Azərbaycanca
Беларускі
Dansk
Deutsch
Española
Français
Indonesia
Italiana
日本語
Қазақ
Lietuvos
Nederlands
Português
Русский
සිංහල
แบบไทย
Türkçe
Українська
中國人
United State
Afrikaans
Напівреáкція — це окислювальний або відновлювальний компонент окисно-відновної реакції. Рівняння окисно-відновної реакції розбивають на дві частини: одна описує процес окиснення, інша — процес відновлення. Ці частини містять вільні електрони й називаються напівреакціями.
За звичайного проведення окисно-відновної реакції обидві напівреакції відбуваються разом і електрони переходять безпосередньо від відновника до окисника. Електрохімічна комірка надає можливість розділити напівреакції у просторі. Тут металеві електроди діють як резервувари електронів; окисник отримує електрони з одного резервуару, відновник віддає електрони іншому резервуару. В зовнішньому ланцюгу між електродами тече електричний струм.
Електрохімічна комірка може використовуватися як електролізер (перетворює електричну енергію на хімічну) або як гальванічний елемент (навпаки, перетворює хімічну енергію на електричну). В будь-якому випадку на катоді відбувається напівреакція відновлення, на аноді — напівреакція окиснення.
Крім опису електродних процесів, напівреакції зручно застосовувати для відшукування коефіцієнтів хімічного рівняння окисно-відновної реакції. Такий метод зрівнювання називають методом електронно-іонного балансу або методом напівреакцій.
Приклад: мідно-цинковий гальванічний елемент
Розглянемо гальванічний елемент з малюнку. Він побудований із цинкового електроду в розчині сульфату цинку (ZnSO4) та мідного електроду в розчині сульфату міді(II) (CuSO4). Повна окисно-відновна реакція така:
- Zn(тв) + CuSO4(р) → ZnSO4(р) + Cu(тв)
На аноді (Zn) відбувається окиснення, метал віддає електрони й розчиняється. Отже, на аноді відбувається напівреакція:
- Zn(тв) → Zn2+(р) + 2e−
На катоді (Cu) відбувається відновлення, катіони міді, наявні в розчині, отримують електрони й метал осаджується. Отже, на катоді відбувається напівреакція:
- Cu2+(р) + 2e− → Cu(тв)
Зауважте, що для першої напівреакції вільні електрони є продуктом (записані у правій частині), а для другої вони є реагентом (записані в лівій частині). Напівреакції комбінують (додають) з такими коефіцієнтами, щоб вільні електрони в лівій і правій частині повного рівняння скоротилися; на цьому й ґрунтується метод зрівнювання.
Зрівнювання хімічних рівнянь
Метод електронно-іонного балансу (рекомендована назва) або метод напівреакцій (застаріла назва) призначений в першу чергу для відшукання коефіцієнтів рівнянь окисно-відновних реакцій, які відбуваються у воді. Алгоритм його застосування:
- Визначити окисник і відновник, а також зміни ступенів окиснення.
- Записати короткі схеми напівреакцій окиснення й відновлення, що містять лише ті частинки, до складу яких входять хімічні елементи, що змінюють ступінь окиснення. Частинки записувати з урахуванням електролітичної дисоціації.
- Зрівняти схеми напівреакцій, за потреби доповнивши їх елементами H та O у складі таких частинок: H+, H2O, OH−
. До лівих частин, як реагенти, можна дописувати H+ та H2O, якщо реакція відбувається у присутності кислоти, чи OH−
та H2O, якщо реакція відбувається у присутності лугу. - Знайти найменше спільне кратне коефіцієнтів при електронах у зрівняних напівреакціях. Додати напівреакції, попередньо помноживши їхні коефіцієнти на відповідні числа так, щоб вільні електрони в повному рівнянні скоротилися.
Внаслідок застосування цього алгоритму утворюється рівняння окисно-відновної реакції, записане в іонній формі.
