวจสอบไฮโดรเจนกันดีกว่า ไฮโดรเจน 2 อะตอมและไฮโดรเจนอีก 2 อะตอม ด้านซ้ายจะมีอะตอมไฮโดรเจน 4 อะตอม และอีกด้านหนึ่งก็มีอะตอมไฮโดรเจนสี่อะตอมด้วย องค์ประกอบทั้งหมดเท่าเทียมกัน เราใส่เครื่องหมายเท่ากับ.
วิดีโอ: สมการทางเคมี วิธีเขียนสมการเคมี
ตัวอย่างถัดไป
ตัวอย่างต่อไปนี้น่าสนใจเนื่องจากมีวงเล็บปรากฏขึ้น ว่ากันว่าถ้ามีตัวประกอบอยู่หลังวงเล็บ แต่ละองค์ประกอบในวงเล็บก็จะถูกคูณด้วย คุณต้องเริ่มต้นด้วยไนโตรเจน เนื่องจากมีน้อยกว่าออกซิเจนและไฮโดรเจน ทางด้านซ้ายมีไนโตรเจนหนึ่งอันและทางขวาเมื่อคำนึงถึงวงเล็บก็มีสองอัน
ด้านขวามีอะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอม แต่จำเป็นต้องมี 4 อะตอม เราออกจากสิ่งนี้ได้โดยการคูณน้ำด้วยสอง ทำให้เกิดไฮโดรเจนสี่ตัว เยี่ยมเลย ไฮโดรเจนเท่ากัน มีออกซิเจนเหลืออยู่ ก่อนเกิดปฏิกิริยาจะมี 8 อะตอม หลัง - 8 เช่นกัน
เยี่ยมเลย องค์ประกอบทั้งหมดเท่าเทียมกัน เราสามารถกำหนด "เท่ากัน" ได้
ตัวอย่างสุดท้าย.
ต่อไปคือแบเรียม มันเท่ากันแล้ว คุณไม่จำเป็นต้องแตะมัน ก่อนเกิดปฏิกิริยาจะมีคลอรีนสองตัว หลังจากนั้นจะมีคลอรีนเพียงตัวเดียว จะต้องทำอะไร? วาง 2 หน้าคลอรีนหลังทำปฏิกิริยา
วิดีโอ: การปรับสมดุลสมการเคมี
ทีนี้ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์ที่เพิ่งตั้งไว้ หลังจากปฏิกิริยา เราได้โซเดียม 2 ตัว และก่อนปฏิกิริยา เราก็ได้โซเดียม 2 ตัวด้วย เยี่ยมมาก ทุกอย่างเท่าเทียมกัน
คุณยังสามารถปรับสมดุลปฏิกิริยาโดยใช้วิธีสมดุลอิเล็กทรอนิกส์ได้อีกด้วย วิธีนี้มีกฎหลายข้อที่สามารถนำมาใช้ได้ ขั้นตอนต่อไปคือการจัดเรียงสถานะออกซิเดชันขององค์ประกอบทั้งหมดในแต่ละสารเพื่อทำความเข้าใจว่าออกซิเดชันเกิดขึ้นที่ใดและเกิดการรีดักชันที่ใด
หากต้องการเรียนรู้วิธีสมดุลสมการเคมี คุณต้องเน้นประเด็นหลักก่อนและใช้อัลกอริธึมที่ถูกต้อง
ประเด็นสำคัญ
การสร้างตรรกะของกระบวนการไม่ใช่เรื่องยาก โดยเน้นขั้นตอนต่อไปนี้:
- การกำหนดประเภทของรีเอเจนต์ (รีเอเจนต์ทั้งหมดเป็นสารอินทรีย์ รีเอเจนต์ทั้งหมดเป็นรีเอเจนต์อนินทรีย์ อินทรีย์ และอนินทรีย์ในปฏิกิริยาเดียว)
- การกำหนดประเภทของปฏิกิริยาเคมี (ปฏิกิริยากับการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของส่วนประกอบหรือไม่)
- การเลือกอะตอมทดสอบหรือกลุ่มอะตอม
ตัวอย่าง
