Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi (ORR) tenglamasini tuzishda qaytaruvchi, oksidlovchi va berilgan va qabul qilingan elektronlar sonini aniqlash kerak. OVR stoxiometrik koeffitsientlari elektron balans usuli yoki elektron-ion balansi usuli yordamida tanlanadi (ikkinchisi yarim reaksiya usuli deb ham ataladi). Keling, bir nechta misollarni ko'rib chiqaylik. OVR tenglamalarini tuzish va stoxiometrik koeffitsientlarni tanlash misolida temir (II) disulfidining (pirit) konsentrlangan nitrat kislota bilan oksidlanish jarayonini tahlil qilamiz: Avvalo, mumkin bo'lgan reaksiya mahsulotlarini aniqlaymiz. Nitrat kislota kuchli oksidlovchi moddadir, shuning uchun sulfid ioni maksimal oksidlanish darajasiga S (H2S04) yoki S (SO2) ga va Fe dan Fe ga oksidlanishi mumkin, HN03 esa N0 yoki N02 ga qaytarilishi mumkin. o'ziga xos mahsulotlar - reagentlarning kontsentratsiyasi, harorat va boshqalar). Keling, quyidagi mumkin bo'lgan variantni tanlaymiz: H20 tenglamaning chap yoki o'ng tomonida bo'ladi, biz hali bilmaymiz. Koeffitsientlarni tanlashning ikkita asosiy usuli mavjud. Avval elektron-ion muvozanati usulini qo'llaymiz. Ushbu usulning mohiyati ikkita juda oddiy va juda muhim bayonotda. Birinchidan, bu usul elektronlarning bir zarrachadan ikkinchisiga o'tishini muhitning tabiatini (kislotali, ishqoriy yoki neytral) majburiy hisobga olgan holda ko'rib chiqadi. Ikkinchidan, elektron-ion balansi tenglamasini tuzishda faqat ma'lum OVR jarayonida haqiqatda mavjud bo'lgan zarralar yoziladi - faqat haqiqatda mavjud bo'lgan kationlar yoki annonlar ionlar shaklida yoziladi; Yomon disotsiatsiyalangan, erimaydigan yoki gaz shaklida ajralib chiqadigan moddalar molekulyar shaklda yoziladi. Oksidlanish va qaytarilish jarayonlari uchun tenglamani tuzishda vodorod va kislorod atomlari sonini tenglashtirish uchun (muhitga qarab) suv molekulalari va vodorod ionlari (agar muhit kislotali bo'lsa) yoki suv molekulalari va gidroksid ionlari kiritiladi. (agar muhit ishqoriy bo'lsa). Bizning holatimiz uchun oksidlanishning yarim reaktsiyasini ko'rib chiqing. FeS2 molekulalari (yomon eriydigan modda) Fe3+ ionlariga (temir nitrati (II) butunlay ionlarga ajraladi) va sulfat ionlariga aylanadi S042" (H2SO4 ning dissotsiatsiyasi): Endi nitratning qaytarilish yarim reaksiyasini ko'rib chiqing: Kislorodni tenglashtirish uchun 2 qo'shing. o'ng tomondagi suv molekulalariga, chapga esa - 4 H + ionlari: Zaryadni chap tomonga (zaryad +3) tenglashtirish uchun 3 ta elektron qo'shing: Nihoyat, bizda bor: Ikkala qismni 16H + va 8H20 ga kamaytirsak, biz Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasining yakuniy, kichraytirilgan ionli tenglamasini oling: Tenglamaning har ikki tomoniga NOJ nH+ ionlarining mos keladigan sonini qo‘shib, reaksiyaning molekulyar tenglamasini topamiz: Bundan tashqari, biz atrof-muhitning ta'sirini hisobga oldik va "avtomatik ravishda" H20 tenglamaning o'ng tomonida ekanligini aniqladik. Bu usul katta kimyoviy ma'noga ega ekanligiga shubha yo'q. Empirik muvozanat usuli. OVR tenglamalarida stexiometrik koeffitsientlarni topish usulining mohiyati OVRda ishtirok etuvchi elementlar atomlarining oksidlanish darajalarini majburiy aniqlashdan iborat. Ushbu yondashuvdan foydalanib, biz (11.1) reaktsiyani yana tenglashtiramiz (yuqorida biz bu reaksiyaga yarim reaksiyalar usulini qo'llaganmiz). Qaytarilish jarayoni oddiygina tasvirlangan: Oksidlanish sxemasini tuzish qiyinroq, chunki ikkita element bir vaqtning o'zida oksidlanadi - Fe va S. Siz temirga +2, oltingugurtga - 1 oksidlanish darajasini belgilashingiz va hisobga olishingiz mumkin. Har bir Fe atomida ikkita S atomi borligini aniqlang: Biroq, siz oksidlanish darajasini aniqlamasdan qilishingiz mumkin va sxemaga (11.2) o'xshash sxemani yozishingiz mumkin: O'ng tomonning zaryadi +15, chap tomonining zaryadi 0 ga teng. , shuning uchun FeS2 15 elektrondan voz kechishi kerak. Biz umumiy muvozanatni yozamiz: hosil bo'lgan muvozanat tenglamasini biroz ko'proq "tushunishimiz" kerak - bu FeS2 ni oksidlash uchun 5 HN03 molekulasi va Fe(N03)j hosil qilish uchun yana 3 HNO molekulasi kerakligini ko'rsatadi: Vodorodni tenglashtirish uchun va kislorod, o'ng qismga siz 2 ta H2O molekulasini qo'shishingiz kerak: Elektron-ion balansi usuli elektron balans usuliga qaraganda ko'p qirrali bo'lib, ko'plab OTSlarda koeffitsientlarni tanlashda, xususan, ishtirokida inkor etilmaydigan afzalliklarga ega. organik birikmalar, ularda hatto oksidlanish darajasini aniqlash tartibi ham juda murakkab. - Masalan, kaliy permanganatning suvli eritmasi orqali o'tkazilganda yuzaga keladigan etilenning oksidlanish jarayonini ko'rib chiqaylik. Natijada, etilen etilen glikol HO - CH2 - CH2 - OH ga oksidlanadi va permanganat marganets oksidiga (TV) qaytariladi, bundan tashqari, yakuniy muvozanat tenglamasidan ko'rinib turibdiki, o'ng tomonda kaliy gidroksid ham hosil bo'ladi. : Bunday atamalarni kerakli qisqartirishlarni amalga oshirgandan so'ng, biz tenglamani yakuniy molekulyar shaklda yozamiz * OVR oqimining tabiatiga muhitning ta'siri.(11.1) - (11.4) misollarda foydalanish "texnikasi" aniq ko'rsatilgan. kislotali yoki ishqoriy muhitda OVR oqimi holatida elektron-ion balansi usuli. Atrof-muhitning tabiati u yoki bu OVR jarayoniga ta'sir qiladi; bu ta'sirni "his qilish" uchun, keling, bir xil oksidlovchi agentning (KMnO4) turli muhitlarda harakatini ko'rib chiqaylik. , Mn+4 gacha qayta tiklanadi. (Mn0j) va minimal - oxirgisining kuchida, unda Shaiyaaapsya (mvnganat-nOn Mn042") gacha ko'tariladi. Bu quyidagicha izohlanadi. Dissotsilanish chizig'ining kislotalari gidroksid ionlarini ffjO + hosil qiladi, ular kuchli qutblanishadi 4 "MoOH ionlari Marganetsning kislorod bilan bog'lanishini zaiflashtiradi (shu bilan qaytaruvchi vositaning ta'sirini kuchaytiradi) .. Neytral muhitda suv molekulalarining qutblanish ta'siri. sezilarli darajada c-aafep. >"MnO ionlari; ancha kam polarizatsiyalangan. Kuchli ishqoriy muhitda gidroksid ionlari «hatto Mn-O bog'ini mustahkamlaydi, buning natijasida qaytaruvchining samaradorligi pasayadi va MnO^ faqat bitta elektronni qabul qiladi. Kaliy permanganatning neytral muhitdagi xatti-harakatlariga misol reaksiya (11.4) bilan ifodalanadi. Shuningdek, kislotali va ishqoriy muhitda KMnOA ishtirokidagi reaksiyalarga bir misol keltiraylik

Oksidlanish-qaytarilish reaksiyasi tenglamasini tuzishda qaytaruvchi, oksidlovchi, berilgan va qabul qilingan elektronlar sonini aniqlash kerak. Oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tenglamalarini tuzishning asosan ikkita usuli mavjud:
1) elektron balans– qaytaruvchidan oksidlovchiga o‘tuvchi elektronlarning umumiy sonini aniqlashga asoslangan;
2) ion-elektron muvozanat- Oksidlanish va qaytarilish jarayonlari uchun tenglamalarni alohida kompilyatsiya qilish, ularni keyinchalik umumiy ionli tenglama-yarim reaksiya usuliga yig'ish bilan ta'minlaydi. Bu usulda faqat qaytaruvchi va oksidlovchi moddalar uchun emas, balki muhit molekulalari uchun ham koeffitsientlarni topish kerak. Muhitning tabiatiga qarab, oksidlovchi tomonidan qabul qilingan yoki qaytaruvchi tomonidan yo'qolgan elektronlar soni o'zgarishi mumkin.
1) Elektron balans - oksidlanish darajasini o'zgartiruvchi elementlar atomlari orasidagi elektron almashinuvini ko'rib chiqadigan oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari tenglamalarida koeffitsientlarni topish usuli. Qaytaruvchi tomonidan berilgan elektronlar soni oksidlovchi tomonidan qabul qilingan elektronlar soniga teng.

