Phương pháp bán phản ứng: thuật toán

2024 Tác giả: Angel Austin | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 05:46

Nhiều quá trình hóa học diễn ra với sự thay đổi trạng thái oxy hóa của các nguyên tử tạo thành các hợp chất phản ứng. Việc viết các phương trình phản ứng thuộc loại oxi hóa khử thường kèm theo khó khăn trong việc sắp xếp các hệ số đứng trước mỗi công thức của các chất. Vì những mục đích này, các kỹ thuật đã được phát triển liên quan đến sự cân bằng điện tử hoặc điện tử-ion của sự phân bố điện tích. Bài viết mô tả chi tiết cách viết phương trình thứ hai.

Phương pháp bán phản ứng, thực thể

Nó còn được gọi là sự cân bằng electron-ion của sự phân bố các yếu tố hệ số. Phương pháp này dựa trên sự trao đổi các hạt mang điện tích âm giữa các anion hoặc cation trong môi trường hòa tan với các giá trị pH khác nhau.

Trong các phản ứng của chất điện li thuộc loại oxi hóa và khử, các ion mang điện tích âm hoặc dương đều tham gia. Phương trình phân tử-ioncác loại, dựa trên phương pháp bán phản ứng, chứng minh rõ ràng bản chất của bất kỳ quá trình nào.

Để tạo thành một sự cân bằng, một ký hiệu đặc biệt của các chất điện ly có liên kết mạnh được sử dụng như các hạt ion, và các hợp chất yếu, khí và kết tủa ở dạng phân tử không phân ly. Là một phần của sơ đồ, cần chỉ ra các hạt mà mức độ oxy hóa của chúng thay đổi. Để xác định môi trường dung môi trong cân bằng, có tính axit (H⁺), kiềm (OH^-) và trung tính (H_{2 Điều kiện O).}

Nó được sử dụng để làm gì?

Trong OVR, phương pháp bán phản ứng nhằm mục đích viết các phương trình ion riêng biệt cho các quá trình oxi hóa và khử. Số dư cuối cùng sẽ là tổng của họ.

Các bước thực hiện

Phương pháp bán phản ứng có đặc thù riêng của cách viết. Thuật toán bao gồm các giai đoạn sau:

- Bước đầu tiên là viết công thức của tất cả các chất phản ứng. Ví dụ:

H₂S + KMnO₄+ HCl

- Sau đó, bạn cần thiết lập chức năng, theo quan điểm hóa học, của mỗi quá trình cấu thành. Trong phản ứng này, KMnO₄đóng vai trò là chất oxi hóa, H₂S là chất khử và HCl xác định môi trường axit.

- Bước thứ ba là viết ra từ một dòng mới công thức của các hợp chất có phản ứng ion với thế điện li mạnh, các nguyên tử của chúng có sự thay đổi trạng thái oxi hóa của chúng. Trong tương tác này, MnO₄^-đóng vai trò là chất oxi hóa, H₂S làthuốc thử khử, và H⁺hoặc cation oxonium H₃O⁺xác định môi trường axit. Các hợp chất ở thể khí, rắn hoặc điện li yếu được biểu thị bằng công thức phân tử.

Biết thành phần ban đầu, thử xác định xem thuốc thử nào có tính oxi hóa và khử sẽ có dạng khử và dạng oxi hóa tương ứng. Đôi khi các chất cuối cùng đã được thiết lập trong các điều kiện, điều này làm cho công việc dễ dàng hơn. Các phương trình sau đây chỉ ra sự chuyển hóa của H₂S (hydro sunfua) thành S (lưu huỳnh) và anion MnO₄^{- to Mn cation}2 +.

Để cân bằng các hạt nguyên tử trong phần bên trái và bên phải, cation hydro H⁺hoặc phân tử nước được thêm vào môi trường axit. Các ion hydroxit OH^-hoặc H₂O.

được thêm vào dung dịch kiềm

MnO₄^-→ Mn^{2 +}

Trong dung dịch, nguyên tử oxy từ các ion manganat cùng với H⁺tạo thành phân tử nước. Để cân bằng số phần tử, phương trình được viết như sau:2^{O + Mn}2 +.

