Tính chất oxy hóa khử của từng nguyên tử cũng như ion là một vấn đề quan trọng trong hóa học hiện đại. Tài liệu này giúp giải thích hoạt động của các nguyên tố và chất, để tiến hành so sánh chi tiết các tính chất hóa học của các nguyên tử khác nhau.
Chất oxy hóa là gì
Nhiều nhiệm vụ trong hóa học, bao gồm các câu hỏi kiểm tra cho kỳ thi quốc gia thống nhất ở lớp 11 và OGE ở lớp 9, đều có liên quan đến khái niệm này. Chất oxy hóa được coi là các nguyên tử hoặc ion mà trong quá trình tương tác hóa học, chúng nhận các electron từ một ion hoặc nguyên tử khác. Nếu chúng ta phân tích tính chất oxi hóa của nguyên tử, chúng ta cần hệ thống tuần hoàn Mendeleev. Theo các chu kì nằm trong bảng từ trái sang phải, khả năng oxi hóa của nguyên tử tăng dần, tức là nó biến đổi tương tự như tính chất của phi kim. Trong các nhóm con chính, thông số này giảm dần từ trên xuống dưới. Trong số các chất đơn giản có khả năng oxi hóa mạnh nhất thì flo đứng đầu. Một thuật ngữ chẳng hạn như "độ âm điện", nghĩa là khả năng của một nguyên tử trong trường hợp tương tác hóa họcelectron, có thể được coi là đồng nghĩa với tính chất oxi hóa. Trong số các chất phức tạp bao gồm hai hoặc nhiều nguyên tố hóa học, có thể coi các chất oxi hóa sáng: thuốc tím, kali clorat, ozon.
Chất khử là gì
Tính khử của nguyên tử là đặc trưng của những chất đơn giản thể hiện tính kim loại. Trong bảng tuần hoàn, tính kim loại yếu dần từ trái sang phải trong các chu kỳ, và trong các phân nhóm chính (theo chiều dọc), chúng tăng dần. Bản chất của sự phục hồi là sự trở lại của các điện tử, các điện tử này nằm ở mức năng lượng bên ngoài. Số lớp (mức) điện tử càng lớn thì càng dễ cho đi các điện tử "thừa" trong quá trình tương tác hóa học.
Kim loại hoạt động (kiềm, kiềm thổ) có tính khử tuyệt vời. Ngoài ra, các chất thể hiện các thông số tương tự, chúng tôi làm nổi bật oxit lưu huỳnh (6), cacbon monoxit. Để đạt được trạng thái oxi hóa tối đa, các hợp chất này buộc phải thể hiện tính khử.
Quá trình oxy hóa
Nếu trong quá trình tương tác hóa học, một nguyên tử hoặc một ion nhường electron cho một nguyên tử (ion) khác, chúng ta đang nói về quá trình oxy hóa. Để phân tích sự thay đổi tính chất khử và tính oxi hóa, bạn sẽ cần một bảng tuần hoàn các nguyên tố cũng như kiến thức về các định luật vật lý hiện đại.
Quá trình phục hồi
Quá trình khử liên quan đến việc chấp nhận các ion của một trong hainguyên tử của electron từ nguyên tử khác (ion) trong quá trình tương tác hóa học trực tiếp. Chất khử tuyệt vời là nitrit, sunfit của kim loại kiềm. Tính khử trong hệ thống các nguyên tố thay đổi tương tự như tính kim loại của các chất đơn giản.
Thuật toán phân tích cú pháp OVR
Để học sinh có thể đặt các hệ số trong phản ứng hóa học đã hoàn thành, cần phải sử dụng một thuật toán đặc biệt. Tính chất oxy hóa khử cũng giúp giải quyết các vấn đề tính toán khác nhau trong hóa học phân tích, hữu cơ và phổ thông. Chúng tôi đề xuất thứ tự phân tích cú pháp bất kỳ phản ứng nào:
- Đầu tiên, điều quan trọng là xác định trạng thái oxy hóa của từng nguyên tố có sẵn bằng cách sử dụng các quy tắc.
- Tiếp theo, những nguyên tử hoặc ion đã thay đổi trạng thái oxy hóa của chúng được xác định tham gia phản ứng.
- Dấu trừ và dấu cộng cho biết số electron tự do được cho và nhận trong một phản ứng hóa học.
- Tiếp theo, giữa số tất cả các electron, bội số chung nhỏ nhất được xác định, nghĩa là, một số nguyên được chia không có phần dư cho các electron đã nhận và đã cho.
- Sau đó, nó được chia thành các electron tham gia phản ứng hóa học.
- Tiếp theo, chúng tôi xác định ion hoặc nguyên tử nào có tính khử và cũng xác định chất oxy hóa.
- Ở giai đoạn cuối cùng đưa các hệ số vào phương trình.