Tenglama bir necha bosqichda tuziladi:

1. Reaksiya sxemasini yozing.

KMnO 4 + HCl → KCl + MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O

2. Oksidlanish darajalarini o'zgaruvchan elementlarning belgilaridan yuqoriga qo'ying.

KMn +7 O 4 + HCl -1 → KCl + Mn +2 Cl 2 + Cl 2 0 + H 2 O

3. Oksidlanish darajasini o‘zgartiruvchi elementlarni ajratib, oksidlovchi tomonidan olingan va qaytaruvchi tomonidan berilgan elektronlar sonini aniqlang.

Mn +7 + 5ē = Mn +2

2Cl -1 - 2ē \u003d Cl 2 0

4. Qabul qilingan va berilgan elektronlar sonini tenglashtiring, shu bilan oksidlanish darajasini o'zgartiruvchi elementlar mavjud bo'lgan birikmalar uchun koeffitsientlarni o'rnating.

Mn +7 + 5ē = Mn +2 2

2Cl -1 - 2ē \u003d Cl 2 0 5

––––––––––––––––––––––––

2Mn +7 + 10Cl -1 = 2Mn +2 + 5Cl 2 0

5. Reaksiyaning qolgan barcha ishtirokchilari uchun koeffitsientlar tanlanadi. Bunda 10 ta HCl molekulasi qaytarilish jarayonida, 6 tasi esa ion almashish jarayonida (kaliy va marganets ionlarining bogʻlanishi) ishtirok etadi.

2KMn +7 O 4 + 16HCl -1 = 2KCl + 2Mn +2 Cl 2 + 5Cl 2 0 + 8H 2 O

2) Ion-elektron muvozanati usuli.

1. Reaksiya sxemasini yozing.

K 2 SO 3 + KMnO 4 + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + MnSO 4 + H 2 O

2. Eritmada haqiqatda mavjud bo'lgan zarrachalar (molekulalar va ionlar)dan foydalanib, yarim reaksiyalar sxemalarini yozing. Shu bilan birga, biz moddiy balansni jamlaymiz, ya'ni. chap tomonda yarim reaksiyada ishtirok etuvchi elementlarning atomlari soni ularning o'ngdagi soniga teng bo'lishi kerak. Oksidlangan va qisqartirilgan shakllar oksidlovchi va qaytaruvchi ko'pincha kislorod tarkibida farqlanadi (Cr 2 O 7 2− va Cr 3+ ni solishtiring). Shuning uchun elektron-ion balansi usuli yordamida yarim reaksiya tenglamalarini tuzishda ular H + / H 2 O juftlarini (uchun) o'z ichiga oladi. kislotali atrof-muhit) va OH - / H 2 O (uchun ishqoriy atrof-muhit). Agar bir shakldan ikkinchisiga o'tish paytida asl shakl (odatda - oksidlangan) oksid ionlarini yo'qotadi (quyida kvadrat qavs ichida ko'rsatilgan), ikkinchisi, chunki ular erkin shaklda mavjud emas, ular ichida bo'lishi kerak. kislotali muhit vodorod kationlari bilan birikadi va in ishqoriy o'rta - suv molekulalari bilan, bu hosil bo'lishiga olib keladi suv molekulalari(kislotali muhitda) va gidroksid ionlari(ishqoriy muhitda):

kislotali muhit+ 2H + = H 2 O misol: Cr 2 O 7 2− + 14H + = 2Cr 3+ + 7H 2 O
ishqoriy muhit+ H 2 O \u003d 2 OH - misol: MnO 4 - + 2H 2 O \u003d MnO 2 + 4OH -

kislorod etishmasligi asl shaklda (ko'pincha tiklangan shaklda) yakuniy shaklga nisbatan qo'shish orqali qoplanadi suv molekulalari(in kislotali atrof-muhit) yoki gidroksid ionlari(in ishqoriy muhit):

kislotali muhit H 2 O = + 2H + misol: SO 3 2- + H 2 O = SO 4 2- + 2H +
ishqoriy muhit 2 OH - \u003d + H 2 O misol: SO 3 2- + 2OH - \u003d SO 4 2- + H 2 O

MnO 4 - + 8H + → Mn 2+ + 4H 2 O qaytarilishi

SO 3 2- + H 2 O → SO 4 2- + 2H + oksidlanish

3. Yarim reaksiya tenglamalarining o'ng va chap qismlarida umumiy zaryadning tengligi zaruriyatidan kelib chiqib, elektron balansni umumlashtiramiz.

Yuqoridagi misolda, qaytarilish yarim reaktsiyasi tenglamasining o'ng tomonida ionlarning umumiy zaryadi +7, chapda - +2, ya'ni o'ng tomonga beshta elektron qo'shilishi kerak:

MnO 4 - + 8H + + 5ē → Mn 2+ + 4H 2 O

Oksidlanishning yarim reaktsiyasi tenglamasida o'ng tomonda umumiy zaryad -2, chap tomonda 0, ya'ni o'ng tomonda ikkita elektronni olib tashlash kerak:

SO 3 2- + H 2 O - 2ē → SO 4 2- + 2H +

Shunday qilib, ikkala tenglamada ion-elektron muvozanati amalga oshiriladi va ulardagi strelkalar o'rniga teng belgilar qo'yish mumkin:

MnO 4 - + 8H + + 5ē \u003d Mn 2+ + 4H 2 O

SO 3 2- + H 2 O - 2ē \u003d SO 4 2- + 2H +

4. Oksidlovchi tomonidan qabul qilingan va qaytaruvchi tomonidan berilgan elektronlar sonining tengligi zarurligi haqidagi qoidaga amal qilib, har ikkala tenglamadagi (2∙5 = 10) elektronlar soni uchun eng kichik umumiy karrali topamiz.

5. Biz (2.5) koeffitsientlarga ko'paytiramiz va ikkala tenglamaning chap va o'ng qismlarini qo'shish orqali ikkala tenglamani yig'amiz.

MnO 4 - + 8H + + 5ē \u003d Mn 2+ + 4H 2 O 2

SO 3 2- + H 2 O - 2ē \u003d SO 4 2- + 2H + 5

–––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––––

2MnO 4 - + 16H + + 5SO 3 2- + 5H 2 O = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5SO 4 2- + 10H +

2MnO 4 - + 6H + + 5SO 3 2- = 2Mn 2+ + 3H 2 O + 5SO 4 2-

yoki molekulyar shaklda:

5K 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 6K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 O

Bu usulda reaksiya sodir bo'ladigan muhitning (kislotali, ishqoriy yoki neytral) tabiatini hisobga olgan holda elektronlarning bir atom yoki iondan ikkinchisiga o'tishi ko'rib chiqiladi. Kislotali muhitda, yarim reaksiya tenglamalarida vodorod va kislorod atomlari sonini tenglashtirish uchun vodorod ionlari H + va suv molekulalaridan, asosiysida gidroksid ionlari OH - va suv molekulalaridan foydalanish kerak. Shunga ko'ra, olingan mahsulotlarda elektron-ionli tenglamaning o'ng tomonida vodorod ionlari (gidroksid ionlari emas) va suv molekulalari (kislotali muhit) yoki gidroksid ionlari va suv molekulalari (ishqoriy muhit) bo'ladi. Masalan, kislotali muhitda permanganat ionining qaytarilish yarim reaktsiyasi tenglamasini o'ng tomonda gidroksid ionlari mavjudligi bilan tuzib bo'lmaydi:

MnO 4 - + 4H 2 O + 5ē \u003d Mn 2+ + 8OH -.

