10 жаратылыстану-математика бағытындағы 10-сыныбына арналған оқулық 1-бөлім

§ 45. ТОТЫҒУ-ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯЛАРЫН


ЭЛЕКТРОНДЫҚ БАЛАНС ӘДІСІМЕН ТЕҢЕСТІРУ

Тотығу-тотықсыздану реакцияларында коэффициенттерді қоюдың негізгі екі әдісі бар: электрондық баланс әдісі және электронды-иондық баланс әдісі.

Тотықсыздан­­дыр­ғыш берген электрон­ дардың­ саны, тотықтырғыш қосып алған электронд­ардың санына тең болу керек. Тотығу-тотықсыздану реакцияларын электрон­ дық баланс әдісімен теңестіру осы принципке

негізделген­.

1-мысал. Электрондық баланс әдісін қол­ дануды келесі химиялық реакцияны мысалға алып қарастырайық:

Al + H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ + H₂↑

Бүгінгі сабақта:

• 
  тотығу-тотықсыздану реакцияларын электрондық баланс әдісімен теңестіруді үйренеміз
  

Тірек ұғымдар

• 
  Электрондық баланс
  

• 
  Тотығу дәрежесі
  

• 
  Тотығу процесі
  

• 
  Тотықсыздану процесі
  

1. 
   Реакцияға қатысатын және реакция
   

нәтижесінде түзілетін барлық заттар құрамындағы элементтердің тотығу дәрежелерін анықтаймыз. Содан кейін реакция барысында тотығу дәрежелері өзгерген элемент таңбаларының астын сызамыз:

Al⁰ + H₂⁺¹S⁺⁶O₄^–2 → Al⁺₂³ (S⁺⁶O₄^–2)₃ + H⁰₂↑

2. 
   Тотығу және тотықсыздану процестерінің теңдеулер­і­н құрамыз:
   

Al0 – 3ē → Al3+		6		2
2H^+ + 2ē → H^02				3

тотығу

тотықсыздану

Тотықсыздану өнімі екі атомды сутек молекуласы болғандықтан­, теңдеудің сол жағына екі атом сутек алынды.

191

3. 
   Беріп жіберген және қосып алған электрондардың ең кіші ортақ еселігі — алты. Берген және қосып алған электрондардың сандарын теңестіру үшін бірінші теңдеуді 2-ге, ал екіншісін 3-ке көбейтеміз:
   

2Al0 – 6ē → 2Al+3

6H⁺¹ + 6ē → 3H⁰

₂

4. 
   Тотығу дәрежелері өзгермейтін атомдар кіретін заттар формула­ сының алдына коэффициенттерді есептеп қоямыз:
   

2Al + 3H₂SO₄ = Al₂(SO₄)₃ + 3H₂↑

Әдетте, сутек және оттек атомдарының сандарын ең соңғы кезек-те есептейді. Көптеген жағдайларда тотығу-тотықсыздану реакция теңдеуіндегі сол және оң жақтағы оттек атомдарының сандарының тең болуы, бұл теңдеудің дұрыс құрастырылғанын көрсетеді.

2-мысал. Тотығу-тотықсыздану реакцияларының күр­делілеу мыса-лын қарастырайық:

KMnO₄ + NaI + H₂SO₄ → MnSO₄ + I₂ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O

1. 
   Барлық элементтердің тотығу дәрежелерін есептеп, тотығу дәрежелері өзгеретін элементтердің астын сызамыз:
   

K⁺¹Mn⁺⁷O₄^–2 + Na⁺¹I^–1 + H₂⁺¹S⁺⁶O₄^–2 →

+6–2
→ Mn⁺²S⁺⁶O₄^–2 + I₂⁰ + 2Na⁺¹S⁺⁶O₄^–2 + 2K⁺ + SO₄ + H₂⁺¹O^–2

2. Мұнда марганец пен йодтың тотығу дәрежелері өзгереді. Олар үшін

тотығу және тотықсыздану процестерінің­ теңдеулерін құрастырамыз:

Mn+7 + 5ē → Mn+2 (тотықсыздану)

2I^– – 2ē → I₂ (тотығу)

Реакцияның тотығу өнімі екі атомды йод молекуласы І₂ болғандықтан, теңдеудің сол жағындағы тотығу процесіне екі атом йод алынды.