- ส่วนประกอบทั้งหมดเป็นอนินทรีย์ โดยไม่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน อะตอมทดสอบจะเป็นออกซิเจน - O (ไม่ได้รับผลกระทบจากปฏิกิริยาใดๆ:
NaOH + HCl = NaCl + H2O
ลองนับจำนวนอะตอมของแต่ละองค์ประกอบทางด้านขวาและด้านซ้าย และตรวจสอบให้แน่ใจว่าไม่จำเป็นต้องวางค่าสัมประสิทธิ์ที่นี่ (โดยค่าเริ่มต้น การไม่มีสัมประสิทธิ์จะเป็นค่าสัมประสิทธิ์เท่ากับ 1)
NaOH + H2SO4 = โซเดียม 2 SO4 + H2O
ในกรณีนี้ ทางด้านขวาของสมการเราจะเห็นโซเดียม 2 อะตอม ซึ่งหมายความว่าทางด้านซ้ายของสมการ เราต้องแทนที่ค่าสัมประสิทธิ์ 2 หน้าสารประกอบที่มีโซเดียม:
2 NaOH + H2SO4 = โซเดียม 2 SO4 + H2O
เราตรวจสอบออกซิเจน - O: ทางด้านซ้ายมี 2O จาก NaOH และ 4 จากซัลเฟตไอออน SO4 และทางด้านขวามี 4 จาก SO4 และ 1 ในน้ำ เพิ่ม 2 ก่อนน้ำ:
2 NaOH + H2SO4 = โซเดียม 2 SO4+ 2 น้ำ
- ส่วนประกอบทั้งหมดเป็นสารอินทรีย์ โดยไม่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน:
HOOC-COOH + CH3OH = CH3OOC-COOCH3 + H2O (เกิดปฏิกิริยาได้ภายใต้เงื่อนไขบางประการ)
ในกรณีนี้เราจะเห็นว่าทางด้านขวามีอะตอม CH3 2 กลุ่ม และทางด้านซ้ายมีเพียงกลุ่มเดียวเท่านั้น เพิ่มสัมประสิทธิ์ 2 ทางด้านซ้ายก่อน CH3OH ตรวจสอบออกซิเจน และเติม 2 ก่อนน้ำ
HOOC-COOH + 2CH3OH = CH3OOC-COOCH3 + 2H2O
- ส่วนประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์โดยไม่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน:
CH3NH2 + H2SO4 = (CH3NH2)2∙SO4
ในปฏิกิริยานี้ อะตอมทดสอบเป็นทางเลือก ทางด้านซ้ายมีเมทิลลามีน CH3NH2 1 โมเลกุลและทางด้านขวามี 2 ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องมีสัมประสิทธิ์ 2 ต่อหน้าเมทิลลามีน
2CH3NH2 + H2SO4 = (CH3NH2)2∙SO4
- ส่วนประกอบอินทรีย์ อนินทรีย์ การเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชัน
CuO + C2H5OH = Cu + CH3COOH + H2O
ในกรณีนี้จำเป็นต้องสร้างสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์และควรแปลงสูตรของสารอินทรีย์ให้เป็นมูลค่ารวมจะดีกว่า อะตอมทดสอบจะเป็นออกซิเจน - ปริมาณของมันแสดงให้เห็นว่าไม่จำเป็นต้องใช้สัมประสิทธิ์ เครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ยืนยัน
CuO + C2H6O = Cu + C2H4O2
2С +2 - 2е = 2С0
C3H8 + O2 = CO2 + H2O
ในที่นี้ O ไม่สามารถทดสอบได้ เนื่องจากตัวมันเองจะเปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน เราตรวจสอบตาม N.