To'g'ri: MnO 4 - + 8H + + 5ē \u003d Mn 2+ + 4H 2 O

Ya'ni, elektron-ionli tenglamalarni yozishda, eritmada mavjud bo'lgan ionlarning tarkibidan kelib chiqish kerak. Bundan tashqari, qisqartirilgan ionli tenglamalarni tayyorlashda bo'lgani kabi, ozgina dissotsiatsiyalanuvchi, yomon eriydigan yoki gaz shaklida ajralib chiqadigan moddalar molekulyar shaklda yozilishi kerak.

Yarim reaksiya usuli yordamida oksidlanish-qaytarilish reaksiyalari tenglamalarini tuzish elektron muvozanat usuli bilan bir xil natijaga olib keladi.

Keling, ikkala usulni ham taqqoslaylik. Yarim reaksiya usulining elektron balans usuliga nisbatan afzalligi shundaki u gipotetik ionlardan emas, balki haqiqiylardan foydalanadi.

Yarim reaksiya usulidan foydalanganda atomlarning oksidlanish darajasini bilish shart emas. Tushunish uchun individual ionli yarim reaksiya tenglamalarini yozish kerak kimyoviy jarayonlar galvanik elementda va elektrolizda. Ushbu usul yordamida butun jarayonning faol ishtirokchisi sifatida atrof-muhitning roli ko'rinadi. Nihoyat, yarim reaksiya usulini qo'llashda barcha hosil bo'lgan moddalarni bilish shart emas, ular uni olishda reaktsiya tenglamasida paydo bo'ladi. Shuning uchun suvli eritmalarda sodir bo'ladigan barcha oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalari uchun tenglamalarni tayyorlashda yarim reaksiyalar usulini afzal ko'rish va qo'llash kerak.

Ushbu usulda dastlabki va oxirgi moddalardagi atomlarning oksidlanish darajalari taqqoslanadi, qoidaga amal qilinadi: qaytaruvchi tomonidan berilgan elektronlar soni oksidlovchi moddaga biriktirilgan elektronlar soniga teng bo'lishi kerak. Tenglama tuzish uchun siz reaksiyaga kirishuvchi moddalar va reaksiya mahsulotlarining formulalarini bilishingiz kerak. Ikkinchisi empirik yoki elementlarning ma'lum xususiyatlari asosida aniqlanadi.

Ion-elektron balansi usuli elektron balans usulidan ko'ra ko'p qirrali bo'lib, ko'plab oksidlanish-qaytarilish reaktsiyalarida, xususan, organik birikmalar ishtirokida koeffitsientlarni tanlashda shubhasiz afzalliklarga ega, bunda hatto oksidlanish darajasini aniqlash tartibi juda katta. murakkab.

Masalan, etilenning kaliy permanganatning suvli eritmasidan o'tganda sodir bo'ladigan oksidlanish jarayonini ko'rib chiqaylik. Natijada, etilen etilen glikol HO-CH 2 -CH 2 -OH ga oksidlanadi va permanganat marganets (IV) oksidiga qaytariladi, bundan tashqari, yakuniy muvozanat tenglamasidan ko'rinib turibdiki, kaliy gidroksid ham hosil bo'ladi. o'ng:

KMnO 4 + C 2 H 4 + H 2 O → C 2 H 6 O 2 + MnO 2 + KOH

Qaytarilish va oksidlanish yarim reaksiya tenglamasi:

MnO 4 - + 2H 2 O + 3e \u003d MnO 2 + 4OH - 2 tiklanish

C 2 H 4 + 2OH - - 2e \u003d C 2 H 6 O 2 3 oksidlanish

Biz ikkala tenglamani umumlashtiramiz, chap va o'ng tomonlarda mavjud bo'lgan gidroksid ionlarini ayiramiz.

Yakuniy tenglamani olamiz:

2KMnO 4 + 3C 2 H 4 + 4H 2 O → 3C 2 H 6 O 2 + 2MnO 2 + 2KOH

Organik birikmalar ishtirokidagi reaksiyalarda koeffitsientlarni aniqlashda ion-elektron balansi usulidan foydalanganda vodorod atomlarining oksidlanish darajalarini +1, kislorod -2 ga teng deb hisoblash va musbat va uglerod balansidan foydalanib uglerodni hisoblash qulay. manfiy zaryadlar molekulada (ionda). Demak, etilen molekulasida umumiy zaryad nolga teng:

4 ∙ (+1) + 2 ∙ X \u003d 0,

ikki uglerod atomining oksidlanish darajasini bildiradi - (-4) va bitta (X) - (-2).

Xuddi shunday, etilen glikol molekulasida C 2 H 6 O 2 uglerodning oksidlanish darajasini (X) topamiz:

2 ∙ X + 2 ∙ (-2) + 6 ∙ (+1) = 0, X = -1

Organik birikmalarning ba'zi molekulalarida bunday hisoblash uglerodning oksidlanish darajasining fraksiyonel qiymatiga olib keladi, masalan, aseton molekulasi (C 3 H 6 O) uchun u -4/3 ni tashkil qiladi. Elektron tenglama uglerod atomlarining umumiy zaryadini baholaydi. Aseton molekulasida -4 ga teng.

Shunga o'xshash ma'lumotlar.

Reaksiyaga kirgan va uning davomida hosil bo'lgan moddalar o'rtasidagi miqdoriy munosabatlarni o'rganadi (boshqa yunoncha "stekhion" - "elementar tarkib", "meytren" - "men o'lchayman").

Stokiometriya moddiy va energiya hisob-kitoblari uchun eng muhimi bo'lib, ularsiz hech qanday kimyoviy ishlab chiqarishni tashkil qilish mumkin emas. Kimyoviy stoxiometriya kerakli ishlash va mumkin bo'lgan yo'qotishlarni hisobga olgan holda ma'lum bir ishlab chiqarish uchun zarur bo'lgan xom ashyo miqdorini hisoblash imkonini beradi. Hech bir korxonani dastlabki hisob-kitoblarsiz ochish mumkin emas.

Biroz tarix

"Stoxiometriya" so'zining o'zi nemis kimyogari Jeremiah Benjamin Rixterning ixtirosi bo'lib, u o'z kitobida taklif qilgan, unda kimyoviy tenglamalar yordamida hisob-kitoblar qilish imkoniyati g'oyasi birinchi marta tasvirlangan. Keyinchalik Rixter g‘oyalari Avogadro qonunlari (1811), Gey-Lyusak (1802), kompozitsiyaning doimiyligi qonuni (J.L.Prust, 1808), ko‘p nisbatlar (J.Dalton, 1803) kashf etilishi bilan nazariy asoslandi. atom va molekulyar nazariya. Endi bu qonunlar, shuningdek, Rixterning o'zi tomonidan tuzilgan ekvivalentlar qonuni stexiometriya qonunlari deb ataladi.

“Stoxiometriya” tushunchasi ham moddalarga, ham kimyoviy reaksiyalarga nisbatan qo‘llaniladi.

Stokiometrik tenglamalar

Stokiometrik reaksiyalar - boshlang'ich moddalar ma'lum nisbatlarda o'zaro ta'sir qiladigan va mahsulot miqdori nazariy hisob-kitoblarga mos keladigan reaktsiyalar.

Stokiometrik tenglamalar- stexiometrik reaksiyalarni tavsiflovchi tenglamalar.

Stokiometrik tenglamalar) reaktsiyaning barcha ishtirokchilari o'rtasidagi mollarda ifodalangan miqdoriy munosabatlarni ko'rsatadi.

Ko'pchilik yo'q organik reaksiyalar- stoxiometrik. Masalan, oltingugurtdan sulfat kislota hosil qilish uchun ketma-ket uchta reaktsiya stexiometrikdir.

S + O 2 → SO 2

SO 2 + ½O 2 → SO 3

SO 3 + H 2 O → H 2 SO 4

Ushbu reaksiya tenglamalari yordamida hisob-kitoblar ma'lum miqdorda sulfat kislota olish uchun har bir moddaning qancha miqdorda olinishi kerakligini aniqlashi mumkin.

Aksariyat organik reaksiyalar stoxiometrik emas. Masalan, etanni parchalash reaksiya tenglamasi quyidagicha ko'rinadi:

C 2 H 6 → C 2 H 4 + H 2.

