Хагас урвалын арга: алгоритм

2024 Зохиолч: Angel Austin | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 05:36

Урвалж буй нэгдлүүдийг үүсгэдэг атомуудын исэлдэлтийн төлөв өөрчлөгдөхөд олон химийн процесс явагддаг. Редокс төрлийн урвалын тэгшитгэлийг бичих нь ихэвчлэн бодисын томъёо бүрийн өмнө коэффициентийг байрлуулахад бэрхшээлтэй байдаг. Эдгээр зорилгын үүднээс цэнэгийн хуваарилалтын электрон эсвэл электрон-ион баланстай холбоотой техникийг боловсруулсан. Уг нийтлэлд тэгшитгэл бичих хоёр дахь аргыг дэлгэрэнгүй тайлбарласан болно.

Хагас урвалын арга, нэгж

Коэффицентийн хүчин зүйлийн тархалтын электрон-ион баланс гэж бас нэрлэдэг. Энэ арга нь өөр өөр рН-ийн утгатай ууссан орчинд сөрөг цэнэгтэй бөөмсийг анион эсвэл катион хооронд солилцоход суурилдаг.

Исэлдүүлэгч ба бууруулагч төрлийн электролитийн урвалд сөрөг эсвэл эерэг цэнэгтэй ионууд оролцдог. Молекул-ионы тэгшитгэлХагас урвалын аргад суурилсан төрлүүд нь аливаа процессын мөн чанарыг тодорхой нотолж өгдөг.

Тэнцвэрийг бүрдүүлэхийн тулд хүчтэй холбоосын электролитийн тусгай тэмдэглэгээг ионы тоосонцор, сул нэгдлүүд, хий, хур тунадасыг салангид молекул хэлбэрээр ашигладаг. Схемийн нэг хэсэг болгон тэдгээрийн исэлдэлтийн зэрэг өөрчлөгдөж буй хэсгүүдийг зааж өгөх шаардлагатай. Баланс дахь уусгагч орчинг тодорхойлохын тулд хүчиллэг (H⁺), шүлтлэг (OH^-) болон төвийг сахисан (H_{2)O) нөхцөл.}

Юунд хэрэглэдэг вэ?

OVR-д хагас урвалын арга нь исэлдүүлэх болон ангижруулах процессуудад ионы тэгшитгэлийг тусад нь бичихэд чиглэгддэг. Эцсийн үлдэгдэл нь тэдний нийлбэр байх болно.

Гүйцэтгэх алхмууд

Хагас урвалын арга нь бичих өөрийн гэсэн онцлогтой. Алгоритм нь дараах үе шатуудыг агуулна:

- Эхний алхам бол бүх урвалжуудын томъёог бичих явдал юм. Жишээ нь:

H₂S + KMnO₄ + HCl

- Дараа нь та бүрэлдэхүүн процесс бүрийн үйл ажиллагааг химийн үүднээс тогтоох хэрэгтэй. Энэ урвалд KMnO₄ исэлдүүлэгч, H₂S нь ангижруулагч, HCl нь хүчиллэг орчинг тодорхойлдог.

- Гурав дахь алхам бол атомууд нь исэлдэлтийн төлөвөө өөрчилдөг хүчтэй электролитийн потенциалтай ионы урвалд ордог нэгдлүүдийн томъёог шинэ мөрөөс бичих явдал юм. Энэ харилцан үйлчлэлд MnO₄^- исэлдүүлэгчийн үүрэг гүйцэтгэдэг, H₂S ньбууруулах урвалж ба H⁺ буюу оксонийн катион H₃O⁺ хүчиллэг орчныг тодорхойлдог. Хийн, хатуу эсвэл сул электролитийн нэгдлүүдийг бүхэл бүтэн молекулын томъёогоор илэрхийлдэг.