3. 
   “5” пен “2” сандарының ең кіші ортақ еселігі “10”, сон­дықтан тотықсыздану процесінің теңдеуін 2-ге, ал тотығу процесінің теңдеуін
   

5-ке көбейтеміз:

Mn+7 + 5ē → Mn+2		10		2
2I^–1 – 2ē → I2				5

Екі Mn+7 атомдары 10 электрон қосып алады, ал йод атомдары 10 электронды беріп жіберіп, электрондық баланс әдісінің басты ережесі орындалады.

4. 
   Табылған көбейткіштерді коэффициенттер ретінде құрамына осы элементтер кіретін заттардың формулала­ры­ның­ алдына жазамыз:
   

2KMnO₄ + 10NaI + H₂SO₄ →

192

• 
  2MnSO₄ + 5I₂ + Na₂SO₄ + K₂SO₄ + H₂O
  

4. 
   Басқа формулалардың коэффициенттерін барлық элемент атомдарының сандарын теңестіру арқылы табады:
   

2KMnO₄ + 10NaI + 8H₂SO₄ =

= 2MnSO₄ + 5I₂ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 8H₂O

3-мысал. Кейбір тотығу-тотықсыздану реакцияларында тотығу дәрежелерін өзгертетін элементтер екіден артық болуы мүмкін. Мысал ретінде келесі реакцияны қарастырайық:

P₂⁺³S₃^–2 + HN⁺⁵O₃ → H₃P⁺⁵O₄ + S⁺⁴O₂↑ + N⁺⁴O₂↑ + H₂O

Екі элемент — фосфор мен күкірт реакция барысында тотығады, ал бір элемент — азот тотықсызданады:

2P+3 – 4ē → 2P+5		1	тотығу
3S–2 – 18ē → 3S+ 4			тотығу
N+5 + 1ē → N+4		22	тотықсыздану

Тотығу процесіне қатысатын электрондардың жалпы саны 22-ге тең, ал тотықсыздану процесіне 1 электрон қатысады. Сондықтан тотығу процесінің екі теңдеуі үшін ортақ көбейткіш 1-ге тең, ал тотықсыздану процесі үшін 22-ге тең. Бұл көбейткіштерді коэффициенттер ретінде формулалардың алдына жазамыз:

P₂S₃ +22HNO₃ → 2H₃PO₄ + 3SO₂↑ + 22NO₂↑ + H₂O

Ең соңында сутек пен оттек атомдарының сандарын теңестіреміз:

P₂S₃ + 22HNO₃ = 2H₃PO₄ + 3SO₂↑ + 22NO₂↑ + 8H₂O

Көп элементтердің тотығу дәрежелері өзгеретін бұдан да күрделі тотығу-тотықсыздану реакциялары болады. Реакция теңдеулерін теңестірудің бұдан басқа да әдістері бар.

Кез келген тотығу-тотықсыздану реакциясы тотығу және тотықсыздану процестерінен тұрады. Электрондық баланс әдісінің мәні — электр зарядының сақталу заңына негіздел­ген: тотықсыздандырғыш қанша элек-трон берсе, тотықтырғыш сонша электрон қосып ала-ды.

1. 
   Тотығу процестерін көрсетіңдер:
   

а) Al0 – 3e → ә) F0 + 1e →

б) Ca0 – 2e → в) S0 + 2e →

г) Cl0 + 1e → ғ) K0 – 1e →

193

2. 
   Тотықсыздану процестерін көрсетіңдер:
   

а) Br0 → Br5+	ә ) Ғе2+ → Ғе3+
б)С^2+→С^4+	в) В^3+ → В^0

3. 
   Реакцияларды электрондық баланс әдісімен теңестіріңдер:
   

а) Fe₂O₃ + CO → Fe₃O₄ + CO₂↑
ә) Cu + H₂SO₄ (конц.) → CuSO₄ + SO₂↑ + H₂O б) Cs + H₂O → CsOH + H₂↑
в) NH₄NO₃ → N₂O + H₂O
г) FeCl₃ + KI → FeCl₂ + I₂ + KCl
ғ) Ca₃(PO₄)₂ + SiO₂ + C → P + CaSiO₃ + CO↑


