Reacții de oxidare-reducere. Electroliza topiturilor și soluțiilor de electroliți
Astăzi - lecție de chimie 9 - Reacții de reducere a oxidării. Electroliza topiturilor și soluțiilor de electroliți. Dar, mai întâi, verificați răspunsurile la sarcinile de testare lecției chimie 8. 1-3, 2-1, 3-4, 4-2, 5-2, 6-2, 7-2, 8-3, 9-1, 10- 4, 11-1, 12-2, 13-4, 14-3, 15-4, 16-3, 17-3, 18-3, 19-1, 20-3, 21-4, 22-3, 23-2, 24-3, 25-3.
Să mergem la lecția de chimie 9.
Gradul de oxidare este sarcina condiționată (formală) a atomului din compus, calculată pe presupunerea că toți atomii din moleculă sunt ioni. și molecula însăși este neutră din punct de vedere electric.
Atomii mai multor elemente electronegative au o stare de oxidare negativă, iar elementele mai puțin electronegative au un grad pozitiv.
Prin urmare, în determinarea gradului de oxidare trebuie să procedeze în primul rând, nu din structura electronică a atomilor și numărul de formal-TION a principiilor în conformitate cu care toți atomii sunt împărțite în trei grupe: atomi cu o stare de oxidare constantă; atomi având starea de oxidare predominant; atomi cu un grad variabil de oxid-TION.
Primul grup include atomi de metale alcaline (+1), alcalino-pământ (+2), aluminiu (+3) și fluor (-1). Cel de-al doilea poate include atomi de hidrogen (aproape întotdeauna +1, dar în compușii cu metale alcaline și alcalino-pământoase -1); oxigen (de obicei -2, dar în combinație cu fluorul +1 și +2 și în peroxizii -1). Aici putem include și atomii de fier care au cele două stări de oxidare cele mai comune (+2 și +3). Gradul de oxidare a atomilor rămași depinde de mediul lor chimic.
Când se determină gradul de oxidare a atomilor într-o moleculă, se recomandă următoarea procedură:
Pentru a stabili gradul de oxidare a atomilor în care este neschimbată.
Faceți o concluzie cu privire la gradul de oxidare a atomilor care au o stare predominantă de oxidare.
Oxidarea Restul atomilor determina matematic, bazat pe electroneutralitate a moleculei (determinată dacă gradul de oxidare al elementului în ionul complex, suma stărilor de oxidare a tuturor elementelor egale cu sarcina ionului).
De asemenea, este necesar să vă amintiți următoarele:
a) gradul de oxidare a atomilor din moleculele de substanțe simple (H2, C, O3) este zero;
b) metalele din toți compușii au numai stări de oxidare pozitive;
c) gradul de oxidare a atomului nemetal din sare este întotdeauna egal cu gradul său de oxidare în acidul corespunzător.
Cu o astfel de acțiune, gradul de oxidare se poate dovedi a fi o cantitate fracționată, care nu contrazice în nici un fel definiția sa. De exemplu, în compusul de fier Fe3O4, starea de oxidare a fierului este +8 / 3.
Maximul (cea mai mare), gradul de oxidare a elementului (S.O.max) este, în general, egal cu numărul de grup în care elementul în sistemul periodic-CAL (excluderea oxigenului, fluor, elemente de subgrupă de cupru).
Cel mai mic (minim) grad de oxidare a metalelor este zero.
Cel mai mic grad de oxidare a metalelor (C.O.min) este de obicei egal cu:
C.O.min = C.O.max - 8
De exemplu, pentru sulf: 6 - 8 = -2.
Diferiți atomi ai aceluiași element, care fac parte dintr-o moleculă. pot avea diferite grade de oxidare. Această situație este cea mai frecventă în chimia organică.
Reacțiile care apar cu o schimbare a gradului de oxidare a atomilor care intră în compoziția moleculelor de reacție se numesc reacții redox.
Oxidarea este procesul de recul a electronilor de către un atom, un ion sau o moleculă.
Recuperarea este procesul de atașare a electronilor de un atom, o moleculă sau un ion
Un agent reducător este o substanță care conține un element care eliberează electroni, în timp ce starea de oxidare a acestui element crește. Ca rezultat al reacției, agentul reducător este oxidat. Agenți reducători puternici: metale alcaline și alcalino-pământoase. Mn, Al, H2 (în special la momentul izolării), HI și ioduri, HBr și bromuri, H2S și sulfuri, NH3. PH3. H3P03. C, Fe2 + și Cr2 +.
oxidantul este Fe 3+ (Fe 3+ + le = Fe 2+), iar agentul reducător este ionul I -.
Metode pentru formularea ecuațiilor reacțiilor de reducere a oxidării
Pentru a compune ecuațiile reacțiilor de reducere a oxidării, se folosesc două metode: echilibru electronic și jumătate de reacție. Principala cerință a ambelor este că numărul de electroni returnați de către restaurator ar trebui să fie egal cu numărul de electroni preluați de oxidant.
În metoda echilibrului electronic, gradul de oxidare a fiecărui atom este determinat mai întâi și apoi se determină circuitele care reflectă procesul de transfer de electroni. După aceea, factorii sunt aleși în conformitate cu regula de a găsi un multiplu comun, care vor fi coeficienții oxidantului și agentului reducător.