O2 0 + 2*2 e = 2O-2 (เรากำลังพูดถึงออกซิเจนจาก CO2)
3C (-8/3) - 20e = 3C +4 (ในปฏิกิริยารีดอกซ์อินทรีย์ จะใช้สถานะออกซิเดชันแบบเศษส่วนทั่วไป)
จากเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ เห็นได้ชัดว่าต้องใช้ออกซิเจนมากกว่า 5 เท่าในการออกซิเดชันของคาร์บอน เราใส่ 5 ไว้หน้า O2 และจากเครื่องชั่งอิเล็กทรอนิกส์ เราควรใส่ 3 ไว้หน้า C จาก CO2 ตรวจสอบ H และวาง 4 ไว้หน้าน้ำ
C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O
- สารประกอบอนินทรีย์ การเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชัน
Na2SO3 + KMnO4 + H2SO4 = Na2SO4 + K2SO4 + H2O + MnO2
การทดสอบจะเป็นไฮโดรเจนในน้ำและกรดตกค้าง SO4 2- จากกรดซัลฟิวริก
S+4 (จาก SO3 2-) – 2e = S +6 (จาก Na2SO4)
Mn+7 + 3e = Mn+4
ดังนั้นคุณต้องใส่ 3 ไว้หน้า Na2SO3 และ Na2SO4, 2 ไว้หน้า KMnO4 และ MNO2
3Na2SO3 + 2KMnO4 + H2SO4 = 3Na2SO4 + K2SO4 + H2O + 2MnO2
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; (11)
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 + โอ 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 สารออกซิแดนท์และ 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 จากสารที่ซับซ้อน - 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 .
ให้เราตรวจสอบสถานะออกซิเดชันของอะตอมขององค์ประกอบทั้งหมดที่ประกอบเป็นสารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา:
อะตอมของเหล็กจะปล่อยอิเล็กตรอนออกไป และโมเลกุลของคลอรีนก็ยอมรับพวกมัน 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. |
โมเลกุลฟอสฟอรัสขาวให้อิเล็กตรอน (ออกซิไดซ์) และโมเลกุลคลอรีนยอมรับพวกมัน (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– = เฟอี +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– = เฟอี +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 ในการทำลายพันธะ คุณจะต้องใช้พลังงาน (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 พลังงานภายใน(ด คุณ) สารที่มีส่วนร่วมในปฏิกิริยา แต่มีเครื่องหมายตรงกันข้าม:
คิววี = – คุณ.