Sau đó tiến hành cân bằng điện. Để thực hiện việc này, hãy xem xét tổng số khoản phí ở phần bên trái, giá trị là +7 và sau đó ở phần bên phải, giá trị là +2. Để cân bằng quá trình, năm hạt âm được thêm vào các chất ban đầu: 8H⁺+ MnO₄^-+ 5e^-→ 4H₂O + Mn^{2 +}. Điều này dẫn đến một nửa phản ứng giảm.

Bây giờ quá trình oxy hóa xảy ra sau để cân bằng số nguyên tử. Đối với điều này, ở phía bên phảicộng các cation hydro: H₂S → 2H⁺+ S.

Sau khi các khoản phí được cân bằng: H₂S -2e^-→ 2H⁺+ S. Có thể thấy rằng hai hạt âm bị lấy đi khỏi các hợp chất ban đầu. Nó chỉ ra một nửa phản ứng của quá trình oxy hóa.

Viết cả hai phương trình vào một cột và cân bằng các điện tích đã cho và đã nhận. Theo quy tắc xác định bội số nhỏ nhất, một hệ số được chọn cho mỗi nửa phản ứng. Phương trình oxi hóa và khử được nhân với nó.

Bây giờ bạn có thể cộng hai số dư bằng cách cộng các cạnh trái và phải với nhau và giảm số hạt electron.

8H⁺+ MnO₄^-+ 5e^-→ 4H₂O + Mn^{2 +}| 2

H₂S -2e^-→ 2H⁺+ S | 5

16H⁺+ 2MnO₄^-+ 5H₂S → 8H₂O + 2Mn^{2 +}+ 10H⁺+ 5S

Trong phương trình kết quả, bạn có thể giảm số H⁺xuống 10: 6H⁺+ 2MnO₄^-+ 5H₂S → 8H₂O + 2Mn^{2 +}+ 5S.

Kiểm tra tính đúng đắn của cân bằng ion bằng cách đếm số nguyên tử oxi trước và sau mũi tên bằng 8. Cũng cần kiểm tra điện tích của phần cuối và phần đầu của cân: (+6) + (-2)=+4. Nếu mọi thứ khớp nhau thì nó đúng.

Phương pháp bán phản ứng kết thúc bằng việc chuyển từ ký hiệu ion sang phương trình phân tử. Đối với mỗi anion vàhạt cation của phía bên trái của cân bằng, một ion trái dấu điện tích được chọn. Sau đó, chúng được chuyển sang phía bên phải, với số lượng tương tự. Giờ đây, các ion có thể được kết hợp thành toàn bộ phân tử.

6H⁺+ 2MnO₄^-+ 5H₂S → 8H₂O + 2Mn^{2 +}+ 5S

6Cl^-+ 2K⁺→ 6Cl^-+ 2K⁺

H₂S + KMnO₄+ 6HCl → 8H₂O + 2MnCl₂+ 5S + 2KCl.

Có thể áp dụng phương pháp bán phản ứng, thuật toán tổng hợp để viết phương trình phân tử, cùng với việc viết số dư dạng điện tử.

Xác định chất oxy hóa

Vai trò này thuộc về các hạt ion, nguyên tử hoặc phân tử nhận các electron mang điện tích âm. Các chất bị oxi hóa trải qua phản ứng khử. Họ có một sự thiếu hụt điện tử có thể dễ dàng lấp đầy. Các quá trình như vậy bao gồm các phản ứng bán oxy hóa khử.

Không phải chất nào cũng có khả năng nhận electron. Các chất oxy hóa mạnh bao gồm:

• đại diện halogen;
• axit như nitric, selenic và sulfuric;
• thuốc tím, dicromat, manganat, cromat;
• mangan và chì oxit tứ hóa trị;
• ion bạc và vàng;
• hợp chất oxy ở thể khí;
• ôxít đồng và bạc hóa trị hai;
• thành phần muối có chứa clo;
• rượu vodka hoàng gia;
• hydrogen peroxide.

Xác định chất khử

Vai trò này thuộc về các hạt ion, nguyên tử hoặc phân tử tạo ra điện tích âm. Trong các phản ứng, các chất khử chịu tác dụng oxi hóa khi loại bỏ các electron.