Biroq, haqiqatda, reaktsiya jarayonida har doim turli xil miqdordagi qo'shimcha mahsulotlar olinadi - atsetilen, metan va boshqalar, ularni nazariy jihatdan hisoblash mumkin emas. Ba'zi noorganik reaktsiyalar ham hisob-kitoblarni rad etadi. Masalan, ammoniy nitrat:

NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O.

U bir necha yo'nalishda ketadi, shuning uchun ma'lum miqdorda azot oksidi (I) olish uchun qancha boshlang'ich materialni olish kerakligini aniqlash mumkin emas.

Stokiometriya kimyoviy ishlab chiqarishning nazariy asosidir

Ishlab chiqarishda yoki ishlab chiqarishda qo'llaniladigan barcha reaktsiyalar stexiometrik bo'lishi kerak, ya'ni aniq hisob-kitoblarga bog'liq. Zavod yoki zavod daromad keltiradimi? Stokiometriya sizga buni aniqlashga imkon beradi.

Stokiometrik tenglamalar asosida nazariy muvozanat tuziladi. Qiziqarli mahsulotning kerakli miqdorini olish uchun qancha boshlang'ich materiallar talab qilinishini aniqlash kerak. Keyinchalik, boshlang'ich materiallarning haqiqiy iste'moli va mahsulot hosildorligini ko'rsatadigan operatsion tajribalar o'tkaziladi. Nazariy hisob-kitoblar va amaliy ma'lumotlar o'rtasidagi farq ishlab chiqarishni optimallashtirish va korxonaning kelajakdagi iqtisodiy samaradorligini baholash imkonini beradi. Stoxiometrik hisob-kitoblar, shuningdek, uskunani tanlash, olib tashlanishi kerak bo'lgan hosil bo'lgan qo'shimcha mahsulotlarning massasini aniqlash va hokazolar uchun jarayonning issiqlik balansini tuzishga imkon beradi.

Stokiometrik moddalar

J.L tomonidan taklif qilingan kompozitsion doimiylik qonuniga ko'ra. Prust, har qanday kimyoviy, tayyorlash usulidan qat'i nazar, doimiy tarkibga ega. Bu shuni anglatadiki, masalan, H 2 SO 4 sulfat kislota molekulasida, qanday usul bilan olinganidan qat'i nazar, har doim ikkita vodorod atomiga bitta oltingugurt atomi va to'rtta kislorod atomi bo'ladi. Molekulyar tuzilishga ega bo'lgan barcha moddalar stokiometrikdir.

Biroq, moddalar tabiatda keng tarqalgan bo'lib, ularning tarkibi tayyorlash usuli yoki kelib chiqish manbasiga qarab farq qilishi mumkin. Ularning katta qismi kristalli moddalar. Hatto qattiq jismlar uchun stexiometriya qoidadan ko'ra istisno ekanligini aytish mumkin.

Misol uchun, yaxshi o'rganilgan titanium karbid va oksidning tarkibini ko'rib chiqing. Titan oksidida TiO x X=0,7-1,3, ya'ni titan atomiga 0,7 dan 1,3 gacha kislorod atomi to'g'ri keladi, karbidda TiC x X=0,6-1,0.

Nostoxiometrik qattiq moddalar kristall panjaraning tugunlarida interstitsial nuqson yoki aksincha, tugunlarda bo'sh joylarning paydo bo'lishi tufayli. Bunday moddalarga oksidlar, silisidlar, boridlar, karbidlar, fosfidlar, nitridlar va boshqa noorganik moddalar, shuningdek, yuqori molekulyar organik moddalar kiradi.

Va o'zgaruvchan tarkibga ega birikmalar mavjudligi to'g'risida dalillar faqat 20-asrning boshlarida I.S.Kurnakov tomonidan taqdim etilgan bo'lsa-da, bunday moddalar ko'pincha olim K.L. nomi bilan bertollidlar deb ataladi. Bertolet har qanday moddaning tarkibi o'zgarishini taklif qilgan.

Reaksiyadagi har bir modda uchun quyidagi moddalar miqdori mavjud:

i-moddaning dastlabki miqdori (reaksiya boshlanishidan oldingi moddaning miqdori);

i-moddaning yakuniy miqdori (reaksiya oxiridagi moddaning miqdori);

Reaksiyaga kirishgan (boshlang'ich moddalar uchun) yoki hosil bo'lgan moddalar miqdori (reaksiya mahsulotlari uchun).

Moddaning miqdori manfiy bo'lishi mumkin emasligi sababli, boshlang'ich moddalar uchun

beri >.

Reaksiya mahsulotlari uchun >, shuning uchun, .

Stokiometrik nisbatlar - reaksiya tenglamasi asosida hisoblangan reaksiyaga kirishuvchi moddalar yoki reaksiya mahsulotlarining miqdorlari, massalari yoki hajmlari (gazlar uchun) orasidagi nisbatlar. Reaktsiya tenglamalari yordamida hisob-kitoblar stoxiometriyaning asosiy qonuniga asoslanadi: reaksiyaga kirishuvchi yoki hosil bo'lgan moddalar miqdorining nisbati (mollarda) reaksiya tenglamasidagi mos keladigan koeffitsientlar nisbatiga tengdir (stexiometrik koeffitsientlar).

Tenglama bilan tavsiflangan aluminotermik reaksiya uchun:

3Fe 3 O 4 + 8Al = 4Al 2 O 3 + 9Fe,

reaksiyaga kirishgan moddalar va reaksiya mahsulotlarining miqdori o'zaro bog'liq

Hisob-kitoblar uchun ushbu qonunning boshqa formulasidan foydalanish qulayroqdir: reaktsiya natijasida reaksiyaga kirishgan yoki hosil bo'lgan modda miqdorining uning stexiometrik koeffitsientiga nisbati ma'lum bir reaktsiya uchun doimiydir.

Umuman olganda, shaklning reaktsiyasi uchun

aA + bB = cC + dD,

Bu erda kichik harflar koeffitsientlarni, katta harflar esa - kimyoviy moddalar, reaktivlar miqdori nisbati bilan bog'liq:

Ushbu nisbatning tenglik bilan bog'liq bo'lgan har qanday ikkita sharti kimyoviy reaktsiyaning nisbatini hosil qiladi: masalan,

Agar reaksiyaning hosil boʻlgan yoki reaksiyaga kirishgan moddaning massasi reaksiya uchun maʼlum boʻlsa, uning miqdorini formula boʻyicha topish mumkin.

keyin esa kimyoviy reaksiya nisbatidan foydalanib, reaksiyaning qolgan moddalarini topish mumkin. Reaksiyaning boshqa ishtirokchilarining massalari, miqdori yoki hajmlari massasi yoki miqdori bo'yicha topilgan modda, ba'zan referent modda deb ataladi.

Agar bir nechta reaktivlarning massalari berilgan bo'lsa, qolgan moddalarning massalarini hisoblash etishmayotgan moddalardan biriga ko'ra amalga oshiriladi, ya'ni reaksiyada to'liq iste'mol qilinadi. Ortiqcha yoki kamchiliksiz reaksiya tenglamasiga to'liq mos keladigan moddalar miqdori stexiometrik miqdorlar deyiladi.

Shunday qilib, stoxiometrik hisob-kitoblar bilan bog'liq vazifalarda asosiy harakat etalon moddani topish va uning reaktsiya natijasida kiritilgan yoki hosil bo'lgan miqdorini hisoblashdir.

Individual qattiq moddalar miqdorini hisoblash

alohida qattiq A miqdori qayerda;

Alohida qattiq A, g massasi;

A moddaning molyar massasi, g/mol.

Tabiiy mineral yoki qattiq moddalar aralashmasi miqdorini hisoblash

Tabiiy mineral pirit berilsin, uning asosiy komponenti FeS 2 . Bunga qo'shimcha ravishda, pirit tarkibiga aralashmalar kiradi. Asosiy komponent yoki aralashmalarning tarkibi massa foizida ko'rsatilgan, masalan, .

Agar asosiy komponentning mazmuni ma'lum bo'lsa, unda

Agar iflosliklarning tarkibi ma'lum bo'lsa, unda

bu yerda alohida moddaning miqdori FeS 2, mol;

Mineral piritning massasi, g.

Xuddi shunday, qattiq moddalar aralashmasidagi komponentning miqdori, agar uning massa ulushlaridagi tarkibi ma'lum bo'lsa, hisoblab chiqiladi.

