№12 дәріс
|
Тотығу-тотықсыздану реакцияларының химиялық талдаудағы мәні.
Қарастырылатын сұрақтар (дәріс жоспары):
1. Тотығу-тотықсыздану процесстері.
2. Тотығу-тотықсыздану реакцияларындағы тепе-теңдік константасы.
3. Аналитикалық химиядағы тотығу-тотықсыздану реакциялары.
Дәрістің қысқаша мазмұны:
Тотығу – тотықсыздану реакциялары. Тотығу – тотықсыздану потенциалдары (редокс-потенциал).Тотығу-тотықсыздану реакцияларының бағыты. Стандартты электродтар және тотығу-тотықсыздану потенциалдары. Нернст теңдеуі. Реакцияның жүруіне орта рН-ның және редокс түрінің концентрациясының әсері. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының анализдегі маңызы.
Барлық химиялық реакциялар екi типке жiктеледi. Бiрiншi типке әрекеттесушi заттардың элементтерiнiң тотығу дәрежелерi өзгерiске ұшырамайтын реакциялар жатады. Бұл реакцияларға ион алмасу, ыдырау және басқалары мысал бола алады. Мысалы: HCI + AgNO3 = AgCI + HNO3 CaCO3 = CaO + CO2 Екiншi реакциялартипiнеәрекеттесушi заттарэлементтерiнiң (атом, ион, молекула) тотығудәрежелерiнiңөзгеруi арқылыжүретiнреакцияларжатады, мысалы: Zn + 2HCI = ZnCI2 + H2 Әрекеттесушi заттар құрамына кiретiн атомдар немесе иондардың реакция нәтижесiнде тотығу дәрежелерi өзгере жүретiн реакцияларды тотығу-тотықсыздану реакциялары деп атайды. Тотығу дәрежелерi электрондарды берiп жiберуiнен (тотығады, тотықсыздану процесі), ал екiншi бiреулерiнiң қосып алуынан (тотықсызданады, тотығу процесі) өзгередi. Барлық химиялық реакциялар екi типке жiктеледi. Бiрiншi типке әрекеттесушi заттардың элементтерiнiң тотығу дәрежелерi өзгерiске ұшырамайтын реакциялар жатады. Бұл реакцияларға ион алмасу, ыдырау және басқалары мысал бола алады. Мысалы: HCI + agno3 = agci + HNO3 Caco3 = cao + CO2 Екiншi реакциялартипiнеәрекеттесушi заттарэлементтерiнiң (атом, ион, молекула) тотығудәрежелерiнiңөзгеруi арқылыжүретiнреакцияларжатады, мысалы: Zn + 2HCI = znci2 + H2 Әрекеттесушi заттар құрамына кiретiн атомдар немесе иондардың реакция нәтижесiнде тотығу дәрежелерi өзгере жүретiн реакцияларды тотығу-тотықсыздану реакциялары деп атайды. Тотығу дәрежелерi электрондарды берiп жiберуiнен (тотығады, тотықсыздану процесі), ал екiншi бiреулерiнiң қосып алуынан (тотықсызданады, тотығу процесі) өзгередi.
Тотығу-тотықсыздану процесі бiр-бiрiмен қатар жүредi, өйткенi бiр атом немесе ион электрон бередi, ал екiншiсi оны қосып алады. Тотықсыздандырғыш берiп жiберген электрон саны, тотықтырғыш қосып алған электрон санына тең болады.
Әр тотығу-тотықсыздану реакциясында екі редокс-жұп болады. Редокс-жұп дегеніміз – берілген заттың тотыққан және тотықсызданған формасынан құралған жүйе, ондағы тотыққан форма (тотықтырғыш) электрондардың акцепторы болып келеді де өзі электрон қабылдап тотықсызданады, ал тотықсызданған форма электрон доноры ролін атқарады да электрон беріп өзі тотығады.
Кез-келген заттың тотықтырғыш немесе тотықсыздандырғыш қасиеті (эффективность) оның табиғатына, тотығу-тотықсыздану реакциясының жүру жағдайына және редокс-жұптың тотығу-тотықсыздану (немесе электродты) потенцилының көрсеткішіне байланысты болады. Бұл потенциалды эксперимент жүзінде тотықтырғыш-тотықсызандырғыш электродтың көмегімен анықтайды.