Приклади застосування методу зрівнювання
Приклад 1. Застосуємо вищенаведений алгоритм до реакції розчинення міді в неконцентрованій нітратній кислоті:
- Cu + HNO3 → Cu(NO
3)
2 + NO↑
Тут мідь відіграє роль відновника (ступені окиснення 0 → +2), а азот — окисника (ступені окиснення +5 → +2). Другий пункт алгоритму починаємо з таких схем:
- Cu → Cu2+ + 2e−
- NO−
3 + 3e− → NO
Перша з цих напівреакцій уже зрівняна за хімічними елементами й за зарядом. У другій зліва «зайвий» кисень, щоб його зв'язати, додаємо H+ (реакція в кислому середовищі), а справа отримуємо воду.
- NO−
3 + 4H+ + 3e− → NO + 2H2O
Тут уже дотримано й матеріального, і зарядового балансу. Найменше спільне кратне НСК(2,3)=6, отже, при комбінуванні першу напівреакцію слід домножити на 3, а другу на 2.
- 3Cu + 2NO−
3 +8H+ + 6e− → 3Cu2+ + 2NO + 4H2O + 6e−
Після скорочення електронів отримуємо зрівняне рівняння в іонній формі:
- 3Cu + 2NO−
3 + 8H+ = 3Cu2+ + 2NO↑ + 4H2O
За потреби його можна переписати в молекулярній формі, нейтралізувавши надлишковий позитивний заряд нітрат-аніонами (+6NO−
3 до обох частин рівняння) та об'єднавши катіони з аніонами:
- 3Cu + (2+6)NO−
3 + 8H+ → 3Cu2+ + 6NO−
3 + 2NO + 4H2O - 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO
3)
2 + 2NO↑ + 4H2O
Приклад 2. Розглянемо реакцію відновлення перманганату сірководнем у водному розчині без додавання кислоти чи лугу. Сірководнева кислота слабка, погано дисоціює, тож середовище майже нейтральне. Тут сірка відіграє роль відновника (ступені окиснення -2 → 0), а манган — окисника (ступені окиснення +7 → +4).
- H2S + KMnO4 → S↓ + MnO2↓
Початкові схеми напівреакцій:
- H2S → S↓ + 2e−
- MnO−
4 + 3e− → MnO2↓
В першій реакції утворюються ще протони:
- H2S → S↓ + 2H+ + 2e−
В другій зліва надлишковий кисень, але ми не можемо додавати протони, оскільки середовище нейтральне. Отже, додаємо воду з тим, щоб справа утворився OH−
.
- MnO−
4 + 2H2O + 3e− → MnO2↓ + 4OH−
НСК(2,3)=6, першу напівреакцію множимо на 3, другу на 2, скорочуємо електрони.
- 2MnO−
4 + 4H2O + 3H2S → 2MnO2↓ + 3S↓ + 6H+ + 8OH−
Тепер у правій частині поряд виявилися частинки H+ та OH-, вони з'єднуються з утворенням води:
- 2MnO−
4 + 4H2O + 3H2S → 2MnO2↓ + 3S↓ + 6H2O + 2OH−
Скорочуємо воду зліва й справа:
- 2MnO−
4 + 3H2S = 2MnO2↓ + 3S↓ + 2H2O + 2OH−
Це відповідь, яку можна переписати в молекулярній формі, компенсувавши заряд катіонами калію:
- KMnO4 + 3H2S = 2MnO2↓ + 3S↓ + 2H2O + 2KOH
Див. також
Джерела
Вікіпедія, Українська, Україна, книга, книги, бібліотека, стаття, читати, завантажити, безкоштовно, безкоштовно завантажити, mp3, відео, mp4, 3gp, jpg, jpeg, gif, png, малюнок, музика, пісня, фільм, книга, гра, ігри, мобільний, телефон, android, ios, apple, мобільний телефон, samsung, iphone, xiomi, xiaomi, redmi, honor, oppo, nokia, sonya, mi, ПК, web, Інтернет