Анхны бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг мэдэж байгаа тул аль исэлдүүлэгч болон ангижруулагч урвалжууд нь бууруулсан болон исэлдсэн хэлбэртэй байхыг тодорхойлохыг хичээ. Заримдаа эцсийн бодисыг аль хэдийн нөхцөл байдалд тохируулсан байдаг бөгөөд энэ нь ажлыг хөнгөвчлөх болно. Дараах тэгшитгэлүүд нь H₂S (хүхэрт устөрөгч) S (хүхэр) болон анионы MnO₄ ^{руу шилжсэнийг харуулж байна. -to Mn катион}2+.

Зүүн ба баруун хэсгүүдийн атомын хэсгүүдийг тэнцвэржүүлэхийн тулд хүчиллэг орчинд устөрөгчийн катион H⁺ буюу молекул ус нэмнэ. Шүлтлэг уусмалд OH^- эсвэл H₂O.

гидроксидын ионуудыг нэмнэ.

MnO₄^-→ Mn²⁺

Уусмал дахь манганатын ионуудаас хүчилтөрөгчийн атом нь H⁺-тай хамт усны молекулуудыг үүсгэдэг. Элементүүдийн тоог тэнцүүлэхийн тулд тэгшитгэлийг дараах байдлаар бичнэ: 2^{O + Mn}2+.

Дараа нь цахилгаан тэнцвэржүүлэлтийг хийнэ. Үүнийг хийхийн тулд зүүн хэсэгт байгаа төлбөрийн нийт дүнг харгалзан үзэхэд +7, баруун талд нь +2 гарч ирнэ. Үйл явцыг тэнцвэржүүлэхийн тулд эхний бодисуудад таван сөрөг тоосонцор нэмнэ: 8H⁺ + MnO₄^-+ 5e ^- → 4H₂O + Mn²⁺. Энэ нь хагас урвалыг бууруулдаг.

Одоо атомын тоог тэнцүүлэхийн тулд исэлдэлтийн процесс явагдаж байна. Үүний тулд баруун талдустөрөгчийн катион нэмнэ: H₂S → 2H⁺ + S.

Төлбөрийг тэнцүүлсний дараа: H₂S -2e^- → 2H⁺ + S. Эхлэлийн нэгдлүүдээс хоёр сөрөг бөөмийг авч байгааг харж болно. Энэ нь исэлдэлтийн процессын хагас урвал болж байна.

Хоёр тэгшитгэлийг баганад бичээд өгөгдсөн болон хүлээн авсан цэнэгийг тэнцүүл. Хамгийн бага үржвэрийг тодорхойлох дүрмийн дагуу хагас урвал бүрт үржүүлэгчийг сонгоно. Исэлдэх болон ангижруулах тэгшитгэлийг үүгээр үржүүлнэ.

Одоо та зүүн ба баруун талыг нийлүүлж, электрон бөөмсийн тоог багасгаснаар хоёр балансыг нэмж болно.

8H⁺ + MnO₄^- + 5e^-→ 4H₂O + Mn²⁺ |2

H₂S -2e^- → 2H⁺ + S |5

16H⁺ + 2MnO₄^- + 5H₂ S → 8H₂O + 2Mn²⁺ + 10H⁺ + 5S

Үүссэн тэгшитгэлд та H⁺ тоог 10-аар багасгаж болно: 6H⁺ + 2MnO₄ ^- + 5H₂S → 8H₂O + 2Mn ²⁺ + 5S.

Сумын өмнө болон хойно байгаа хүчилтөрөгчийн атомын тоог 8-тай тэнцүү тоолох замаар ионы тэнцвэрийн зөв эсэхийг шалгах. Мөн балансын эцсийн болон эхний хэсгүүдийн цэнэгийг шалгах шаардлагатай: (+6) + (-2)=+4. Хэрэв бүх зүйл таарч байвал зөв байна.