Tính chất phục hồi có:

• đại diện của nhiều kim loại;
• hợp chất tứ hóa lưu huỳnh và hydro sunfua;
• axit halogen hóa;
• sunfat sắt, crom và mangan;
• thiếc clorua hóa trị hai;
• thuốc thử chứa nitơ như axit nitơ, oxit hóa trị hai, amoniac và hydrazine;
• cacbon tự nhiên và oxit hóa trị hai của nó;
• phân tử hydro;
• axit photpho.

Ưu điểm của phương pháp electron-ion

Để viết các phản ứng oxi hóa khử, phương pháp bán phản ứng thường được sử dụng hơn phương pháp cân bằng điện tử.

Điều này là do những ưu điểm của phương pháp electron-ion:

1. Khi viết phương trình, hãy xem xét các ion và hợp chất thực tồn tại trong dung dịch.
2. Ban đầu bạn có thể không có thông tin về các chất tạo thành, chúng được xác định ở giai đoạn cuối.
3. Dữ liệu cấp độ oxy hóa không phải lúc nào cũng cần thiết.
4. Nhờ phương pháp này, bạn có thể tìm ra số electron tham gia vào các nửa phản ứng, độ pH của dung dịch thay đổi như thế nào.
5. Điểm kỳ dịquá trình và cấu trúc của các chất tạo thành.

Các phản ứng bán phần trong dung dịch axit

Thực hiện các phép tính với lượng dư ion hydro tuân theo thuật toán chính. Phương pháp bán phản ứng trong môi trường axit bắt đầu bằng việc ghi lại các phần cấu thành của bất kỳ quá trình nào. Sau đó, chúng được biểu diễn dưới dạng phương trình của dạng ion với sự cân bằng của điện tích nguyên tử và điện tử. Các quá trình có tính chất oxy hóa và khử được ghi lại riêng biệt.

Để cân bằng oxy nguyên tử theo hướng phản ứng với lượng dư của nó, các cation hydro được đưa vào. Lượng H⁺cần vừa đủ để thu được phân tử nước. Theo hướng thiếu oxy, H₂O.

Sau đó thực hiện cân bằng nguyên tử hydro và electron.

Họ tổng hợp các phần của phương trình trước và sau mũi tên với sự sắp xếp của các hệ số.

Giảm các ion và phân tử giống hệt nhau. Các hạt anion và cation bị thiếu được thêm vào thuốc thử đã được ghi trong phương trình tổng thể. Số của chúng sau và trước mũi tên phải khớp nhau.

Phương trình OVR (phương pháp bán phản ứng) được coi là hoàn thành khi viết biểu thức dạng phân tử có sẵn. Mỗi thành phần phải có một hệ số nhất định.

Ví dụ cho môi trường chua

Sự tương tác của natri nitrit với axit cloric dẫn đến việc sản xuất natri nitrat và axit clohydric. Để sắp xếp các hệ số, người ta sử dụng phương pháp bán phản ứng, ví dụ về cách viết phương trìnhliên quan đến việc chỉ ra một môi trường axit.

NaNO₂+ HClO₃→ NaNO₃+ HCl

ClO₃^-+ 6H⁺+ 6e^-→ 3H₂O + Cl^-| 1

KHÔNG₂^-+ H₂O - 2e^-→ KHÔNG₃^-+ 2H⁺| 3

ClO₃^-+ 6H⁺+ 3H₂O + 3NO₂^-→ 3H₂O + Cl^-+ 3 KHÔNG₃^-+ 6H⁺

ClO₃^-+ 3NO₂^{- → Cl}-^{+ 3NO}3-

3Na⁺+ H⁺→ 3Na⁺+ H⁺

3NaNO₂+ HClO₃→ 3NaNO₃+ HCl.

Trong quá trình này, natri nitrat được hình thành từ nitrit, và axit clohydric được hình thành từ axit cloric. Trạng thái oxy hóa của nitơ thay đổi từ +3 thành +5, và điện tích của clo +5 trở thành -1. Cả hai sản phẩm đều không kết tủa.

Bán phản ứng cho môi trường kiềm

Thực hiện các phép tính với lượng dư ion hydroxit tương ứng với các phép tính đối với các dung dịch có tính axit. Phương pháp bán phản ứng trong môi trường kiềm cũng bắt đầu bằng việc biểu diễn các phần cấu thành của quá trình dưới dạng phương trình ion. Sự khác biệt được quan sát thấy trong quá trình sắp xếp số lượng oxy nguyên tử. Vì vậy, phân tử nước được thêm vào phía của phản ứng với lượng dư của nó, và các anion hydroxit được thêm vào phía đối diện.