§ 46. ТОТЫҒУ-ТОТЫҚСЫЗДАНУ РЕАКЦИЯЛАРЫН


ЭЛЕКТРОНДЫҚ-ИОНДЫҚ ӘДІСПЕН ТЕҢЕСТІРУ

Бүгінгі сабақта:

• 
  тотығу-тотықсыздану реакцияларын (ТТР) электрондық-иондық әдіспен теңестіруді үйренеміз
  

Тірек ұғымдар

• 
  Коэффициент
  

• 
  электрондық-иондық баланс
  

• 
  Тотығу дәрежесі
  

• 
  Тотығу процесі
  

• 
  Тотықсыздану процесі
  

Электрондық-иондық баланс әдісінің элек­

трондық­ баланс әдісінен айырмашылықтары­

бар. Тотығу және тотық­сыздану процестерінде жеке атомдар емес, (N+3, Cr+6) (нақты бөлшектер) иондар (NO₂^–, CrO₄^–) жазылады. Күшті электро-литтер үшін бұл бөлшектер — иондар, әлсіз электролиттер үшін — молекулалар болып та-былады, аз еритін заттар үшін де молекулалық формула жазылады. Қажетті жағдайда қышқыл ортада H₂O және H⁺ иондары, сілтілік ортада — H₂O және иондар OH⁺ қолданылады.

Бұл әдіс тотығу дәрежелерінің мәнін нақ­ ты есептеуді қажет етпейді. Тотығу және тотықсыздану процестеріне қатысқан элек­

трондардың­ саны оң және сол жақтағы бөл­

шектердің­ зарядтары бойынша есептеледі.

Қышқылдық, сілтілік және бейтарап ортада жүретін тотығу-тотықсыздану реакцияларын электрондық-иондық баланс әдісімен теңестіруді қарастырайық.

Қышқыл ортада жүретін тотығу-тотықсыздану реакцияларын теңестіру ережелері:

1. 
   Реакцияның сызбанұсқасын жазу. Тотығу-тотықсыздану процесіне қатысатын молекула немесе иондарды анықтау.
   

2. 
   Тотығу және тотықсыздану процестерінің жартылай реакциясының иондық формуласын жазу. Әлсіз электролиттер, қатты және газ тәрізді заттарды молекулалық түрде жазу.
   

3. 
   Зат массасының және энергияның сақталу заңын негізге ала отырып, жартылай реакция теңдеуін жазу үшін заттардың және зарядтардың тепе-теңдігін сақтау керек.
   

194

Оттек атомдарының санын теңестіру үшін жартылай реакцияның қай жағында оттек атомдары артық болса, сонша сутек Н+ атомдарын қосамыз. Нәтижесінде оттек атомдары сутек атомдарымен байланысып, су Н₂О молекуласын түзеді. Қарама-қарсы жағына су молекуласын қосып жазу керек. Оттекті, сутекті содан кейін электрондар санын теңестіру қажет.

4. 
   Жартылай реакциядағы қосып алған және беріп жіберген элек-трондар санын теңестіреді.
   

4. 
   Алдымен жартылай реакцияның сол жағын, кейін оң жағын жинақтап жазу керек. Формуланың алдындағы коэффициентке көбейтуді ұмытпаған жөн. Иондық реакцияның жиынтық теңдеуі.
   

4. 
   Теңдеудің оң және сол жағындағы ұқсас иондар мен молекулалар қысқартылады.
   

4. 
   Жетіспеген катиондар немесе аниондарды қосып жазу керек. Теңдеудің оң және сол жағындағы қосылатын иондардың саны тең болу керек.
   