Хагас урвалын арга нь ионы тэмдэглэгээнээс молекул тэгшитгэл рүү шилжсэнээр төгсдөг. Анион бүрийн хувьд батэнцвэрийн зүүн талын катион тоосонцор, цэнэгтэй эсрэг талын ион сонгогдоно. Дараа нь тэдгээрийг баруун тал руу нь ижил хэмжээгээр шилжүүлнэ. Одоо ионуудыг бүхэлд нь молекул болгон нэгтгэх боломжтой.

6H⁺ + 2MnO₄^- + 5H₂ S → 8H₂O + 2Mn²⁺ + 5S

6Cl^- + 2K⁺ → 6Cl^- + 2K ⁺

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

Алгоритм нь молекул тэгшитгэл бичих хүртэл хагас урвалын аргыг электрон төрлийн баланс бичихийн хамт хэрэглэх боломжтой.

Исэлдүүлэгч бодисыг тодорхойлох

Энэ үүрэг нь сөрөг цэнэгтэй электрон хүлээн авдаг ион, атом эсвэл молекул бөөмсүүдэд хамаарна. Исэлдэж буй бодисууд урвалын бууралтад ордог. Тэд амархан нөхөж болох цахим дутагдалтай байдаг. Ийм процессуудад исэлдэлтийн хагас урвал орно.

Бүх бодис электрон хүлээн авах чадвартай байдаггүй. Хүчтэй исэлдүүлэгч бодисууд нь:

галоген төлөөлөгч;
азот, селен, хүхэр зэрэг хүчил;
калийн перманганат, бихромат, манганат, хромат;
манган ба хар тугалганы дөрвөн валентын исэл;
мөнгө ба алтны ион;
хийн хүчилтөрөгчийн нэгдлүүд;
хоёр валенттай зэс ба нэг валент мөнгөний исэл;
хлор агуулсан давсны бүрэлдэхүүн хэсгүүд;
хааны архи;
устөрөгчийн хэт исэл.

Багаруулах бодисыг тодорхойлох

Энэ үүрэг нь сөрөг цэнэг ялгаруулдаг ион, атом эсвэл молекулын хэсгүүдэд хамаарна. Урвалын үед электронуудыг устгах үед ангижруулагч бодисууд исэлдүүлэх үйлдэлд ордог.

Сэргээх шинж чанартай:

олон металлын төлөөлөл;
хүхрийн дөрвөн валентын нэгдлүүд ба хүхэрт устөрөгч;
галогенжүүлсэн хүчил;
төмөр, хром ба манганы сульфат;
цагаан тугалга хоёр валент хлорид;
азотын хүчил, хоёр валентын исэл, аммиак, гидразин зэрэг азот агуулсан урвалжууд;
байгалийн нүүрстөрөгч ба түүний хоёр валент исэл;
устөрөгчийн молекулууд;
фосфорын хүчил.

Электрон-ион аргын давуу тал

Усан исэлдэх урвалыг бичихдээ электрон хэлбэрийн балансаас илүү хагас урвалын аргыг ашигладаг.

Энэ нь электрон-ион аргын давуу талуудтай холбоотой:

Тэгшитгэл бичихдээ уусмалд байгаа бодит ион ба нэгдлүүдийг анхаарч үзээрэй.
Танд үүссэн бодисын талаар анхандаа мэдээлэл байхгүй байж магадгүй, тэдгээрийг эцсийн шатанд тодорхойлно.
Исэлдэлтийн түвшний өгөгдөл үргэлж шаардлагагүй.
Аргын ачаар хагас урвалд оролцдог электронуудын тоо, уусмалын рН хэрхэн өөрчлөгдөж байгааг мэдэх боломжтой.
Онцгой байдалүйл явц ба үүссэн бодисын бүтэц.