พลังงานภายในของร่างกายเข้าใจว่าเป็นพลังงานรวมของปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล พันธะเคมี พลังงานไอออไนเซชันของอิเล็กตรอนทั้งหมด พลังงานพันธะของนิวคลีออนในนิวเคลียส และพลังงานประเภทอื่นๆ ที่รู้จักและไม่รู้จักทั้งหมดที่ "จัดเก็บ" โดยร่างกายนี้ เครื่องหมาย “–” เกิดจากการที่เมื่อความร้อนถูกปล่อยออกมา พลังงานภายในจะลดลง นั่นก็คือ
คุณ= – 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: ดังนั้นพลังงานที่ปล่อยออกมาในระหว่างการก่อตัวของพันธะในผลคูณของปฏิกิริยาเหล่านี้และปฏิกิริยาที่คล้ายกันจึงน้อยกว่าพลังงานที่ต้องใช้เพื่อสลายพันธะในสารตั้งต้น
ลองใช้ขวดสองใบแล้วเติมไนโตรเจน (ก๊าซไม่มีสี) หนึ่งขวด และอีกขวดหนึ่งเติมไนโตรเจนไดออกไซด์ (ก๊าซสีน้ำตาล) เพื่อให้ทั้งความดันและอุณหภูมิในขวดเท่ากัน เป็นที่ทราบกันดีว่าสารเหล่านี้ไม่ทำปฏิกิริยาทางเคมีต่อกัน 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? |
สมการทางเคมีคือการแสดงภาพของปฏิกิริยาเคมีโดยใช้สัญลักษณ์ทางคณิตศาสตร์และสูตรทางเคมี การกระทำนี้เป็นภาพสะท้อนของปฏิกิริยาบางอย่างในระหว่างที่มีสารใหม่ปรากฏขึ้น
งานทางเคมี: ประเภท
สมการทางเคมีคือลำดับของปฏิกิริยาเคมี เป็นไปตามกฎการอนุรักษ์มวลของสารใดๆ ปฏิกิริยามีสองประเภทเท่านั้น:
- สารประกอบ - สิ่งเหล่านี้รวมถึง (การแทนที่อะตอมขององค์ประกอบเชิงซ้อนด้วยอะตอมของรีเอเจนต์อย่างง่าย) การแลกเปลี่ยน (การแทนที่ส่วนที่เป็นส่วนประกอบของสารที่ซับซ้อนสองชนิด) การทำให้เป็นกลาง (ปฏิกิริยาของกรดกับเบส การก่อตัวของเกลือและน้ำ)
- การสลายตัวคือการก่อตัวของสารที่ซับซ้อนหรือเรียบง่ายตั้งแต่สองชนิดขึ้นไปจากสารที่ซับซ้อนชนิดเดียว แต่องค์ประกอบของพวกมันนั้นง่ายกว่า
ปฏิกิริยาเคมียังสามารถแบ่งออกเป็นประเภท: คายความร้อน (เกิดขึ้นเมื่อปล่อยความร้อน) และดูดความร้อน (ดูดซับความร้อน)
คำถามนี้ทำให้นักเรียนหลายคนกังวล เรามีเคล็ดลับง่ายๆ เพื่อช่วยให้คุณเรียนรู้วิธีแก้สมการเคมี:
- ความปรารถนาที่จะเข้าใจและเชี่ยวชาญ คุณไม่สามารถเบี่ยงเบนไปจากเป้าหมายของคุณได้
- ความรู้เชิงทฤษฎี หากไม่มีพวกมันก็เป็นไปไม่ได้ที่จะเขียนแม้แต่สูตรพื้นฐานของสารประกอบ
- การบันทึกปัญหาทางเคมีอย่างถูกต้อง แม้แต่ข้อผิดพลาดในสภาวะเพียงเล็กน้อยก็จะทำให้ความพยายามในการแก้ไขปัญหาของคุณไร้ผล
ขอแนะนำว่ากระบวนการแก้สมการเคมีนั้นน่าตื่นเต้นสำหรับคุณ จากนั้นสมการทางเคมี (เราจะดูวิธีแก้ปัญหาและประเด็นที่คุณต้องจำในบทความนี้) จะไม่เป็นปัญหาสำหรับคุณอีกต่อไป