Sof suyuqlikning modda miqdorini hisoblash

Agar massa ma'lum bo'lsa, unda hisoblash alohida qattiq jismni hisoblashga o'xshaydi.

Agar suyuqlikning hajmi ma'lum bo'lsa, unda

1. Ushbu suyuqlik hajmining massasini toping:

m f = V f s f,

bu yerda m Vt suyuqlik massasi g;

V W - suyuqlik hajmi, ml;

c w - suyuqlikning zichligi, g/ml.

2. Suyuqlikning mol sonini toping:

Ushbu texnika har qanday kishiga mos keladi agregatsiya holati moddalar.

200 ml suvda H 2 O moddasining miqdorini aniqlang.

Yechim: agar harorat ko'rsatilmagan bo'lsa, u holda suvning zichligi 1 g / ml ni tashkil qiladi, keyin:

Agar eritmada erigan moddaning konsentratsiyasi ma'lum bo'lsa, uning miqdorini hisoblang

Agar erigan moddaning massa ulushi, eritmaning zichligi va uning hajmi ma'lum bo'lsa, u holda

m r-ra \u003d V r-ra s r-ra,

bu yerda m p-ra eritmaning massasi, g;

V p-ra - eritmaning hajmi, ml;

r-ra bilan - eritmaning zichligi, g / ml.

erigan moddaning massasi qayerda, g;

Erigan moddaning massa ulushi,% bilan ifodalangan.

Zichligi 1,0543 g/ml bo`lgan 500 ml 10% li kislota eritmasida nitrat kislota moddasining miqdorini aniqlang.

Eritmaning massasini aniqlang

m r-ra \u003d V r-ra s r-ra \u003d 500 1,0543 \u003d 527,150 g

Sof HNO 3 ning massasini aniqlang

HNO 3 ning mol sonini aniqlang

Agar erigan va moddaning molyar konsentratsiyasi va eritmaning hajmi ma'lum bo'lsa, u holda

eritmaning hajmi qayerda, l;

Eritmadagi i-moddaning molyar konsentratsiyasi, mol/l.

Alohida gazsimon moddaning miqdorini hisoblash

Agar gazsimon moddaning massasi berilgan bo'lsa, u (1) formula bo'yicha hisoblanadi.

Agar normal sharoitda o'lchangan hajm berilgan bo'lsa, u holda (2) formula bo'yicha, agar gazsimon moddaning hajmi boshqa har qanday sharoitda o'lchanadigan bo'lsa, (3) formula bo'yicha formulalar 6-7-betlarda keltirilgan.

Eng muhimlaridan biri kimyoviy tushunchalar, stexiometrik hisoblar asos bo'lgan, hisoblanadi moddaning kimyoviy miqdori. Ayrim X moddaning miqdori n(X) bilan belgilanadi. Moddaning miqdorini o'lchash birligi mol.

Mol - moddani tashkil etuvchi 6,02 10 23 molekula, atom, ion yoki boshqa tuzilish birliklarini o'z ichiga olgan moddaning miqdori.

Bir mol X moddaning massasi deyiladi molyar massa Ushbu moddaning M(X). Ayrim X moddaning m(X) massasini va uning molyar massasini bilib, ushbu moddaning miqdorini quyidagi formula yordamida hisoblashimiz mumkin:

6.02 10 23 raqami chaqiriladi Avogadro raqami(Na); uning o'lchami mol -1.

Avogadro N a sonini n(X) moddaning miqdoriga ko'paytirish orqali biz qandaydir X moddaning N(X) molekulalarini, masalan, tuzilish birliklari sonini hisoblashimiz mumkin:

N(X) = N a · n(X) .

Molyar massa tushunchasiga o'xshab, molyar hajm tushunchasi kiritildi: molyar hajm Ayrim X moddaning V m (X) bu moddaning bir mol hajmi. V(X) moddaning hajmini va uning molyar hajmini bilib, moddaning kimyoviy miqdorini hisoblashimiz mumkin:

Kimyoda ko'pincha gazlarning molyar hajmi bilan shug'ullanish kerak. Avogadro qonuniga ko'ra, bir xil harorat va teng bosimda olingan har qanday gazning teng hajmlari bir xil miqdordagi molekulalarni o'z ichiga oladi. Teng sharoitlarda har qanday gazning 1 moli bir xil hajmni egallaydi. Oddiy sharoitlarda (n.o.) - harorat 0 ° C va bosim 1 atmosfera (101325 Pa) - bu hajm 22,4 litrni tashkil qiladi. Shunday qilib, n.o. V m (gaz) = 22,4 l / mol. Shuni ta'kidlash kerakki, molyar hajm qiymati 22,4 l / mol qo'llaniladi faqat gazlar uchun.

Bilim molyar massalar moddalar va Avogadro raqami har qanday moddaning molekulasining massasini grammda ifodalash imkonini beradi. Quyida vodorod molekulasining massasini hisoblash misoli keltirilgan.

1 mol gazsimon vodorod 6,02 10 23 H 2 molekulasini o'z ichiga oladi va 2 g massaga ega (chunki M (H 2) \u003d 2 g / mol). Binobarin,

6,02·10 23 H 2 molekulasi 2 g massaga ega;

1 H 2 molekulasi x g massaga ega; x \u003d 3,32 10 -24 g.

"Mole" tushunchasi kimyoviy reaksiyalar tenglamalari bo'yicha hisob-kitoblarni amalga oshirish uchun keng qo'llaniladi, chunki reaktsiya tenglamasidagi stexiometrik koeffitsientlar moddalarning bir-biri bilan qanday molyar nisbatlarda reaksiyaga kirishishini va reaktsiya natijasida hosil bo'lishini ko'rsatadi.

Masalan, 4 NH 3 + 3 O 2 → 2 N 2 + 6 H 2 O reaksiya tenglamasi quyidagi ma'lumotlarni o'z ichiga oladi: 4 mol ammiak 3 mol kislorod va 2 mol azot va 6 mol ortiqcha va etishmovchiliksiz reaksiyaga kirishadi. suv hosil bo'ladi.

4.1-misol Tarkibida 70,2 g kaltsiy dihidrofosfat va 68 g kaltsiy gidroksid bo'lgan eritmalarning o'zaro ta'sirida hosil bo'lgan cho'kma massasini hisoblang. Ortiqcha qanday modda qoladi? Uning massasi qancha?

3 Ca(H 2 PO 4) 2 + 12 KOH ® Ca 3 (PO 4) 2 ¯ + 4 K 3 PO 4 + 12 H 2 O

Reaksiya tenglamasidan ko'rinib turibdiki, 3 mol Ca(H 2 PO 4) 2 12 mol KOH bilan reaksiyaga kirishadi. Muammoning shartiga ko'ra berilgan reaksiyaga kirishuvchi moddalar miqdorini hisoblaylik:

n (Ca (H 2 PO 4) 2) \u003d m (Ca (H 2 PO 4) 2) / M (Ca (H 2 PO 4) 2) \u003d 70,2 g: 234 g / mol \u003d 0,3 mol;

n (KOH) = m (KOH) / M (KOH) = 68 g: 56 g / mol = 1,215 mol.

3 mol Ca(H 2 PO 4) 2 uchun 12 mol KOH kerak

0,3 mol Ca (H 2 PO 4) 2 uchun x mol KOH kerak

x \u003d 1,2 mol - reaktsiya ortiqcha va etishmovchiliksiz davom etishi uchun juda ko'p KOH kerak bo'ladi. Va muammoning shartiga ko'ra, 1,215 mol KOH mavjud. Shuning uchun KOH ortiqcha; Reaksiyadan keyin qolgan KOH miqdori:

n(KOH) \u003d 1,215 mol - 1,2 mol \u003d 0,015 mol;

uning massasi m (KOH) = n (KOH) × M (KOH) = 0,015 mol × 56 g / mol = 0,84 g.

Olingan reaktsiya mahsulotini hisoblash (Ca 3 (PO 4) 2 cho'kmasi) etishmayotgan moddaga (bu holda Ca (H 2 PO 4) 2) qarab amalga oshirilishi kerak, chunki bu modda reaksiyaga kirishadi. butunlay. Reaktsiya tenglamasidan ko'rinib turibdiki, hosil bo'lgan Ca 3 (PO 4) 2 mollari soni reaksiyaga kirishgan Ca (H 2 PO 4) 2 mollari sonidan 3 baravar kam:

n (Ca 3 (PO 4) 2) = 0,3 mol: 3 = 0,1 mol.

