Сұрақтар мен тапсырмалар бойынша конспект жасап, жазбалар жасау

1. 
   Тұздар гидролизі дегеніміз не?
   
2. 
   Мына заттардың қайсысы сілтілік орта көрсетеді: KNO₃, BaCI₂, K₂CO₃?
   
3. 
   Қай ион лакмустың күлгін түсін қызыл түске ауыстырады:Н⁺, Сa ²⁺, OH^-?
   
4. 
   Күкірт қышқылы мен натрий сульфиді арасындағы қысқартылған
   

5. Гидролиз теңдеуінің ортасы қандай?

K₂S + HOH =

15 ТОТЫҒУ – ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯЛАРЫ
Тотығу-тотықсыздану процесін толық түсіну үшін химиядағы төмендегідей 3 түсінікті қарастыру керек: «электртерістілік», «тотығу дәрежесі», «валенттілік».

Электртерістілік

Электртерістілік химияда 150 жылдан бері белгілі. Атом құрылысы мен химиялық байланыстың дамуына орай ол электрондық жолмен түсіндіріледі. Бұл түсініктің қазіргі анықтамасын Л.Полинг 1932 жылы берді. Полинг бойынша электртерістілік «молекуладағы атомның электронды өзіне тарту қасиеті». Инертті элементтердің электртерістілігі болмайды, себебі олардың сыртқы электрондық қабаты аяқталған. А, В атомдары А⁺, В^- немесе В⁺, А^-. Бірінші жағдайда А⁺ ионы түзілу үшін, яғни А – атомынан электрон әкету үшін энергия жұмсау керек. Электронды бейтарап атомнан жұлып әкетуге қажет энергия иондану энергиясы деп аталады. Бөлінген электрон В атомына бірігеді де нәтижесінде энергия бөлінеді. Бір атомға электрон біріккенде бөлінетін энергия электрон тартқыштық деп аталады. Иондану энергиясын І_А, электрон тартқыштықты Е_В деп белгілейік. Мәні жағынан І_А= Е_В. Электртерісітіліктің мәні х=І+Е. Мысалы фтор мен литийдің электртерісітілік мәнін табайық І_F=17,42 эв, Е_F=3,62 эв, І_Li=5,39 эв, Е_Li=0,22эв, ендеше х_F=17,42+3,62=21,04(эв), х_Li=5,39+0,22=5,61(эв)

Фтор үшін І+Е мәні үлкен, ендеше оның электртерістілігі күшті. Электртерістіліктің абсолют мәнін қолдану қиындық туғызады. Сондықтан электртерістіліктің салыстырмалы мәні қолданылады. Ол үшін Li электртерістілік х_Li = 1 деп алынып басқа элемент сонымен салыстырылады.


Электртерістілік мәнін химиялық байланыстың мықтылығын анықтауда қолдануға болады. Электртерістілік кестесін Л.Полинг ұсынған.

Тотығу дәрежесі

Тотығу дәрежесі атомның молекуладағы күйін анықтайды. Оны кейде тотықтыру саны деп аталады (ағылшын тілінде oxidation number). Бұл түсінікті анықтау үшін молекуладағы бір атомның валенттілік электрондары екінші атомға көшкен деп есептеледі де молекула оң және теріс зарядталған иондардан тұрады деп саналады. Шындығында да көпшілік жағдайда электрон толық берілмейді тек электрон бұлты бір атомнан екінші атомға ығысады.

Тотығу дәрежесі – дегеніміз молекула иондардан дұрады деп есептеліп алынған атомның молекуладағы шартты заряды.

Молекуладағы атомдардың тотығу дәрежелері алгебралық қосындысы үнемі нольге тең, ал күрделі ионда ион зарядына тең.

Валенттілік деп элемент атомдарының қосылыс түзу қабілетін айтамыз. Валенттілік бір элемент атомының екінші бір элемент атомымен байланыс санын анықтайды. Валенттіліктің таңбасы болмайды. Валенттілік пен тотығу дәрежесі мәні бір-біріне сәйкес келе бермеуі мүмкін.

валенттілік ІV ІV ІV ІV

Барлық химиялық реакцияларды екі типке бөлуге болады. Біріншісі атомдардың тотығу дәрежесі өзгермей жүретін, екіншісі өзгере жүретін реакциялар.