ปัญหาที่สามารถแก้ไขได้โดยใช้สมการปฏิกิริยาเคมี
งานเหล่านี้ได้แก่:
- การค้นหามวลของส่วนประกอบจากมวลที่กำหนดของรีเอเจนต์อื่น
- งานเกี่ยวกับการรวมกันระหว่างมวล-โมล
- การคำนวณการรวมปริมาตร-โมล
- ตัวอย่างการใช้คำว่า "ส่วนเกิน"
- การคำนวณโดยใช้รีเอเจนต์ซึ่งหนึ่งในนั้นไม่มีสิ่งเจือปน
- ปัญหาการสลายตัวของปฏิกิริยาและการสูญเสียการผลิต
- ปัญหาการค้นหาสูตร
- ปัญหาในการให้รีเอเจนต์ในรูปแบบของสารละลาย
- ปัญหาที่มีสารผสม
ปัญหาแต่ละประเภทเหล่านี้มีหลายประเภทย่อย ซึ่งโดยปกติจะกล่าวถึงรายละเอียดในบทเรียนเคมีของโรงเรียนครั้งแรก
สมการทางเคมี: วิธีแก้
มีอัลกอริธึมที่ช่วยให้คุณรับมือกับงานเกือบทุกอย่างในวิทยาศาสตร์ที่ยากลำบากนี้ เพื่อให้เข้าใจวิธีการแก้สมการเคมีอย่างถูกต้อง คุณต้องยึดรูปแบบต่อไปนี้:
- เมื่อเขียนสมการปฏิกิริยาอย่าลืมตั้งค่าสัมประสิทธิ์
- การกำหนดวิธีการค้นหาข้อมูลที่ไม่รู้จัก
- การใช้สัดส่วนที่ถูกต้องในสูตรที่เลือกหรือการใช้แนวคิดเรื่อง “ปริมาณของสาร”
- ให้ความสนใจกับหน่วยการวัด
ท้ายที่สุดการตรวจสอบงานเป็นสิ่งสำคัญ ในระหว่างกระบวนการตัดสินใจ คุณอาจทำผิดพลาดง่ายๆ ซึ่งส่งผลต่อผลลัพธ์ของการตัดสินใจ
กฎพื้นฐานสำหรับการเขียนสมการเคมี
หากคุณทำตามลำดับที่ถูกต้อง คำถามว่าสมการเคมีคืออะไรและจะแก้อย่างไรจะไม่ทำให้คุณกังวล:
- สูตรของสารที่ทำปฏิกิริยา (รีเอเจนต์) จะเขียนไว้ทางด้านซ้ายของสมการ
- สูตรของสารที่เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาจะถูกเขียนไว้ทางด้านขวาของสมการ
การวาดสมการปฏิกิริยาจะขึ้นอยู่กับกฎการอนุรักษ์มวลของสาร ดังนั้นทั้งสองด้านของสมการจะต้องเท่ากัน กล่าวคือ มีจำนวนอะตอมเท่ากัน ซึ่งสามารถทำได้โดยมีเงื่อนไขว่าค่าสัมประสิทธิ์ถูกวางไว้หน้าสูตรของสารอย่างถูกต้อง
การจัดเรียงสัมประสิทธิ์ในสมการเคมี
อัลกอริทึมสำหรับการจัดเรียงสัมประสิทธิ์มีดังนี้:
- การนับด้านซ้ายและด้านขวาของสมการสำหรับอะตอมของแต่ละองค์ประกอบ
- การหาจำนวนอะตอมที่เปลี่ยนแปลงไปในธาตุ คุณต้องไปหา N.O.K.
- การได้ค่าสัมประสิทธิ์ทำได้โดยการหาร ป.ป.ช. เพื่อจัดทำดัชนี อย่าลืมใส่ตัวเลขเหล่านี้หน้าสูตร
- ขั้นตอนต่อไปคือการคำนวณจำนวนอะตอมใหม่ บางครั้งจำเป็นต้องทำซ้ำการกระทำ
การทำให้ส่วนของปฏิกิริยาเคมีสมดุลเกิดขึ้นโดยใช้ค่าสัมประสิทธิ์ การคำนวณดัชนีจะดำเนินการผ่านเวเลนซ์