Мысалы:

1	Теңдеу сызбанұсқасы	S0+HNO–					→ H	SO^2^–+ NO0
						3	2	4
2	1-жартылай реакция	1		S^0 + 4H2O^0 – 6ē					→ SO^24^– + 8H^+
3	2-жартылай реакция	2		NO3^– + 4H^+ + 3ē → NO^0 + 2H2O^0
4	Иондық жиынтық теңдеу	S+4H			2	O + 2NO–+ 8H+ → SO^2^– + 8H+ + 2NO + 4H O
								3	4	2
		S + 2NO– → SO^2^– + 2NO
						3		4
5	Қосылған иондар	2H+ = 2H+
6	Молекулалық теңдеу	S + 2HNO3 = H2SO4 + 2NO↑

1. 
   KNO₂ + HClO₃ → KNO₃ + HCl
   

NO–	+ H	O^0	– 2ē → NO–+ 2H+
						3
2	2		3
ClO– + 6H+ + 6ē → Cl– + 3H					O^0	1
3				2

3NO₂^– + 3H₂O + ClO₃^– + 6H⁺ → 3NO₃^– + 6H⁺ + Cl^– + 3H₂O

3NO₂^– + ClO₃^– → 3NO₃^– + Cl^–

3KNO₂ + HClO₃ = 3KNO₃ + HCl

2. 
   KMnO₄ + FeSO₄ + H₂SO₄ → MnSO₄ + Fe₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O
   

KMnO – + Fe2+SO + H			SO	4	→ Mn2+SO			4	+ Fe3+			(SO	)	3	+ K	SO	+ H	O
4	4	2							2			4			2	4	2
MnO – + 8H+ + 5ē		→ Mn2+ + 4H				2	O0				2
4
2Fe2+ – 2ē	→ 2Fe3+										5

2MnO₄^– + 16H⁺ + 10Fe²⁺ → 2Mn²⁺ + 8H₂O + 10Fe³⁺

2K⁺ + 8SO₄^2– + 10SO₄^2– = 2SO₄^2– + 2K⁺ + SO₄^2– + 15SO₄^2–

2KMnO₄ + 8H₂SO₄ +10FeSO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5Fe₂(SO₄)₃ + 8H₂O

195

Сілтілік ортада жүретін тотығу-тотықсыздану реакцияларын теңес­ тіру ережелері

1. 
   Сутек және оттек атомдарының санын теңестіру үшін жартылай реакцияның оттек атомдары көп жағына су молекуласын қосады, ал қарама-қарсы жаққа гидроксид иондарын екі еселеп қосады.
   
2. 
   Теңдеудің оң және сол жағындағы оттек атомдарының айыр­
   

машылығын­ көрсететін Н₂О алдына коэффициент қойылады. Ал ОН– ионының алдына екі еселенген коэффициент қойылады. Сонда тотық­ сыздандырғыш гидроксид иондарынан оттек атомын қосып алады:

1. I2 + KOH → KI + KIO3 + H2O
	I0+1ē	→ I–				5
	I^0 + 6OH^– – 5ē → IO3^– + 3H2O					1
	5I0 + I0 + 6OH– → 5I– + IO– + 3H		2	O
		3
	3I2 + 6KOH = 5KI + KIO3 + 3H2O
2. MnO2 + KClO3 + KOH → K2MnO4+ KCl + H2O
	MnO2^0 + 4OH^– – 2ē → MnO4^2– + 2H2O							3
	ClO– + 3H O + 6ē → Cl– + OH–							1
3		2

3MnO₂ + 12OH^– + ClO₃^– + 3H₂O → 3MnO₄^2– + 6H₂O + Cl^– + 6OH^–

3MnO₂ + 6OH^– + ClO₃^– → 3MnO₄^2– + Cl^– + 3H₂O 3MnO₂ + 6KOH + KClO₃ = 3K₂MnO₄ + 3H₂O + KCl

3. MnO2			+ KNO3 + KOH → K2MnO4 + KNO2 + H2O
	MnO	0	+ 4OH– – 2ē		→ MnO2– + 2H	2	O0	1
		2			4
	NO–	+ H		O+2ē→NO–+2OH–				1
3			2		2

MnO₂ + 4OH^–+ NO₃^– + H₂O → MnO₄^2– + 2H₂O + NO₂^– + 2OH^– MnO₂ + 2OH^– + NO₃^– → MnO₄^2– + H₂O + NO₂^–

MnO₂ + 2KOH + KNO₃ = K₂MnO₄ + H₂O + KNO₂