Бірінші типке мысал:




Екінші типке мысал






Реакцияласушы заттардың құрамына енетін атомдардың тотығу дәрежесін өзгерте жүретін реакциялар тотығу – тотықсыздану реакциялары деп аталады. Қазіргі кездегі көзқарас бойынша тотығу дәрежесі өзгеруі электрон тарту мен ығысуға байланысты жүретіндіктен төмендегідей анықтама беруге болады.

Тотығу-тотықсыздану реакциялары электрондар бір атомнан, молекуладан немесе ионнан басқасына ауыса жүретін реакциялар. Тотығу – тотықсыздану реакцияларының негізгі жағдайлары:

1. 
   тотығу процесі деп атом, молекула немесе ионның электрон беріп тотығу дәрежесінің артуын айтамыз.
   

2. 
   тотықсыздану процесі деп атом, молекула немесе ионның электрон қосып алып тотығу дәрежесінің төмендеуін айтамыз.
   

3. 
   электрон беруші атом, молекула немесе ион тотықсыздандырғыш, ал электрон қосып алушы атом, молекула немесе ион тотықтырғыш деп аталады. Химиялық реакция кезінде тотықсыздандырғыш тотығып тотықтырғыш тотықсызданады.
   
4. 
   тотығу үнемі тотықсызданумен қапталдасады тотықсыздану үнемі тотығумен байланысты.
   

Т-с-з-ш - е ↔т-т-т-ш

Т-т-т-ш + е ↔т-с-з-ш
Сондықтан тотығу-тотықсыздану процесі қарама – қарсы екі процестің тотығу және тотықсызданудың бірігуін көрсетеді.

GeO₂ + H₂ = 2H₂O + Ge

Zn О+ C = Zn + CO

3Fe₂O₃ + CO = 2Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO = 3FeO + CO₂

FeO + CO = Fe + CO₂

Na₂S₂O₃ + 4HClO + H₂O = 2H₂SO₄ + NaCl + 2HCl

2Na₂SO₃ + O₂ = 2Na₂SO₄

2SO₂ + O₂ = 2SO₃

2CO + SO₂ = S + 2CO₂

2H₂S + SO₂ = 3S + 2H₂O

HNO₃ + 3HCl = NOCl + 2Cl + 2H₂O

NOCl = NO + Cl a

HNO₃ + 3HCl = NO + 3Cl + 2H₂O

Au + 3Cl + HCl = H[AuCl₄] б

Au + 4HCl + HNO₃ = H[AuCl₄] + NO + 2H₂O

Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыш әр түрлі заттардаорналасқан, ол заттар күрделі немесе жай болуы мүмкін.

Мысалы N₂ + 3H₂ = 2NH₃

4NH₃ + 5O₂ = 4NO + 6H₂O

N₂ + O₂ = 2NO

2NO + O₂ = 2NO₂

Ол реакциялар газ тәрізді заттар арасында қатты күйдегі немесе ерітінділерде болуы мүмкін.

Мысалы

газ + қ.з. 2Mg + O₂ = 2MgO

қ.з. + сұйық 4HCl + MnO₂ = Cl₂ + 2H₂O + MnCl₂

қ.з. + қ.з. 2Al + Fe₂O₃ = Al₂O₃ + 2Fe

C + PbO = Pb + CO

еріт.+еріт. 5KNO₂ + 2KMnO₄ + 3H₂SO₄ = 5KNO₃ + 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O

Молекулааралыққа осылармен қатар бір элементтің әр түрлі тотығу дәрежелі күйіндегі заттардың әрекеттесуін жатқызуға болады.

Молекулаішілік тотығу-тотықсыздану реакциялары бір молекула ішіндегі атомдардың тотығу дәрежесінің өзгеруі бойынша жүретін реакцияларды атаймыз.

2NaNO₃ =2NaNO₂ + O₂

2KClO₃ = 2KCl + 3O₂

(NH₄)₂Cr₂O₃ = N₂ + Cr₂O₃ + 4H₂O

NH₄NO₂ = N₂ + 2H₂O

2. Диспропорциялану типі.

Бір заттың молекуласы әрі тотықтырғыш әрі тотықсыздандырғыш ретінде әрекеттеседі, нәтижесінде аралық тотығу дәрежелі күйіндегі атомдар тотығу дәрежесін арттырып немесе кемітеді. (алғашқы күймен салыстырғанда). Мысал ретінде калий манганатының перманганатқа және маргенец (ІV) оксидіне ауысуын алуға болады.