ในการเขียนและแก้สมการทางเคมีได้สำเร็จ จำเป็นต้องคำนึงถึงคุณสมบัติทางกายภาพของสารด้วย เช่น ปริมาตร ความหนาแน่น มวล คุณยังจำเป็นต้องทราบสถานะของระบบปฏิกิริยา (ความเข้มข้น อุณหภูมิ ความดัน) และทำความเข้าใจหน่วยการวัดปริมาณเหล่านี้
เพื่อให้เข้าใจคำถามว่าสมการเคมีคืออะไรและจะแก้อย่างไร จำเป็นต้องใช้กฎพื้นฐานและแนวคิดของวิทยาศาสตร์นี้ เพื่อให้คำนวณปัญหาดังกล่าวได้สำเร็จ คุณต้องจำหรือฝึกฝนทักษะการดำเนินการทางคณิตศาสตร์และสามารถดำเนินการกับตัวเลขได้ เราหวังว่าเคล็ดลับของเราจะช่วยให้คุณจัดการกับสมการเคมีได้ง่ายขึ้น
ปฏิกิริยารีดอกซ์เป็นกระบวนการของอิเล็กตรอน "ไหล" จากอะตอมหนึ่งไปอีกอะตอมหนึ่ง เป็นผลให้เกิดออกซิเดชันหรือการลดลงขององค์ประกอบทางเคมีที่ประกอบเป็นรีเอเจนต์
แนวคิดพื้นฐาน
คำสำคัญในการพิจารณาปฏิกิริยารีดอกซ์คือสถานะออกซิเดชัน ซึ่งแสดงถึงประจุระบุของอะตอมและจำนวนอิเล็กตรอนที่กระจายตัวใหม่ ออกซิเดชันเป็นกระบวนการสูญเสียอิเล็กตรอน ซึ่งจะไปเพิ่มประจุของอะตอม ในทางกลับกัน การลดลงเป็นกระบวนการได้รับอิเล็กตรอนซึ่งสถานะออกซิเดชันลดลง ดังนั้นตัวออกซิไดซ์จะรับอิเล็กตรอนใหม่และตัวรีดิวซ์จะสูญเสียพวกมันไปและปฏิกิริยาดังกล่าวจะเกิดขึ้นพร้อมกันเสมอ
การกำหนดสถานะออกซิเดชัน
การคำนวณพารามิเตอร์นี้เป็นหนึ่งในงานที่ได้รับความนิยมมากที่สุดในหลักสูตรเคมีของโรงเรียน การค้นหาประจุของอะตอมอาจเป็นได้ทั้งคำถามเบื้องต้นหรืองานที่ต้องใช้การคำนวณอย่างรอบคอบ ทุกอย่างขึ้นอยู่กับความซับซ้อนของปฏิกิริยาเคมีและจำนวนของสารประกอบที่เป็นส่วนประกอบ ฉันต้องการให้ระบุสถานะออกซิเดชันในตารางธาตุและพร้อมใช้งานเสมอ แต่ต้องจดจำหรือคำนวณพารามิเตอร์นี้สำหรับปฏิกิริยาเฉพาะ ดังนั้นจึงมีคุณสมบัติที่ชัดเจนสองประการ:
- ผลรวมของประจุของสารประกอบเชิงซ้อนจะเป็นศูนย์เสมอ ซึ่งหมายความว่าอะตอมบางอะตอมจะมีดีกรีเป็นบวก และบางอะตอมก็มีดีกรีเป็นลบ
- สถานะออกซิเดชันของสารประกอบพื้นฐานจะเป็นศูนย์เสมอ สารประกอบเชิงเดี่ยวคือสารประกอบที่ประกอบด้วยอะตอมของธาตุเดียว นั่นคือ เหล็ก Fe2 ออกซิเจน O2 หรือออกตะซัลเฟอร์ S8
มีองค์ประกอบทางเคมีซึ่งมีประจุไฟฟ้าไม่คลุมเครือในการเชื่อมต่อใดๆ ซึ่งรวมถึง:
- -1 - ฉ;
- -2 - โอ;
- +1 - H, Li, Ag, Na, K;
- +2 - บา, แคลิฟอร์เนีย, มก., สังกะสี;
- +3 - อัล