Napivreakciya ce okislyuvalnij abo vidnovlyuvalnij komponent okisno vidnovnoyi reakciyi Rivnyannya okisno vidnovnoyi reakciyi rozbivayut na dvi chastini odna opisuye proces okisnennya insha proces vidnovlennya Ci chastini mistyat vilni elektroni j nazivayutsya napivreakciyami Za zvichajnogo provedennya okisno vidnovnoyi reakciyi obidvi napivreakciyi vidbuvayutsya razom i elektroni perehodyat bezposeredno vid vidnovnika do okisnika Elektrohimichna komirka nadaye mozhlivist rozdiliti napivreakciyi u prostori Tut metalevi elektrodi diyut yak rezervuvari elektroniv okisnik otrimuye elektroni z odnogo rezervuaru vidnovnik viddaye elektroni inshomu rezervuaru V zovnishnomu lancyugu mizh elektrodami teche elektrichnij strum Elektrohimichna komirka mozhe vikoristovuvatisya yak elektrolizer peretvoryuye elektrichnu energiyu na himichnu abo yak galvanichnij element navpaki peretvoryuye himichnu energiyu na elektrichnu V bud yakomu vipadku na katodi vidbuvayetsya napivreakciya vidnovlennya na anodi napivreakciya okisnennya Krim opisu elektrodnih procesiv napivreakciyi zruchno zastosovuvati dlya vidshukuvannya koeficiyentiv himichnogo rivnyannya okisno vidnovnoyi reakciyi Takij metod zrivnyuvannya nazivayut metodom elektronno ionnogo balansu abo metodom napivreakcij Priklad midno cinkovij galvanichnij elementShema galvanichnogo elementu Rozglyanemo galvanichnij element z malyunku Vin pobudovanij iz cinkovogo elektrodu v rozchini sulfatu cinku ZnSO4 ta midnogo elektrodu v rozchini sulfatu midi II CuSO4 Povna okisno vidnovna reakciya taka Zn tv CuSO4 r ZnSO4 r Cu tv Na anodi Zn vidbuvayetsya okisnennya metal viddaye elektroni j rozchinyayetsya Otzhe na anodi vidbuvayetsya napivreakciya Zn tv Zn2 r 2e Na katodi Cu vidbuvayetsya vidnovlennya kationi midi nayavni v rozchini otrimuyut elektroni j metal osadzhuyetsya Otzhe na katodi vidbuvayetsya napivreakciya Cu2 r 2e Cu tv Zauvazhte sho dlya pershoyi napivreakciyi vilni elektroni ye produktom zapisani u pravij chastini a dlya drugoyi voni ye reagentom zapisani v livij chastini Napivreakciyi kombinuyut dodayut z takimi koeficiyentami shob vilni elektroni v livij i pravij chastini povnogo rivnyannya skorotilisya na comu j gruntuyetsya metod zrivnyuvannya Zrivnyuvannya himichnih rivnyanMetod elektronno ionnogo balansu rekomendovana nazva abo metod napivreakcij zastarila nazva priznachenij v pershu chergu dlya vidshukannya koeficiyentiv rivnyan okisno vidnovnih reakcij yaki vidbuvayutsya u vodi Algoritm jogo zastosuvannya Viznachiti okisnik i vidnovnik a takozh zmini stupeniv okisnennya Zapisati korotki shemi napivreakcij okisnennya j vidnovlennya sho mistyat lishe ti chastinki do skladu yakih vhodyat himichni elementi sho zminyuyut stupin okisnennya Chastinki zapisuvati z urahuvannyam elektrolitichnoyi disociaciyi Zrivnyati shemi napivreakcij za potrebi dopovnivshi yih elementami H ta O u skladi takih chastinok H H2O OH Do livih chastin yak reagenti mozhna dopisuvati H ta H2O yaksho reakciya vidbuvayetsya u