Shuning uchun, m (Ca 3 (PO 4) 2) \u003d n (Ca 3 (PO 4) 2) × M (Ca 3 (PO 4) 2) \u003d 0,1 mol × 310 g / mol \u003d 31 g.

Vazifa raqami 5

a) 5-jadvalda berilgan reaksiyaga kirishuvchi moddalarning kimyoviy miqdorlarini hisoblang (normal sharoitda gazsimon moddalarning hajmlari berilgan);

b) berilgan reaksiya sxemasidagi koeffitsientlarni tartibga solib, reaksiya tenglamasidan foydalanib, moddalarning qaysi biri ortig‘i, qaysi biri kamligini aniqlash;

v) 5-jadvalda ko'rsatilgan reaksiya mahsulotining kimyoviy miqdorini toping;

d) ushbu reaksiya mahsulotining massasini yoki hajmini hisoblang (5-jadvalga qarang).

5-jadval - 5-sonli vazifani bajarish shartlari

5-jadval davom etdi

Eritma konsentratsiyasi

Kurs doirasida umumiy kimyo talabalar eritmalar konsentratsiyasini ifodalashning 2 usulini - massa ulushini va molyar konsentratsiyasini o'rganadilar.

Erigan moddaning massa ulushi X ushbu moddaning massasining eritma massasiga nisbati sifatida hisoblanadi:

,

bu yerda ō(X) - erigan X moddaning massa ulushi;

m(X) - erigan X moddaning massasi;

m eritma - eritmaning massasi.

Yuqoridagi formula bo'yicha hisoblangan moddaning massa ulushi birlik kasrlarida ifodalangan o'lchovsiz kattalikdir (0)< ω(X) < 1).

Massa ulushi nafaqat birlikning kasrlarida, balki foizda ham ifodalanishi mumkin. Bunday holda, hisoblash formulasi quyidagicha ko'rinadi:

Foiz sifatida ifodalangan massa ulushi ko'pincha deyiladi foiz kontsentratsiyasi . Shubhasiz, erigan moddaning foiz kontsentratsiyasi 0% ni tashkil qiladi.< ω(X) < 100%.

Foiz kontsentratsiyasi eritmaning 100 massa qismida erigan moddaning qancha massa qismi borligini ko'rsatadi. Agar siz grammni massa birligi sifatida tanlasangiz, bu ta'rifni quyidagicha yozish mumkin: foiz kontsentratsiyasi 100 gramm eritmada qancha gramm erigan modda borligini ko'rsatadi.

Ko'rinib turibdiki, masalan, 30% eritma erigan moddaning 0,3 ga teng massa ulushiga to'g'ri keladi.

Eritmadagi erigan moddaning tarkibini ifodalashning yana bir usuli - molyar konsentratsiya (molyarlik).

Moddaning molyar kontsentratsiyasi yoki eritmaning molyarligi 1 litr (1 dm 3) eritmada qancha mol erigan modda borligini ko'rsatadi.

bu erda C(X) - erigan X ning molyar konsentratsiyasi (mol/l);

n (X) - erigan moddaning kimyoviy miqdori X (mol);

V eritma - eritmaning hajmi (l).

5.1-misol H 3 PO 4 ning massa ulushi 60% va eritmaning zichligi 1,43 g / ml ekanligi ma'lum bo'lsa, eritmadagi H 3 PO 4 ning molyar konsentratsiyasini hisoblang.

Foiz kontsentratsiyasining ta'rifi bo'yicha

100 g eritmada 60 g fosfor kislotasi mavjud.

n (H 3 PO 4) \u003d m (H 3 PO 4): M (H 3 PO 4) \u003d 60 g: 98 g / mol \u003d 0,612 mol;

V eritma \u003d m eritma: r eritma \u003d 100 g: 1,43 g / sm 3 \u003d 69,93 sm 3 \u003d 0,0699 l;

C (H 3 PO 4) \u003d n (H 3 PO 4): V eritmasi \u003d 0,612 mol: 0,0699 l \u003d 8,755 mol / l.

5.2-misol H 2 SO 4 ning 0,5 M eritmasi mavjud. Bu eritmadagi sulfat kislotaning massa ulushi qancha? Eritmaning zichligi 1 g/ml ga teng bo'ladi.

Molyar konsentratsiyaning ta'rifi bo'yicha

1 litr eritmada 0,5 mol H 2 SO 4 mavjud

("0,5 M eritma" yozuvi C (H 2 SO 4) \u003d 0,5 mol / l ni anglatadi).

m eritma = V eritma × r eritma = 1000 ml × 1 g/ml = 1000 g;

m (H 2 SO 4) \u003d n (H 2 SO 4) × M (H 2 SO 4) \u003d 0,5 mol × 98 g / mol \u003d 49 g;

ō (H 2 SO 4) \u003d m (H 2 SO 4): m eritma \u003d 49 g: 1000 g \u003d 0,049 (4,9%).

5.3-misol 1,5 g / ml zichlikdagi H 2 SO 4 ning 60% eritmasidan 2 litr tayyorlash uchun qanday hajmdagi suv va 1,84 g / ml zichlikdagi H 2 SO 4 ning 96% eritmasi olinishi kerak.

Konsentrlangan eritmadan suyultirilgan eritma tayyorlash bo'yicha masalalarni hal qilishda dastlabki eritma (konsentrlangan), suv va hosil bo'lgan eritma (suyultirilgan) turli xil zichlikka ega ekanligini hisobga olish kerak. Bunday holda shuni yodda tutish kerakki, dastlabki eritmaning V + V suv ≠ V hosil bo'lgan eritmaning,

chunki konsentrlangan eritma va suvni aralashtirish jarayonida butun tizim hajmining o'zgarishi (ko'payishi yoki kamayishi) sodir bo'ladi.

Bunday masalalarni hal qilish suyultirilgan eritmaning parametrlarini (ya'ni, tayyorlanishi kerak bo'lgan eritma): uning massasini, kerak bo'lganda erigan moddaning massasini va erigan moddaning miqdorini aniqlashdan boshlanishi kerak.

M 60% eritma = V 60% eritma ∙ r 60% eritma = 2000 ml × 1,5 g/ml = 3000 g

m (H 2 SO 4) 60% eritmada \u003d m 60% eritma w (H 2 SO 4) 60% eritmada \u003d 3000 g 0,6 \u003d 1800 g.

Tayyorlangan eritmadagi sof sulfat kislotaning massasi suyultirilgan eritmani tayyorlash uchun olinishi kerak bo'lgan 96% li eritmaning o'sha qismidagi sulfat kislota massasiga teng bo'lishi kerak. Shunday qilib,

m (H 2 SO 4) 60% eritmada \u003d m (H 2 SO 4) 96% eritmada \u003d 1800 g.

m 96% eritma = m (H 2 SO 4) 96% eritmada: w (H 2 SO 4) 96% eritmada = 1800 g: 0,96 = 1875 g.

m (H 2 O) \u003d m 40% eritma - m 96% eritma \u003d 3000 g - 1875 g \u003d 1125 g.

V 96% eritma \u003d m 96% eritma: r 96% eritma \u003d 1875 g: 1,84 g / ml \u003d 1019 ml » 1,02 l.

V suv \u003d m suv: r suv \u003d 1125g: 1 g / ml \u003d 1125 ml \u003d 1,125 l.

5.4-misol 100 ml 0,1 M CuCl 2 eritmasi va 150 ml 0,2 M Cu(NO 3) 2 eritmasi aralashtiriladi Hosil bo`lgan eritmadagi Cu 2+, Cl - va NO 3 - ionlarining molyar konsentratsiyasini hisoblang.

Suyultirilgan eritmalarni aralashtirish bilan bog'liq shunga o'xshash muammoni hal qilishda, suyultirilgan eritmalar taxminan bir xil zichlikka, taxminan suv zichligiga teng ekanligini tushunish kerak. Ular aralashtirilganda tizimning umumiy hajmi amalda o'zgarmaydi: suyultirilgan eritmaning V 1 + suyultirilgan eritmaning V 2 + ... "hosil bo'lgan eritmaning V.

Birinchi yechimda:

n (CuCl 2) \u003d C (CuCl 2) V CuCl 2 eritmasi \u003d 0,1 mol / l × 0,1 l \u003d 0,01 mol;

CuCl 2 - kuchli elektrolit: CuCl 2 ® Cu 2+ + 2Cl -;

Shuning uchun, n (Cu 2+) \u003d n (CuCl 2) \u003d 0,01 mol; n(Cl -) \u003d 2 × 0,01 \u003d 0,02 mol.