Hệ số đứng trước phân tử H₂O cho thấy sự khác biệt về lượng oxy sau và trước mũi tên, và đối với OH^{- ion nó được nhân đôi. Trong quá trình oxy hóathuốc thử hoạt động như một chất khử loại bỏ các nguyên tử O khỏi các anion hydroxyl.}

Phương pháp bán phản ứng kết thúc với các bước còn lại của thuật toán, trùng với các quy trình có dư axit. Kết quả cuối cùng là một phương trình phân tử.

Ví dụ về kiềm

Khi trộn iốt với natri hydroxit, natri iotua và iotat, các phân tử nước sẽ được hình thành. Để có được sự cân bằng của quá trình, phương pháp bán phản ứng được sử dụng. Ví dụ cho các dung dịch kiềm có các đặc điểm cụ thể riêng của chúng liên quan đến sự cân bằng của oxy nguyên tử.

NaOH + I₂→ NaI + NaIO₃+ H₂O

I + e^-→ I^-| 5

6OH^-+ I - 5e^-→ I^-+ 3H 2_{O + IO}3-^{| 1}

I + 5I + 6OH^-→ 3H₂O + 5I^-+ IO₃^-

6Na⁺→ Na⁺+ 5Na⁺

6NaOH + 3I₂→ 5NaI + NaIO₃+ 3H₂O.

Kết quả của phản ứng là sự biến mất màu tím của iot phân tử. Có sự thay đổi trạng thái oxy hóa của nguyên tố này từ 0 đến -1 và +5 với sự hình thành natri iotua và iotat.

Phản ứng trong môi trường trung tính

Thông thường đây là tên của các quá trình diễn ra trong quá trình thủy phân các muối tạo thành dung dịch có tính axit nhẹ (có độ pH từ 6 đến 7) hoặc hơi kiềm (có độ pH từ 7 đến 8).

Phương pháp bán phản ứng trong môi trường trung tính được viết thành một sốtùy chọn.

Phương pháp đầu tiên không tính đến quá trình thủy phân muối. Môi trường được lấy là trung tính, và nước phân tử được chỉ định ở bên trái của mũi tên. Trong phiên bản này, một nửa phản ứng được coi là có tính axit và nửa phản ứng còn lại là phản ứng kiềm.

Phương pháp thứ hai phù hợp với các quy trình trong đó bạn có thể đặt giá trị gần đúng của giá trị pH. Sau đó, các phản ứng cho phương pháp ion-electron được coi là trong dung dịch kiềm hoặc axit.

Ví dụ về môi trường trung tính

Khi kết hợp hiđro sunfua với natri đicromat trong nước, thu được kết tủa gồm hiđroxit của lưu huỳnh, natri và crom hóa trị ba. Đây là một phản ứng điển hình cho một dung dịch trung tính.

Na₂Cr₂O₇+ H₂S + H2O → NaOH + S + Cr (OH)₃

H₂S - 2e^-→ S + H⁺| 3

7H₂O + Cr₂O₇^2-+ 6e^-→ 8OH^-+ 2Cr (OH)₃| 1

7H₂O + 3H₂S + Cr₂O₇^2-→ 3H⁺+ 3S + 2Cr (OH)₃+ 8OH^-. Các cation hydro và anion hydroxit kết hợp với nhau để tạo thành 6 phân tử nước. Chúng có thể được loại bỏ ở bên phải và bên trái, để lại phần thừa phía trước mũi tên.

H₂O + 3H₂S + Cr₂O₇^2-→ 3S + 2Cr (OH)₃+ 2OH^-

2Na⁺→ 2Na⁺

Na₂Cr₂O₇+ 3H₂S + H₂O → 2NaOH + 3S + 2Cr (OH)₃

Khi kết thúc phản ứng, tạo ra kết tủa crom hydroxit màu xanh lam và màu vànglưu huỳnh trong dung dịch kiềm với natri hiđroxit. Trạng thái oxi hóa của nguyên tố S với -2 trở thành 0 và điện tích crom với +6 trở thành + 3.