prisutnosti kisloti chi OH ta H2O yaksho reakciya vidbuvayetsya u prisutnosti lugu Znajti najmenshe spilne kratne koeficiyentiv pri elektronah u zrivnyanih napivreakciyah Dodati napivreakciyi poperedno pomnozhivshi yihni koeficiyenti na vidpovidni chisla tak shob vilni elektroni v povnomu rivnyanni skorotilisya Vnaslidok zastosuvannya cogo algoritmu utvoryuyetsya rivnyannya okisno vidnovnoyi reakciyi zapisane v ionnij formi Prikladi zastosuvannya metodu zrivnyuvannya Priklad 1 Zastosuyemo vishenavedenij algoritm do reakciyi rozchinennya midi v nekoncentrovanij nitratnij kisloti Cu HNO3 Cu NO3 2 NO Tut mid vidigraye rol vidnovnika stupeni okisnennya 0 2 a azot okisnika stupeni okisnennya 5 2 Drugij punkt algoritmu pochinayemo z takih shem Cu Cu2 2e NO 3 3e NO Persha z cih napivreakcij uzhe zrivnyana za himichnimi elementami j za zaryadom U drugij zliva zajvij kisen shob jogo zv yazati dodayemo H reakciya v kislomu seredovishi a sprava otrimuyemo vodu NO 3 4H 3e NO 2H2O Tut uzhe dotrimano j materialnogo i zaryadovogo balansu Najmenshe spilne kratne NSK 2 3 6 otzhe pri kombinuvanni pershu napivreakciyu slid domnozhiti na 3 a drugu na 2 3Cu 2NO 3 8H 6e 3Cu2 2NO 4H2O 6e Pislya skorochennya elektroniv otrimuyemo zrivnyane rivnyannya v ionnij formi 3Cu 2NO 3 8H 3Cu2 2NO 4H2O Za potrebi jogo mozhna perepisati v molekulyarnij formi nejtralizuvavshi nadlishkovij pozitivnij zaryad nitrat anionami 6NO 3 do oboh chastin rivnyannya ta ob yednavshi kationi z anionami 3Cu 2 6 NO 3 8H 3Cu2 6NO 3 2NO 4H2O 3Cu 8HNO3 3Cu NO3 2 2NO 4H2O Priklad 2 Rozglyanemo reakciyu vidnovlennya permanganatu sirkovodnem u vodnomu rozchini bez dodavannya kisloti chi lugu Sirkovodneva kislota slabka pogano disociyuye tozh seredovishe majzhe nejtralne Tut sirka vidigraye rol vidnovnika stupeni okisnennya 2 0 a mangan okisnika stupeni okisnennya 7 4 H2S KMnO4 S MnO2 Pochatkovi shemi napivreakcij H2S S 2e MnO 4 3e MnO2 V pershij reakciyi utvoryuyutsya she protoni H2S S 2H 2e V drugij zliva nadlishkovij kisen ale mi ne mozhemo dodavati protoni oskilki seredovishe nejtralne Otzhe dodayemo vodu z tim shob sprava utvorivsya OH MnO 4 2H2O 3e MnO2 4OH NSK 2 3 6 pershu napivreakciyu mnozhimo na 3 drugu na 2 skorochuyemo elektroni 2MnO 4 4H2O 3H2S 2MnO2 3S 6H 8OH Teper u pravij chastini poryad viyavilisya chastinki H ta OH voni z yednuyutsya z utvorennyam vodi 2MnO 4 4H2O 3H2S 2MnO2 3S 6H2O 2OH Skorochuyemo vodu zliva j sprava 2MnO 4 3H2S 2MnO2 3S 2H2O 2OH Ce vidpovid yaku mozhna perepisati v molekulyarnij formi kompensuvavshi zaryad kationami kaliyu KMnO4 3H2S 2MnO2 3S 2H2O 2KOHDiv takozhElektrodnij potencialDzherelaLevitin Ye Ya Brizicka A M Klyuyeva R G 2000 Zagalna ta neorganichna himiya Pidruchnik dlya studentiv vishih farmacevtichnih zakladiv osviti ta farmacevtichnih fakultetiv vishih medichnih zakladiv osviti III IV rivni akreditaciyi Harkiv Prapor vidavnictvo NFAU ISBN 5 7766 0784 1