Егер тотығу-тотықсыздану реакциясына сутек ионы қатыспаса, онда тотығу-тотықсыздану реакциясының потенциалын Нернст теңдеуімен өрнектеуге болады:
Егер, тотығу-тотықсыздану реакцияларында сутегі ионы қатысатын болса, онда редокс-жұптың тотығу-тотықсыздану потенциалы теңдеуіне сутек ионының активтілігі ɑ(H3O+) кіреді:
Егер тотығу-тотықсыздану реакциясының потенциалы нолден үлкен болса △Е = (EOx – ERed) > 0, реакция бағыты реакция теңдеуі бойынша оң бағытта жүреді. Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштардың потенциалдарының айырмасы жоғары болған сайын әрекеттесу белсенді түрде жүреді.
△Е = (EOx – ERed) < 0 болса, онда реакция кері бағытта жүреді.
Егер △Е = (EOx – ERed) = 0 болса, яғни EOx = ERed реакцияға қатысқан редокс-жұптың потенциалдары тең болса, онда жүйе химиялық тепе-теңдікте болады.
Электрохимиялық реакцияның тотығу-ттықсыздану реакциясының тепе-теңдік константасы (К) келесі теңдеумен сипатталады:
; мұндағы △Е – жүйенің электр қозғаушы күші, ол Гиббс энергиясының өзгерісімен байланысты: △G0 = -nF△Е;
Осы дәріске ағымдық, аралық, қорытынды бақылау бойынша тест тапсырмалары және сұрақтар
1. Тотығу-тотықсыздану реакциясы мен алмасу реакциясының қандай айырмашылығы бар? Реакциядағы тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш рөлі қандай?
2. Төмендегі реакциялардың жартылай электронды иондық теңдіктерін жазып, коэффициенттерін қойыныздар:
Cr3+ + NaBiО3 + Н+→Сr2O72- + Вi3++ Н2O
MnO4- + Cr3+ + H2O → MnO(OH)2↓ + Cr2O72- +H+
MnO4- + SO32- + H+ → Mn2+ + SO42- + H2O
MnO4- + NO2- + H+→ Mn2+ + NO3- + H2O
J2+S2O32-→ 2J- +S4O62-
3. Неге сынап H2SО4-тa ерімейді, ал HJ-та сутегін бөліп шығарып ериді?
4. Heгe HgS HNО3-тa ерімейді, ал HNО3 пен HC1 (1:3) қоспасында ериді?
5. Тотығу-тотықсыздану потенциалы деген не, ол нені сипаттайды?
6. Төмендегі жүйелердің тотығу-тотықсыздану потенциалына ерітіндінің қышқылдығы қалай әсер етеді:
1) Cr2O7/2Сr ,
2) MnO4/Mn2+;
3)SO42-/H2S;
4) NO3-/NO;
5) AsO43-/AsO33-?
7. Fе2+ және Fе3+ иондары бар ерітіндіге KCN қосқанда тотығу-тотықсыздану потенциалының мәні неге азаяды?
8. 1) 0,3 М НСООН; 2) 5% NH4C1 ерітінділеріндегі сутегі электродының потенциалын есептеңіздер.
9. Сутегі электродының потенциалы -0,53В-қа тең болу үшін 1л 0,1М NH3 ерітіндісінде неше грамм NH4C1 еріту керек?
10. 1л 0,1М CH3COONa жэне 100 мл 0,1М СН3СООН араластырып алынған ерітіндідегі сутегі электродының потенциалын есептеңіздер.
11. Келтірілген металдардың қайсысы Н+ иондарын Н2-ге дейін тотықсыздандыра алады: Cd, Sn, Sb, Al, Ag?
12. Төмендегі тотығу тотықсыздану реакцияларының тепе-тендік константаларын есептеңіздер:
2Mn042- + 5NО2- + 6Н+ → 2Mn2+ + 5NО3- + 3Н2О
2Fe3+ + SnCl42- + 2Сl-→ 2Fе2++ SnCl62-
Cr2O72- + 6Fе2++14H+ → 2Сr3++ 6Fе3++ 7Н2O
МnO4-+ 5Fе2++ 8Н+→ Мn2++ 5Fе3++ 4Н2O
Сr2O72-+ 6J-+14H+ → 2Cr3+ + 3J2+ 7Н2O
|
1
|