Sử dụng phương pháp cân bằng điện tử, hãy đặt các hệ số trong sơ đồ phản ứng này:
NaMnO4+ hydro sunfua + axit sunfuric=S + Mn SO4+… +…
Thuật toán để giải quyết vấn đề
Hãy cùng tìm hiểu xem những chất nào sẽ được tạo thành sau khi tương tác. Vì đã có chất oxi hóa trong phản ứng (nó sẽ là mangan) và chất khử được xác định (nó sẽ là lưu huỳnh), các chất được hình thành trong đó các trạng thái oxi hóa không còn thay đổi. Vì phản ứng chính xảy ra giữa muối và một axit mạnh chứa oxy, một trong những chất cuối cùng sẽ là nước và chất thứ hai sẽ là muối natri, chính xác hơn là natri sunfat.
Bây giờ chúng ta hãy lập sơ đồ cho và nhận electron:
- Mn+ 7mất 5 e=Mn+ 2.
Phần thứ hai của chương trình:
- S-2cho2e=S0
Chúng tôi đặt các hệ số trong phản ứng ban đầu, không quên tính tổng tất cả các nguyên tử lưu huỳnh trong các phần của phương trình.
2NaMnO4+ 5H2S + 3H2SO4=5S + 2MnSO4+ 8H2O + Na2SO4.
Phân tích OVR liên quan đến hydrogen peroxide
Sử dụng thuật toán phân tích cú pháp OVR, chúng ta có thể soạn một phương trình cho phản ứng đang diễn ra:
hydro peroxit + axit sunfuric + thuốc tím=Mn SO4+ oxy +… +…
Các trạng thái oxy hóa đã thay đổi ion oxy (trong hydro peroxit) và cation mangan trong thuốc tím. Tức là chúng ta có chất khử cũng như chất oxi hóa.
Hãy xác định xem sau tương tác còn có thể thu được những chất gì. Một trong số chúng sẽ là nước, đây là phản ứng khá rõ ràng giữa axit và muối. Kali không phải là mộtcác chất, sản phẩm thứ hai sẽ là muối kali, cụ thể là sunfat, vì phản ứng xảy ra với axit sunfuric.
Đề án:
2O- tặng điện tử2 và biến thành O 205
Mn+ 7nhận 5 electron và trở thành ion Mn+ 22
Đặt các hệ số.
5H2O2+ 3H2SO4+ 2KMnO4=5O2+ 2Mn SO4+ 8H2O + K2SO4
Ví dụ về phân tích OVR liên quan đến kali cromat
Sử dụng phương pháp cân bằng điện tử, chúng ta sẽ lập phương trình với các hệ số:
FeCl2+ axit clohydric + kali cromat=FeCl3+ CrCl3+ … +…
Trạng thái oxy hóa đã thay đổi sắt (trong clorua sắt II) và ion crom trong kali đicromat.
Bây giờ chúng ta hãy thử tìm hiểu những chất khác được tạo thành. Một có thể là muối. Vì kali không tạo thành bất kỳ hợp chất nào, do đó, sản phẩm thứ hai sẽ là muối kali, chính xác hơn là clorua, vì phản ứng diễn ra với axit clohiđric.
Hãy lập sơ đồ:
Fe+ 2cho e= Fe+ 36 khử,
2Cr+ 6chấp nhận 6 e=2Cr+31 chất oxy hóa.
Đặt các hệ số trong phản ứng ban đầu:
6K2Cr2O7+ FeCl2+ 14HCl=7H2O + 6FeCl3+ 2CrCl3+ 2KCl
Ví dụPhân tích OVR liên quan đến kali iodua
Được trang bị các quy tắc, hãy lập phương trình:
thuốc tím + axit sunfuric + kali iốt… mangan sunfat + iốt +… +…
Trạng thái oxy hóa đã thay đổi mangan và iốt. Tức là có chất khử và chất oxi hóa.
Bây giờ chúng ta hãy tìm hiểu xem chúng ta rốt cuộc là gì. Hợp chất sẽ là với kali, tức là chúng ta sẽ nhận được kali sunfat.
Quá trình phục hồi xảy ra trong các ion iốt.
Hãy vẽ sơ đồ truyền electron:
- Mn+ 7chấp nhận 5 e=Mn+ 22 là chất oxy hóa,
- 2I-cho đi 2 e=I205 là chất khử.
Đặt các hệ số trong phản ứng ban đầu, đừng quên tính tổng tất cả các nguyên tử lưu huỳnh trong phương trình này.
210KI + KMnO4+ 8H2SO4=2MnSO4+ 5I2+ 6K2SO4+ 8H 2O
Ví dụ về phân tích OVR liên quan đến natri sulfit
Sử dụng phương pháp cổ điển, chúng ta sẽ lập một phương trình cho mạch:
- axit sunfuric + KMnO4+ natri sunfit… natri sunfat + mangan sunfat +… +…
Sau khi tương tác, chúng tôi nhận được muối natri, nước.
Hãy lập sơ đồ:
- Mn+ 7mất 5 e=Mn+ 22,
- S+ 4cho 2 e=S+ 65.
Sắp xếp các hệ số trong phản ứng đang xét, đừng quên thêm nguyên tử lưu huỳnh khi sắp xếp các hệ số.
3H2SO4+ 2KMnO4+ 5Na2VẬY3=K2SO4+ 2MnSO4+ 5Na2VẬY4+ 3H2O.