Хүчиллэг уусмал дахь хагас урвал

Илүүдэл устөрөгчийн ионтой тооцоолол хийх нь үндсэн алгоритмд захирагдана. Хүчиллэг орчинд хагас урвалын арга нь аливаа процессын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг бүртгэхээс эхэлдэг. Дараа нь тэдгээрийг атом ба электрон цэнэгийн тэнцвэртэй ионы хэлбэрийн тэгшитгэл хэлбэрээр илэрхийлнэ. Исэлдүүлэх болон багасгах шинж чанартай процессуудыг тусад нь бүртгэдэг.

Атомын хүчилтөрөгчийг түүний илүүдэлтэй урвалын чиглэлд тэнцүүлэхийн тулд устөрөгчийн катионуудыг нэвтрүүлдэг. H⁺-ийн хэмжээ нь молекул ус авахад хангалттай байх ёстой. Хүчилтөрөгчийн дутагдлын чиглэлд H₂O.

Дараа нь устөрөгчийн атом ба электронуудын тэнцвэрийг хийнэ.

Тэдгээр нь сумны өмнө болон дараа нь тэгшитгэлийн хэсгүүдийг коэффициентүүдийн зохицуулалтаар нэгтгэн гаргадаг.

Ижил ион ба молекулуудыг багасгана. Алдагдсан анион ба катион хэсгүүдийг ерөнхий тэгшитгэлд аль хэдийн бүртгэгдсэн урвалжуудад нэмнэ. Сумны дараах болон өмнөх дугаар нь таарч байх ёстой.

Молекул хэлбэрийн бэлэн илэрхийлэл бичих үед OVR тэгшитгэл (хагас урвалын арга) биелсэн гэж үзнэ. Бүрэлдэхүүн хэсэг бүр тодорхой үржүүлэгчтэй байх ёстой.

Исгэлэн орчны жишээ

Натрийн нитрит хлорын хүчилтэй харилцан үйлчилснээр натрийн нитрат болон давсны хүчил үүсдэг. Коэффициентийг цэгцлэхийн тулд хагас урвалын арга, тэгшитгэл бичих жишээг ашигладагхүчиллэг орчинтой холбоотой.

NaNO₂ + HClO₃ → NaNO₃ + HCl

ClO₃^- + 6H⁺ + 6e^- → 3H₂O + Cl^- |1

NO₂^- + H₂O – 2e^- → ҮГҮЙ₃^- +2H⁺ |3

ClO₃^- + 6H⁺ + 3H₂ O + 3NO₂^- → 3H₂O + Cl ^- + 3NO₃^- +6H⁺

ClO₃^- + 3NO₂^{-→ Cl}- ^{+ 3NO}3-

3Na⁺ + H⁺ → 3Na⁺ + H ⁺

3NaNO₂ + HClO₃ → 3NaNO₃ + HCl.

Энэ процесст нитритээс натрийн нитрат, хлорын хүчлээс давсны хүчил үүсдэг. Азотын исэлдэлтийн төлөв +3-аас +5 болж өөрчлөгдөж, хлорын цэнэг +5 -1 болно. Хоёр бүтээгдэхүүн хоёулаа тунадас үүсгэдэггүй.

Шүлтлэг орчинд үзүүлэх хагас урвал

Илүүдэл гидроксидын ионтой тооцоолол хийх нь хүчиллэг уусмалын тооцоотой тохирч байна. Шүлтлэг орчинд хагас урвалын арга нь мөн процессын бүрэлдэхүүн хэсгүүдийг ионы тэгшитгэл хэлбэрээр илэрхийлэхээс эхэлдэг. Атомын хүчилтөрөгчийн тоог тохируулах явцад ялгаа ажиглагдаж байна. Ингээд урвалын тал дээр илүүдэлтэй нь молекулын ус, эсрэг талд нь гидроксидын анион нэмдэг.