т-сз-у

Тағы да мысалдар:

Cl₂ + H₂O = HClO + HCl

4KClO₃ = 3KClO₄ + KCl

3HNO₂ = HNO₃ + 2NO + H₂O

4Na₂SO₃ = 3Na₂SO₄ + Na₂S

3K₂SO₃ + K₂SO₄ = 3K₂SO₄ + K₂S

Бұл реакциялар бұрын өзідігінен тотығу – тотықсыздану деп аталған, қазір бұл терминді қолданбайды.

Аралас тотығу – тотықсыздану реакциялары

3Zn + 8HNO₃ →3Zn(NO₃)₂ + 2NO + 4 H₂O

Тотығу – тотықсыздану реакцияларының теңдеуін құру үшін бастапқы және соңғы заттардың химиялық формуласын білу керек. Бастапқы заттар белгілі болғанда реакция өнімі эксперименттік жолмен немесе элементтердің белгілі қасиеттері негізінде анықталады. Дұрыс жазылған реакция теңдеуі зат массасыныңы сақталу заңын түсіндіреді. Эквивалент заңы бойынша заттар белгілі қатынаста бір – бірімен қосылады.

Күрделі реакцияларда тотықсыздандырғыш тотықтырғыштан басқа реакцияласушы заттар үшін орта ролін атқарушы басқа зат қатысады.

mА + nВ + pС = rА₁ + sВ₁ + tD

А – тотықсыздандырғыш, В – тотықтырғыш, С – реакция ортасы, А₁, В₁, D реакция өнімдері. mn-мәндері тотығу-тотықсыздану реакциясындағы сияқты табылады, ал қалған коэффициенттер m, n табылған соң табылады.

Күрделі реакцияларда заттардың реакцияласқыштығы заттың химиялық құрылымы мен әрекеттесу шартына тәуелді болады. Сонымен қатар химиялық процесс жүруі үшін ортаның ролі өте үлкен химиялық реакция ортасына байланысты реакция бағыты өзгеруі мүмкін. Химиялық реакция ортасы бейтарап, қышқыл, сілтілік болуы мүмкін. Ерітіндіде қышқыл орта болу үшін көбіне Н₂SО₄ қолданылады. HNO₃, HCl сирек қолданылады. Себебі HNO₃ өзі тотықтырғыш, HCl тотықсыздандырғыш. Сілтілік орта беру үшін NaОН, КОН қолданылады.

Күрделі реакция теңдеуін құруда төмендегідей ережелерді қолдану керек:

1. 
   Бастапқы заттарды жазған соң тотықтырғыш, тотықсыздандырғыш (және су, қышқыл, сілті керек болғанда)
   
2. 
   Егер бастапқы заттар құрамында оттегі реакция өніміне қарағанда көп болса онда бөлінген оттегі қышқыл ортада сутегі иондарымен су түзеді, ал нейтраль және сілтілік ортада гидроксид ион түзеді. (қышқыл ортада),
   
3. 
   Егер бастапқы заттардағы оттегі шыққан затқа қарағанда аз болса, онда ол су молекуладағы оттегімен толықтырылады. , . Ал сілтілік ортада оттек саны гидроксид ион есебінен толықтырылады
   

4. 
   Бейметалдардың оң тотығу дәрежелі атомдары мен металдардың жоғары тотығу дәрежелі иондары оттегімен қосылып оксидтердің бейтарап молекуласын түзеді: СО, СО₂, NO, NO₂, SO₂, SiO₂, SnO₂, MnO₂; немесе күрделі оттекті иондар:
   
5. 
   Сутегі ионы қосылып түзеді.
   
6. 
   Төменгі тотығу дәрежелі элементтер ОН^- ионы қатысында тотыққанда бұл элементтердің жоғары тотығу дәрежелі қосылыстары және су түзіледі.
   
7. 
   Жоғары тотығу дәрежелі элементтердің тотықсыздануы судың қатысында төменгі тотығу дәрежелі қосылыстар және гидроксо ион түзеді.
   
8. 
   Қышқыл және бейтарап ортада металл иондары қышқыл қалдықтарымен тұз түзеді.
   
9. 
   (+2,+3,+4) Металл иондары қышқыл қалдықтарымен сілтілік ортада гидроксокомплекстер түзеді.
   

Натрий сульфитінің калий перманганатымен әрекеттесуінің ортаға байланыстылығын қарастырайық.

1. Реакция теңдеуінің схемасын құру

2. Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғышты анықтау

Қышқыл ортада , ауысады.