Ví dụ về phân tích OVR liên quan đến nitơ
Hãy làm nhiệm vụ sau. Sử dụng thuật toán, chúng ta sẽ lập được phương trình phản ứng hoàn chỉnh:
- mangan nitrat + axit nitric + PbO2=HMnO4+ Pb (KHÔNG3)2+
Hãy phân tích xem chất nào vẫn được tạo thành. Vì phản ứng xảy ra giữa chất oxi hóa mạnh và muối, nên chất đó sẽ là nước.
Cho biết sự thay đổi số lượng electron:
- Mn+ 2nhường 5 e=Mn+ 72 thể hiện tính chất của chất khử,
- Pb+ 4mất 2 e=Pb+ 25 chất oxi hóa.
3. Chúng tôi sắp xếp các hệ số trong phản ứng ban đầu, hãy đảm bảo cộng tất cả nitơ có sẵn ở phía bên trái của phương trình ban đầu:
- 2Mn (KHÔNG3)2+ 6HNO3+ 5PbO 2=2HMnO4+ 5Pb (KHÔNG3 )2+ 2H2O.
Phản ứng này không thể hiện tính khử của nitơ.
Phản ứng oxi hóa khử thứ hai với nitơ:
Zn + axit sunfuric + HNO3=ZnSO4+ NO +…
- Zn0cho đi 2 e=Zn+ 23 sẽ là người phục hồi,
N+ 5chấp nhận 3 e=N+ 22 là chất oxi hóa.
Sắp xếp các hệ số trong một phản ứng nhất định:
3Zn + 3H2SO4+ 2HNO3=3ZnSO4+ 2NO + 4H2O.
Tầm quan trọng của phản ứng oxy hóa khử
Phản ứng khử nổi tiếng nhất là quang hợp, đây là đặc trưng của thực vật. Các đặc tính phục hồi thay đổi như thế nào? Quá trình xảy ra trong sinh quyển, dẫn đến sự gia tăng năng lượng với sự trợ giúp của một nguồn bên ngoài. Đó là năng lượng này mà nhân loại sử dụng cho các nhu cầu của mình. Trong số các ví dụ về phản ứng oxi hóa và phản ứng khử liên kết với các nguyên tố hóa học, sự biến đổi của các hợp chất nitơ, cacbon và oxi có tầm quan trọng đặc biệt. Nhờ quang hợp mà bầu khí quyển của trái đất có thành phần như vậy cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật. Nhờ quá trình quang hợp, lượng khí cacbonic trong vỏ không khí không tăng lên, bề mặt Trái đất không bị quá nóng. Thực vật không chỉ phát triển với sự hỗ trợ của phản ứng oxy hóa khử mà còn tạo thành các chất như oxy và glucose cần thiết cho con người. Nếu không có phản ứng hóa học này, một chu trình đầy đủ của các chất trong tự nhiên là không thể, cũng như sự tồn tại của sự sống hữu cơ.
Ứng dụng thực tế của RIA
Để bảo quản bề mặt kim loại, bạn cần biết rằng kim loại hoạt tính có tính chất phục hồi, vì vậy bạn có thể phủ lên bề mặt một lớp nguyên tố hoạt tính hơn, đồng thời làm chậm quá trình ăn mòn hóa học. Do sự hiện diện của các đặc tính oxy hóa khử, nước uống được làm sạch và khử trùng. Không có vấn đề nào có thể được giải quyết nếu không đặt các hệ số vào phương trình một cách chính xác. Để tránh những sai lầm, điều quan trọng là phải hiểu biết về tất cả các oxy hóa khửthông số.
Bảo vệ chống lại sự ăn mòn của hóa chất
Ăn mòn là một vấn đề đặc biệt đối với cuộc sống và hoạt động của con người. Kết quả của quá trình biến đổi hóa học này là sự phá hủy kim loại xảy ra, các bộ phận của ô tô, máy công cụ mất đặc tính hoạt động. Để khắc phục sự cố như vậy, người ta sử dụng biện pháp bảo vệ gai lốp, kim loại được phủ một lớp vecni hoặc sơn, và sử dụng hợp kim chống ăn mòn. Ví dụ, một bề mặt sắt được bao phủ bởi một lớp kim loại hoạt tính - nhôm.
Kết
Phản ứng phục hồi khác nhau xảy ra trong cơ thể con người, đảm bảo hoạt động bình thường của hệ tiêu hóa. Các quá trình sống cơ bản như lên men, thối rữa, hô hấp cũng liên quan đến các đặc tính phục hồi. Tất cả chúng sinh trên hành tinh của chúng ta đều có những khả năng tương tự. Nếu không có phản ứng với sự trở lại và nhận electron, thì việc khai thác, sản xuất công nghiệp amoniac, kiềm và axit là không thể. Trong hóa học phân tích, tất cả các phương pháp phân tích thể tích đều dựa chính xác vào các quá trình oxy hóa khử. Cuộc chiến chống lại hiện tượng khó chịu như ăn mòn hóa học cũng dựa trên kiến thức về các quá trình này.