Luați în considerare reacția de oxidare-reducere:
2CI - 2e → Cl2O
Acum echivalăm numărul de atomi care nu participă la reacția de reducere a oxidării:
a) ioni metalici care nu au schimbat gradul de oxidare (potasiu):
b) ioni ai resturilor acide (în această reacție cu ioni de clor):
c) ionii de hidrogen:
În concluzie, se poate verifica corectitudinea dispunerii coeficienților prin numărarea numărului total de atomi de oxigen din stânga și din dreapta.
În metoda de reacții pe jumătate, coeficienții de reacție de reducere a oxidării sunt determinați luând în considerare forma specifică a ionilor care participă la proces. Avantajul metodei este lipsa necesității de a folosi conceptul de grad de oxidare. În plus, ne permite să luăm în considerare influența mediului de reacție asupra naturii procesului.
OVR intermoleculare - reacții în care oxidantul și agentul reducător sunt în compoziția diferitelor molecule.
Reacții OVR intramoleculare, în care oxidantul și agentul reducător sunt într-o singură moleculă.
Disproportionarea este o reacție de reducere a oxidării în care același element crește simultan și scade starea de oxidare.
Electroliza se numește procesul de oxidare-reducere, care se realizează pe electrozi atunci când un curent electric trece printr-o soluție topită sau electrolitică.
Esența electrolizei este implementarea reacțiilor chimice - recuperarea pe catod și oxidarea la anod - datorită energiei curentului electric furnizat din exterior.
Astfel, dacă în soluție sau topitură de clorură de sodiu, cufundați electrozi inerți (carbon) și se trece curent electric direct, ionii dobândesc mișcarea direcțională: cationii Na + se va deplasa spre catod (electrodul încărcat negativ) și anionii Cl - la anod (electrodul încărcat pozitiv) .
Ecuația generală de electroliză a topiturii de clorură de sodiu:
catod: Na + + e → Na °
anod: 2C1 - 2e → Cl ° 2
2Na + + 2CI -> 2Na ° + CI2 °
sau 2NaCl → 2Na ° + Cl2O
Această reacție este redox: la catod are loc procesul de reducere, la oxidarea anodului.
Electroliza soluțiilor apoase ale electroliților este mult mai complicată, deoarece moleculele de apă pot participa la proces. De aceea, în cazul, de exemplu, de electroliză a unei soluții apoase de clorură de sodiu, teoretic pot avea loc câteva transformări simultan:
1) oxidarea la anod:
2CI - 2e → Cl2 sau 2H2O - 4e -> 02 + 4H +
2) reducere pe catod:
Na + + e → Na0 sau 2H20 + 2e → H2 + 2OH -
Pentru a determina care dintre procesele posibile vor avea loc, ar trebui urmate următoarele reguli: Pentru procesul de reducere care se desfășoară la catod:
- în soluții apoase conținând cationi metalici având un potențial electrod standard mai mare decât hidrogen (de la Cu 2+ la Au 3+), ionii metalici sunt reduse;
- cationi metalici, cu un potențial scăzut (Li + de la 3+ la Al vklyuchitel-dar) nu este redus la catod, în schimb recuperate molecula mo-apă;
- cationi metalici, cu un potențial mai scăzut decât cel al hidrogenului, dar mai mare decât cea a aluminiului (A1 3+ ionilor de H +) în electroliza la catod sunt reduse simultan cu moleculele de apă.
Dacă soluția apoasă conține cationi de metale diferite, recuperarea prin electroliza acestor metale la veniturile catod conform cu scăderea valorii algebrică a potențialului de electrod standard al metalului corespunzător. Pentru ao cunoaște, trebuie să vă întoarceți la seria electrochimică a solicitărilor metalice.
Astfel, dintr-un amestec de cationi, Ag +. Cu 2+. Fe 2+ va restabili primul Xia cationi de argint (φ ° = +0,80 V), apoi cationii de cupru (φ ° = +0,34 V), iar ultima - cationii de fier (φ ° = -0,44 V).
Natura reacțiilor care apar la anod depinde atât de prezența moleculelor de apă, cât și de substanța din care se formează anodul.
Dacă anodul este insolubil, adică anioni inert (carbon, grafit, platină, Zo-loto), procesul de electroliză este mai întâi oxidat beskislo-nativi acizi (cu excepția fluorhidric), apoi moleculele de apă (cu evoluție de oxigen) și numai în ultimă instanță - săruri ale acizilor conținând oxigen și de fluoruri. În timpul electrolizei soluțiilor de oxidare alcalină a ionilor de hidroxid are loc.
Dacă un anod solubil (fier. Cupru, zinc, argint și toate metalele. Care sunt oxidate în procesul de electroliză), atunci, indiferent de natura anionului este întotdeauna oxidarea anodică a metalului.
Când electronii sunt eliberați, echilibrul dintre electrod și soluție este deplasat, iar anodul se dizolvă.
Legile electrolizei Faraday.
Prima lege Faraday - masa substanței formate pe electrozi, este direct proporțională cu cantitatea de energie electrică care este trecută.
A doua lege a lui Faraday - pentru evacuarea unui mol de ioni la electrodul trebuie să treacă prin cantitatea de electrolit de energie electrică egală cu sarcina ionului înmulțită cu constanta Faraday F. formula prima și a doua lege Joint Faraday:
unde m este masa substanței eliberate la electrod, M este masa molară a acesteia. n este numărul de electroni care participă la procesul de electrod, I este curentul (A), t este timpul (perioadele) de electroliză.
A fost o lecție în chimie. 9 - Reacții de reducere a oxidării. Electroliza topiturilor și soluțiilor de electroliți