Ikkinchi yechimda:

n (Cu (NO 3) 2) \u003d C (Cu (NO 3) 2) × V eritmasi Cu (NO 3) 2 \u003d 0,2 mol / l × 0,15 l \u003d 0,03 mol;

Cu(NO 3) 2 - kuchli elektrolit: CuCl 2 ® Cu 2+ + 2NO 3 -;

Shuning uchun, n (Cu 2+) \u003d n (Cu (NO 3) 2) \u003d 0,03 mol; n (NO 3 -) \u003d 2 × 0,03 \u003d 0,06 mol.

Eritmalarni aralashtirishdan keyin:

n(Cu2+)tot. = 0,01 mol + 0,03 mol = 0,04 mol;

V umumiy. »Volution CuCl 2 + Vsolution Cu(NO 3) 2 \u003d 0,1 l + 0,15 l \u003d 0,25 l;

C(Cu 2+) = n(Cu 2+) : Vtot. \u003d 0,04 mol: 0,25 l \u003d 0,16 mol / l;

C(Cl -) = n(Cl -) : Vtot. \u003d 0,02 mol: 0,25 l \u003d 0,08 mol / l;

C (NO 3 -) \u003d n (NO 3 -): V jami. \u003d 0,06 mol: 0,25 l \u003d 0,24 mol / l.

5.5-misol Kolbaga 684 mg alyuminiy sulfat va zichligi 1,1 g/ml bo‘lgan 1 ml 9,8% li sulfat kislota eritmasidan solingan. Olingan aralash suvda eritildi; Eritmaning hajmi suv bilan 500 ml ga yetkaziladi. Olingan eritmadagi H +, Al 3+ SO 4 2– ionlarining molyar konsentrasiyalarini hisoblang.

Erigan moddalar miqdorini hisoblang:

n (Al 2 (SO 4) 3) \u003d m (Al 2 (SO 4) 3): M (Al 2 (SO 4) 3) \u003d 0,684 g: 342 g mol \u003d 0,002 mol;

Al 2 (SO 4) 3 - kuchli elektrolit: Al 2 (SO 4) 3 ® 2Al 3+ + 3SO 4 2–;

Demak, n(Al 3+)=2×0,002 mol=0,004 mol; n (SO 4 2–) \u003d 3 × 0,002 mol \u003d 0,006 mol.

m H 2 SO 4 eritmasi \u003d V H 2 SO 4 eritmasi × ​​r H 2 SO 4 eritmasi \u003d 1 ml × 1,1 g / ml \u003d 1,1 g;

m (H 2 SO 4) \u003d m H 2 SO 4 eritmasi × ​​w (H 2 SO 4) \u003d 1,1 g 0,098 \u003d 0,1078 g.

n (H 2 SO 4) \u003d m (H 2 SO 4): M (H 2 SO 4) \u003d 0,1078 g: 98 g / mol \u003d 0,0011 mol;

H 2 SO 4 kuchli elektrolitdir: H 2 SO 4 ® 2H + + SO 4 2–.

Shuning uchun n (SO 4 2–) \u003d n (H 2 SO 4) \u003d 0,0011 mol; n(H +) \u003d 2 × 0,0011 \u003d 0,0022 mol.

Muammoning shartiga ko'ra, olingan eritmaning hajmi 500 ml (0,5 l).

n(SO 4 2–)tot. \u003d 0,006 mol + 0,0011 mol \u003d 0,0071 mol.

C (Al 3+) \u003d n (Al 3+): V eritmasi \u003d 0,004 mol: 0,5 l \u003d 0,008 mol / l;

C (H +) \u003d n (H +) : V eritmasi \u003d 0,0022 mol: 0,5 l \u003d 0,0044 mol / l;

C (SO 4 2–) \u003d n (SO 4 2–) jami. : V eritmasi \u003d 0,0071 mol: 0,5 l \u003d 0,0142 mol / l.

5.6-misol Temir (II) sulfatning 3 litr 10% li eritmasini tayyorlash uchun temir sulfatning (FeSO 4 7H 2 O) qancha massasi va qancha suv olish kerak. 1,1 g/ml ga teng bo'lgan eritmaning zichligini oling.

Tayyorlanadigan eritmaning massasi:

m eritma = V eritma ∙ r eritma = 3000 ml ∙ 1,1 g/ml = 3300 g.

Ushbu eritmadagi sof temir (II) sulfatning massasi:

m (FeSO 4) \u003d m eritma × w (FeSO 4) \u003d 3300 g × 0,1 \u003d 330 g.

Suvsiz FeSO 4 ning bir xil massasi eritma tayyorlash uchun olinishi kerak bo'lgan kristall gidrat miqdorida bo'lishi kerak. Molyar massalarni taqqoslashdan M (FeSO 4 7H 2 O) \u003d 278 g / mol va M (FeSO 4) \u003d 152 g / mol,

nisbatni olamiz:

278 g FeSO 4 7H 2 O tarkibida 152 g FeSO 4 mavjud;

x g FeSO 4 7H 2 O tarkibida 330 g FeSO 4 mavjud;

x \u003d (278 330): 152 \u003d 603,6 g.

m suv \u003d m eritma - m temir sulfat \u003d 3300 g - 603,6 g \u003d 2696,4 g.

Chunki suvning zichligi 1 g / ml, keyin eritma tayyorlash uchun olinishi kerak bo'lgan suv hajmi: V suv \u003d m suv: r suv \u003d 2696,4 g: 1 g / ml \u003d 2696,4 ml.

5.7-misol 15% li Na 2 SO 4 eritmasini olish uchun Glauber tuzining (Na 2 SO 4 10H 2 O) qanday massasini 500 ml 10 % li natriy sulfat eritmasida (eritma zichligi 1,1 g/ml) eritish kerak?

X gramm Glauber tuzi Na 2 SO 4 10H 2 O kerak bo'lsin.U holda olingan eritmaning massasi:

m 15% eritma = m asl (10%) eritma + m Glauber tuzi = 550 + x (g);

m boshlang'ich (10%) eritma = V 10% eritma × r 10% eritma = 500 ml × 1,1 g / ml = 550 g;

m (Na 2 SO 4) asl (10%) eritmada \u003d m 10% eritma a w (Na 2 SO 4) \u003d 550 g 0,1 \u003d 55 g.

X gramm Na 2 SO 4 10H 2 O tarkibidagi sof Na 2 SO 4 ning massasini x orqali ifodalang.

M (Na 2 SO 4 10H 2 O) \u003d 322 g / mol; M (Na 2 SO 4) \u003d 142 g / mol; Natijada:

322 g Na 2 SO 4 10H 2 O tarkibida 142 g suvsiz Na 2 SO 4 mavjud;

x g Na 2 SO 4 10H 2 O tarkibida m g suvsiz Na 2 SO 4 mavjud.

m(Na 2 SO 4) \u003d 142 x: 322 \u003d 0,441 x x.

Olingan eritmadagi natriy sulfatning umumiy massasi quyidagilarga teng bo'ladi:

m (Na 2 SO 4) 15% eritmada = 55 + 0,441 × x (g).

Olingan yechimda: = 0,15

, bu erdan x = 94,5 g.

Vazifa raqami 6

6-jadval - 6-sonli vazifani bajarish shartlari

6-jadval davom etdi

6-jadval davom etdi

KIMYOVIY MUVOZANAT

Hammasi kimyoviy reaksiyalar 2 guruhga bo'lish mumkin: qaytarilmas reaktsiyalar, ya'ni. reaksiyaga kirishuvchi moddalardan kamida bittasi to'liq iste'mol qilinmaguncha davom etuvchi reaktsiyalar va reaksiyaga kirishuvchi moddalarning hech biri to'liq iste'mol qilinmagan teskari reaktsiyalar. Buning sababi, teskari reaktsiya ham oldinga, ham teskari yo'nalishda davom etishi mumkin. Qaytariladigan reaksiyaning klassik misoli ammiakning azot va vodoroddan sintezi:

N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3.