3. Электрондық баланс құрып, коэффициенттерді табамыз.

5, 2 коэффициенттерін тотықтырғыш пен тотықсыздандырғыштың алдына қою.

Бұл коэффициенттерді осы схема бойынша таба отырып және иондарымен істес болып отырғанымызды ұмытпау керек. ( емес)

4. Реакция теңдеуінің оң жағындағы қышқыл қалдығы санына байланысты қышқылдың коэффициентін табамыз. Реакция нәтижесінде 8 қышқыл қалдығы ( ) түзіледі оның 5-і тотығу, тотықсыздану нәтижесінде ал 3-і молекуласы нәтижесінде

5. Қышқылдағы сутегі иондарының санына байланысты судың коэффициентін табамыз .

Химиялық реакция теңдеуінің соңғы күйі:

Коэффициенттердің дұрыстығын теңдеудің екі жағындағы оттегінің санымен анықтаймыз.

1. 
   Реакция теңдеуінің сол жағын жазамыз.
   
2. 
   Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғышты анықтаймыз.
   
3. 
   Теңдеудің оң жағын жазамыз
   

тотықсыздандырғыш, ал -тегі тотықтырғыш, ол сілтілік ортада тек 1 электрон қабылдап дейін ғана ауысады.

4. 
   Негізге тән коэффициенттерді табу. 4-2=2 сілті коэффициенті 2-ге тең.
   
5. 
   Оң және сол жақтағы сутегі ионын санаймыз.
   

Күкірттің тотығу дәрежесі +4-тен +6 көтеріліп, ал Mn-тің тотығу дәрежесі +7-ден +6 азаяды.

Na₂SO₃+KMnO₄+H₂O→ реакция теңдеуін жазу.

Тотықтырғыш пен тотықсыздандырғышты анықтау және коэффициенттерді табу.

Na₂SO₃ –тің тотықтырғыш, тотықсыздандырғыш қасиеті сол күйінде қалады, ал KMnO₄ тің қасиеті бейтарап ортада күрт өзгереді.

Редокс – элементтер активті немесе инертті электродтармен бірігіп ток көзі болады (Red – вост. форма, Ох – окисл. форма). Ондай ток көздерінде химиялық энергия электрлік энергияға айналады. Токтың химиялық көздері аккумуляторлар мен гальвани элементтеріне бөлінеді. Гальвани элементтері 1 рет, ал аккумуляторлар көп рет қолданылады.

Электролиз – электр тогы әсерінен электродтарда жүретін жеке тотығу – тотықсыздану процесі. Егер гальвани элементінде химиялық энергия электр тогына айналса, ал электролизерде электр энергиясы химиялық энергияға айналады. Электролиз кезінде гальвани элементі тәрізді анодта тотығу, катодта тотықсыздану жүреді. Анод ролін оң электрод катод ролін теріс электрод атқарады.

Электролиз кезінде активті және инертті анодтар қолданылады. Активті анод тотығып ерітіндіге өз иондарын жібереді. Инертті анод тек электрон беріп өзі химиялық өзгермейді. Инертті анод ретінде графит пен Рt қолданылады.

NаСl ерітіндісі электролизін қарастырайық.





егер болса
Электролиттердің сулы ерітіндіде иондар арасындағы бәсекелестікке байланысты электродтық процестер шиеленіседі. Себебі электрод кеңістігіндегі екіншілік реакция түзілуіне орай, оның маңында асқын кернеу (перенапряжение) түзіледі. Аниондар мен катиондардың бірнеше типінен катодта бірінші болып кернеу оңқай катиондар тотықсызданады. Ал анодта көбірек теріс потенциалды анион тотығады. Ал шындығында нәтижесінде бұзылады. Мысалы НСl ерітіндінің Рt электродта электролизін қарастырайық.

Басында К – сутегі болады. . Анодта хлор . Газдар сәйкес электродтарда адсорбциаланады да олардың табиғаты өзгереді. Жаңа 2 электрод сутектік жәнехлорлы түзіледі. Түзілген гальвани элементінің ЭҚК

Идеалды жағдайда электролизді іске асыру үшін таңбасы қарама – қарсы гальвани элементінің ЭҚК-не ЭҚК беру керек. Бірақ электрохимиялық процестер кинетикалық сипатта шиеленіседі. Оған ион диффузиясы, адсорбция, разрядка, десорбция әсер етеді. Оны жеңу үшін қосымша ЭҚК беру керек.