แม้ว่าจะชัดเจน แต่ก็มีข้อยกเว้นบางประการ ฟลูออรีน F เป็นองค์ประกอบพิเศษที่มีสถานะออกซิเดชันอยู่ที่ -1 เสมอ ด้วยคุณสมบัตินี้ องค์ประกอบหลายอย่างจึงเปลี่ยนประจุเมื่อจับคู่กับฟลูออรีน ตัวอย่างเช่น ออกซิเจนร่วมกับฟลูออรีนจะมีประจุ +1 (O 2 F 2) หรือ +2 (OF2) นอกจากนี้ ออกซิเจนจะเปลี่ยนระดับในสารประกอบเปอร์ออกไซด์ (ในไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H202 จะมีประจุเป็น -1) และแน่นอนว่า ออกซิเจนมีระดับเป็นศูนย์ในสารประกอบอย่างง่าย O2
เมื่อพิจารณาปฏิกิริยารีดอกซ์ สิ่งสำคัญคือต้องพิจารณาสารที่ประกอบด้วยไอออน อะตอมขององค์ประกอบทางเคมีไอออนิกมีสถานะออกซิเดชันเท่ากับประจุของไอออน ตัวอย่างเช่น ในสารประกอบโซเดียมไฮไดรด์ NaH ไฮโดรเจนควรมีประจุ +1 แต่โซเดียมไอออนก็มีประจุ +1 เช่นกัน เนื่องจากสารประกอบจะต้องเป็นกลางทางไฟฟ้า อะตอมไฮโดรเจนจึงมีประจุ -1 ไอออนของโลหะจะมีความโดดเด่นแยกจากกันในสถานการณ์นี้ เนื่องจากอะตอมของธาตุดังกล่าวจะถูกแตกตัวเป็นไอออนในปริมาณที่ต่างกัน ตัวอย่างเช่น เหล็ก F แตกตัวเป็นไอออนที่ +2 และ +3 ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของสารเคมี
ตัวอย่างการกำหนดสถานะออกซิเดชัน
สำหรับสารประกอบธรรมดาที่เกี่ยวข้องกับอะตอมที่มีประจุไม่คลุมเครือ การกระจายตัวของสถานะออกซิเดชันไม่ใช่เรื่องยาก ตัวอย่างเช่น สำหรับน้ำ H2O อะตอมออกซิเจนจะมีประจุ -2 และอะตอมไฮโดรเจนมีประจุ +1 ซึ่งรวมกันได้เป็นศูนย์ที่เป็นกลาง ในสารประกอบที่ซับซ้อนมากขึ้น มีอะตอมที่อาจมีประจุต่างกัน และต้องใช้วิธีแยกออกเพื่อกำหนดสถานะออกซิเดชัน ลองดูตัวอย่าง
โซเดียมซัลเฟต Na 2 SO 4 มีอะตอมกำมะถันซึ่งมีประจุสามารถรับค่า -2, +4 หรือ +6 ฉันควรเลือกค่าใด ก่อนอื่น เราพิจารณาว่าโซเดียมไอออนมีประจุ +1 ออกซิเจนในกรณีส่วนใหญ่จะมีประจุเป็น –2 มาสร้างสมการง่ายๆ:
1 × 2 + S + (–2) × 4 = 0
ดังนั้นประจุของซัลเฟอร์ในโซเดียมซัลเฟตคือ +6
การจัดเรียงสัมประสิทธิ์ตามรูปแบบปฏิกิริยา
ตอนนี้คุณรู้วิธีกำหนดประจุของอะตอมแล้ว คุณสามารถกำหนดค่าสัมประสิทธิ์ให้กับปฏิกิริยารีดอกซ์เพื่อให้สมดุลได้ งานเคมีมาตรฐาน: เลือกสัมประสิทธิ์ปฏิกิริยาโดยใช้วิธีสมดุลอิเล็กตรอน ในงานเหล่านี้ คุณไม่จำเป็นต้องพิจารณาว่าสารใดก่อตัวขึ้นเมื่อสิ้นสุดปฏิกิริยา เนื่องจากทราบผลลัพธ์แล้ว ตัวอย่างเช่น กำหนดสัดส่วนด้วยปฏิกิริยาง่ายๆ:
นา + O2 → นา 2 O