H₂O молекулын урд талын коэффициент нь сумны дараах ба өмнөх хүчилтөрөгчийн хэмжээ, OH^{--ийн хувьд хүчилтөрөгчийн хэмжээний зөрүүг харуулж байна.ион нь хоёр дахин нэмэгддэг. Исэлдэлтийн үедангижруулагчийн үүрэг гүйцэтгэдэг урвалж нь гидроксил анионуудаас O атомыг зайлуулдаг.}

Хагас урвалын арга нь хүчиллэг илүүдэлтэй процессуудтай давхцаж буй алгоритмын үлдсэн алхмуудаар төгсдөг. Эцсийн үр дүн нь молекулын тэгшитгэл юм.

Шүлтлэг жишээ

Иодыг натрийн гидроксидтэй холиход натрийн иод, иод, усны молекулууд үүсдэг. Процессын тэнцвэрийг олж авахын тулд хагас урвалын аргыг ашигладаг. Шүлтлэг уусмалын жишээнүүд нь атомын хүчилтөрөгчийг тэнцүүлэхтэй холбоотой өөрийн гэсэн онцлогтой.

NaOH + I₂ →NaI + NaIO₃ + H₂O

I + e^- → I^- |5

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

I + 5I + 6OH^- → 3H₂O + 5I^- + IO ₃^-

6Na⁺ → Na⁺ + 5Na⁺

6NaOH + 3I₂ →5NaI + NaIO₃ + 3H₂O.

Урвалын үр дүн нь молекулын иодын нил ягаан өнгө алга болно. Натри иод ба иод үүсэх үед энэ элементийн исэлдэлтийн төлөв 0-ээс -1 ба +5 болж өөрчлөгддөг.

Төвийг сахисан орчин дахь хариу үйлдэл

Ихэнхдээ энэ нь давсны гидролизийн явцад бага зэрэг хүчиллэг (рН 6-7) эсвэл бага зэрэг шүлтлэг (рН 7-8) уусмал үүсэх процессын нэр юм..

Төвийг сахисан орчин дахь хагас урвалын аргыг хэд хэдэн хэлбэрээр бичсэнсонголтууд.

Эхний арга нь давсны гидролизийг харгалздаггүй. Орчуулагчийг төвийг сахисан гэж үздэг бөгөөд молекулын усыг сумны зүүн талд оруулсан болно. Энэ хувилбарт нэг хагас урвалыг хүчиллэг, нөгөөг нь шүлтлэг гэж авна.

Хоёр дахь арга нь рН-ийн утгын ойролцоо утгыг тохируулах процессуудад тохиромжтой. Дараа нь ион-электрон аргын урвалыг шүлтлэг эсвэл хүчиллэг уусмалд авч үзнэ.

Төвийг сахисан орчны жишээ

Хүхэрт устөрөгчийг натрийн бихроматтай усанд нийлүүлэхэд хүхэр, натри, гурван валенттай хромын гидроксидын тунадас үүснэ. Энэ нь төвийг сахисан уусмалын ердийн хариу үйлдэл юм.

Na₂Cr₂O₇ + H₂ S +H2O → NaOH + S + Cr(OH)₃

H₂S - 2e^- → S + H⁺ |3

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

7H₂O +3H₂S + Cr₂O ₇^2- → 3H⁺ +3S + 2Cr(OH)₃ +8OH^-. Устөрөгчийн катион ба гидроксидын анионууд нийлж 6 усны молекул үүсгэдэг. Тэдгээрийг баруун болон зүүн талд нь арилгаж, илүүдлийг нь сумны урд үлдээж болно.

H₂O +3H₂S + Cr₂O ₇^2- → 3S + 2Cr(OH)₃ +2OH^-

2Na⁺ → 2Na⁺

Na₂Cr₂O₇ + 3H₂ S +H₂O → 2NaOH + 3S + 2Cr(OH)₃

Урвалын төгсгөлд хөх хромын гидроксидын тунадас ба шарнатрийн гидроксид бүхий шүлтлэг уусмал дахь хүхэр. -2-тэй S элементийн исэлдэлтийн төлөв 0 болж, +6-тай хромын цэнэг +3 болно.