Reaksiya boshlanishida tizimdagi dastlabki moddalarning kontsentratsiyasi maksimal bo'ladi; hozirgi vaqtda oldinga reaktsiya tezligi ham maksimal. Reaksiyaning boshida tizimda hali ham reaktsiya mahsulotlari mavjud emas (in bu misol- ammiak), shuning uchun teskari reaksiya tezligi nolga teng. Dastlabki moddalar bir-biri bilan o'zaro ta'sirlashganda, ularning konsentratsiyasi kamayadi, shuning uchun to'g'ridan-to'g'ri reaktsiya tezligi ham kamayadi. Reaktsiya mahsulotining kontsentratsiyasi asta-sekin o'sib boradi, shuning uchun teskari reaktsiya tezligi ham oshadi. Bir muncha vaqt o'tgach, oldinga reaktsiya tezligi teskari reaktsiya tezligiga teng bo'ladi. Tizimning bu holati deyiladi kimyoviy muvozanat holati. Kimyoviy muvozanat holatida bo'lgan tizimdagi moddalarning kontsentratsiyasi deyiladi muvozanat konsentratsiyalari. Miqdoriy xarakteristikasi kimyoviy muvozanat holatidagi tizimlar hisoblanadi muvozanat konstantasi.

Har qanday qaytariladigan reaksiya uchun a A + b B+ ... ⇆ p P + q Q + … kimyoviy muvozanat konstantasi (K) ifodasi kasr sifatida yoziladi, uning numeratorida reaksiya mahsulotlarining muvozanat konsentrasiyalari joylashgan. , va maxrajda boshlang'ich moddalarning muvozanat konsentratsiyasi mavjud, bundan tashqari, har bir moddaning konsentratsiyasi reaktsiya tenglamasida stokiometrik koeffitsientga teng kuchga ko'tarilishi kerak.

Masalan, N 2 + 3 H 2 ⇆ 2 NH 3 reaksiyasi uchun.

Shuni yodda tutish kerak muvozanat konstantasining ifodasi faqat gazsimon moddalar yoki erigan holatda bo'lgan moddalarning muvozanat konsentratsiyasini o'z ichiga oladi. . Diqqat qattiq modda doimiy hisoblanadi va muvozanat konstantasi ifodasida yozilmaydi.

CO 2 (gaz) + C (qattiq) ⇆ 2CO (gaz)

CH 3 COOH (eritma) ⇆ CH 3 COO - (eritma) + H + (eritma)

Ba 3 (PO 4) 2 (qattiq) ⇆ 3 Ba 2+ (toʻyingan eritma) + 2 PO 4 3– (toʻyingan eritma) K \u003d C 3 (Ba 2+) C 2 (PO 4 3–)

Muvozanat tizimining parametrlarini hisoblash bilan bog'liq ikkita eng muhim muammolar mavjud:

1) boshlang'ich moddalarning dastlabki kontsentratsiyasi ma'lum; masala shartidan muvozanatga erishilgan vaqtgacha reaksiyaga kirishgan (yoki hosil bo'lgan) moddalarning konsentrasiyalarini topish mumkin; masalada barcha moddalarning muvozanat konsentrasiyalarini va muvozanat konstantasining son qiymatini hisoblash talab etiladi;

2) boshlang‘ich moddalarning boshlang‘ich konsentrasiyalari va muvozanat konstantasi ma’lum. Shartda reaksiyaga kirishgan yoki hosil bo'lgan moddalarning kontsentratsiyasi to'g'risidagi ma'lumotlar mavjud emas. Reaksiyaning barcha ishtirokchilarining muvozanat konsentratsiyasini hisoblash talab qilinadi.

Bunday muammolarni hal qilish uchun muvozanat konsentratsiyasi har qanday ekanligini tushunish kerak original Reaksiyaga tushgan moddaning konsentratsiyasini dastlabki konsentratsiyadan ayirish orqali moddalarni topish mumkin:

C muvozanati \u003d C boshlang'ich - reaksiyaga kirishgan moddaning C.

Muvozanat kontsentratsiyasi reaktsiya mahsuloti muvozanat vaqtida hosil bo'lgan mahsulot konsentratsiyasiga teng:

Olingan mahsulotning C muvozanati \u003d C.

Shunday qilib, muvozanat tizimining parametrlarini hisoblash uchun muvozanat paydo bo'lgan vaqtgacha boshlang'ich moddaning qancha reaksiyaga kirishganini va qancha reaksiya mahsuloti hosil bo'lganligini aniqlash juda muhimdir. Reaksiyaga kirishgan va hosil bo'lgan moddalarning miqdorini (yoki konsentratsiyasini) aniqlash uchun reaksiya tenglamasi bo'yicha stoxiometrik hisoblar amalga oshiriladi.

6.1-misol N 2 + 3H 2 ⇆ 2 NH 3 muvozanat sistemasidagi azot va vodorodning dastlabki konsentrasiyalari mos ravishda 3 mol/l va 4 mol/l ni tashkil qiladi. Kimyoviy muvozanatga erishilganda, vodorodning dastlabki miqdoridan 70% tizimda qoladi. Bu reaksiyaning muvozanat konstantasini aniqlang.

Muammoning shartlaridan kelib chiqadiki, muvozanatga erishilganda vodorodning 30% reaksiyaga kirishgan (1-toifa muammo):

4 mol/l H 2 - 100%

x mol / l H 2 - 30%

x \u003d 1,2 mol / l \u003d C proreag. (H2)

Reaktsiya tenglamasidan ko'rinib turibdiki, azot vodoroddan 3 marta kamroq reaksiyaga kirishishi kerak edi, ya'ni. Proreakt bilan. (N 2) \u003d 1,2 mol / l: 3 \u003d 0,4 mol / l. Ammiak azotga nisbatan 2 baravar ko'p hosil bo'ladi:

Tasvirlardan. (NH 3) \u003d 2 × 0,4 mol / l \u003d 0,8 mol / l

Reaksiyaning barcha ishtirokchilarining muvozanat konsentratsiyasi quyidagicha bo'ladi:

Teng (H 2) \u003d C boshlang'ich. (H 2) - C proreakt. (H 2) \u003d 4 mol / l - 1,2 mol / l \u003d 2,8 mol / l;

Teng (N 2) \u003d C iltimos. (N 2) - C proreakt. (N 2) \u003d 3 mol / l - 0,4 mol / l \u003d 2,6 mol / l;

Teng (NH 3) = C tasvirlari. (NH 3) \u003d 0,8 mol / l.

Muvozanat doimiysi = .

6.2-misol H 2 va I 2 ning boshlang‘ich konsentrasiyalari mos ravishda 5 mol/l va 3 mol/l ekanligi ma’lum bo‘lsa, H 2 + I 2 ⇆ 2 HI sistemasidagi vodorod, yod va vodorod yodning muvozanat konsentrasiyalarini hisoblang. va muvozanat konstantasi 1 ga teng.

Shuni ta'kidlash kerakki, ushbu muammoning (2-toifa topshirig'i) shartida reaksiyaga kirishgan boshlang'ich moddalar va hosil bo'lgan mahsulotlarning konsentratsiyasi haqida hech narsa aytilmaydi. Shuning uchun bunday masalalarni yechishda ba'zi reaksiyaga kirishgan moddalarning konsentratsiyasi odatda x sifatida qabul qilinadi.

Muvozanatga erishilgan vaqtgacha x mol/l H 2 reaksiyaga kirishsin. Keyin reaksiya tenglamasidan kelib chiqqan holda x mol/l I 2 reaksiyaga kirishib, 2x mol/l HI hosil bo'lishi kerak. Reaksiyaning barcha ishtirokchilarining muvozanat konsentratsiyasi quyidagicha bo'ladi:

Teng (H 2) \u003d C iltimos. (H 2) - C proreakt. (H 2) \u003d (5 - x) mol / l;

Teng (I 2) = C iltimos. (I 2) - C proreakt. (I 2) \u003d (3 - x) mol / l;

Teng (HI) = C tasvirlari. (HI) = 2x mol/l.

4x2 = 15 - 8x + x2

3x2 + 8x - 15 = 0

x 1 = -3,94 x 2 = 1,27

jismoniy ma'no faqat ijobiy ildizga ega x = 1,27.

Shuning uchun C teng. (H 2) \u003d (5 - x) mol / l \u003d 5 - 1,27 \u003d 3,73 mol / l;

Teng (I 2) \u003d (3 - x) mol / l \u003d 3 - 1,27 \u003d 1,73 mol / l;

Teng (HI) \u003d 2x mol / l \u003d 2 1,27 \u003d 2,54 mol / l.

Vazifa raqami 7

7-jadval - 7-sonli vazifani bajarish shartlari

7-jadval davom etdi