ลองหาประจุของอะตอมกัน เนื่องจากโซเดียมและออกซิเจนทางด้านซ้ายของสมการเป็นสารอย่างง่าย ประจุของพวกมันจึงเป็นศูนย์ ในโซเดียมออกไซด์ Na2O ออกซิเจนมีประจุ -2 และโซเดียมมีประจุ +1 เราจะเห็นว่าทางด้านซ้ายของสมการ โซเดียมมีประจุเป็นศูนย์ และทางด้านขวามีประจุบวก +1 เช่นเดียวกับออกซิเจน ซึ่งเปลี่ยนเลขออกซิเดชันจากศูนย์เป็น -2 ลองเขียนสิ่งนี้ด้วยภาษา "เคมี" เพื่อระบุประจุขององค์ประกอบในวงเล็บ:
นา(0) – 1e = นา(+1)
O(0) + 2e = O(–2)
หากต้องการปรับสมดุลปฏิกิริยา คุณต้องปรับสมดุลออกซิเจนและเพิ่มแฟคเตอร์เป็น 2 ให้กับโซเดียมออกไซด์ เราได้รับปฏิกิริยา:
นา + O2 → 2Na2O
ตอนนี้เรามีโซเดียมไม่สมดุล ลองปรับสมดุลโดยใช้ปัจจัย 4:
4Na + O2 → 2Na2O
ตอนนี้จำนวนอะตอมของธาตุทั้งสองข้างของสมการเท่ากัน ดังนั้นปฏิกิริยาจึงมีความสมดุล เราทำทั้งหมดนี้ด้วยตนเอง และไม่ใช่เรื่องยาก เนื่องจากปฏิกิริยานั้นเป็นเพียงเบื้องต้น แต่ถ้าคุณต้องการปรับสมดุลปฏิกิริยาของรูปแบบ K 2 Cr 2 O 7 + KI + H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4)3 + I2 + H 2 O + K 2 SO 4? คำตอบนั้นง่าย: ใช้เครื่องคิดเลข
เครื่องคำนวณสมดุลปฏิกิริยารีดอกซ์
โปรแกรมของเราช่วยให้คุณตั้งค่าสัมประสิทธิ์สำหรับปฏิกิริยาเคมีที่พบบ่อยที่สุดได้โดยอัตโนมัติ ในการดำเนินการนี้ คุณจะต้องป้อนปฏิกิริยาในช่องโปรแกรมหรือเลือกจากรายการแบบเลื่อนลง เพื่อแก้ปัญหาปฏิกิริยารีดอกซ์ที่แสดงข้างต้น คุณเพียงแค่ต้องเลือกปฏิกิริยาจากรายการและคลิกที่ปุ่ม "คำนวณ" เครื่องคิดเลขจะให้ผลลัพธ์ทันที:
K 2 Cr 2 O 7 + 6KI + 7H 2 SO 4 → Cr 2 (SO 4)3 + 3I2 + 7H 2 O + 4K 2 SO 4
การใช้เครื่องคิดเลขจะช่วยให้คุณปรับสมดุลปฏิกิริยาเคมีที่ซับซ้อนที่สุดได้อย่างรวดเร็ว
บทสรุป
ความสามารถในการปรับสมดุลปฏิกิริยาเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับเด็กนักเรียนและนักเรียนทุกคนที่ใฝ่ฝันที่จะเชื่อมโยงชีวิตเข้ากับเคมี โดยทั่วไป การคำนวณจะดำเนินการตามกฎที่กำหนดไว้อย่างเคร่งครัดเพื่อทำความเข้าใจว่าความรู้เบื้องต้นเกี่ยวกับเคมีและพีชคณิตใดที่เพียงพอ โปรดจำไว้ว่าผลรวมของสถานะออกซิเดชันของอะตอมของสารประกอบจะเท่ากับศูนย์เสมอและสามารถแก้สมการเชิงเส้นได้ .
ลิ้นสั้น (มีดผ่าตัดหรือเลเซอร์?
ทำไม Kolchak ถึงไม่ถึงแม่น้ำโวลก้า?
“ ค่ำคืนแห่งปริศนาจากผลงานของ S.