3.2 Иондық-электрондық баланс әдісі (жартылай реакциялар әдісі)

 

          Сулы ерітінділерде өтетін тотығу-тотықсыздану реакцияларын (ТТР), иондық-электрондық баланс әдісімен (жартылай реакциялар әдісімен) теңестіреді. Электрондық баланс әдісімен салыстырғанда иондық-электрондық баланс әдісінің артықшылығы келесі: мұнда Mn , Cr , S иондары емес, MnO , Cr₂O , SO -иондары бар. Мұнымен қатар, тотығу-тотықсыздану реакцияларын осы әдіспен теңестіргенде атомдардың тотығу дәрежелерін анықтау қажет емес, бірақ процеске белсенді қатысушы ортаның рөлі ескеріледі.

          Жартылай реакциялар әдісін қолданғанда ТТР кейбір қатысушылары (өнімдер, орта) реакцияның молекулалық теңдеуін шығарғанда анықталуы мүмкін.

 

Типтік есеп № 4

          Жартылай реакциялар әдісін қолданып,

KNO₂  +  K₂Cr₂O₇  +  …     KNO₃  +  Cr₂(SO₄)₃  +  …

сұлбасы бойынша өтетін тотығу-тотықсыздану реакциясын құрастырып, теңестіріңіз.

Шығарылуы

а)      Өзінің зарядын өзгертетін элементтің тотығу дәрежесін (Т.Д.) есептейік; берілген элементі бар бөлшектердің астын сызайық:

K +  K₂   +  …      K +  (SO₄)₃  +  …

б) Тотығу-тотықсыздану реакциясы сұлбасының қысқаша иондық теңдеуін құрастырайық:

NO +  Cr₂O   NO +  2Cr .

в)      Тотығу және тотықсыздану процестерінің екі жартылай реакцияларының бөлек теңдеулерін құрастырайық:

Т-т-с-ш  │      ,  тотығу процесі.

          Берілген жартылай реакцияда теңдеудің сол жағындағы оттек атомының кемдігі судың бір молекуласы арқылы толтырылады, онда теңдеудіің оң жағына баланс үшін екі Н⁺- катионын жазамыыз. Жартылай реакцияның сол және оң жақтары бөлшектерінің қосынды зарядын есептеп, тотығу процесіне екі электрон қатысатынын анықтаймыз (берілген электрондар саны n(ē) = 2).

Т-т-ш │      ,  тотықсыздану процесі.

          Бұл жағдайда алдымен хром элемент атомын теңестіреміз: сол жағында Cr₂O дихромат – ионының құрамында екі атом хром болғандықтан оң жағына екі ион Cr жазамыз. Теңдеудің оң жағындағы оттек атомының кемдігі судың жеті молекуласымен толтырылады, теңдеудің сол жағына 14 Н⁺-катионын жазамыз. Жартылай реакцияның сол және оң жақтарындағы зарядтардың алгебралық қосындысын есептеп, қабылданатын электрондар саны 6-ға тең екендігін анықтаймыз.

г)    Берілген тотығу-тотықсздану реакциясының толық иондық-олекулалық теңдеуін құрастырамыз. Сәйкес келетін көбейткішке көбейтіп екі құрастырылған жартылай реакциялар теңдеулерін қосамыз. Көбейткішті ең кіші еселегіш ережесі бойынша анықтаймыз: берілген және қабылданған электрондар үшін ең кіші жалпы еселегіші 6-ға тең.  Бұл санды 2-ге бөлсек, тотықсыздандырғыш пен оның тотығуының өнімдері үшін 3 көбейткішін аламыз, ал 6-ға бөлсек – тотықтырғыш пен оның тотықсыздану өнімдері үшін көбейткішті аламыз.

 Т-т-с-ш     3          ,  тотығу процесі

                        6  

    Т-т-ш     1         , тотықсыздану процесі

 

3NO +  3H₂O  +  Cr₂O +  14H →  3NO +  6H   +   2Cr +  7H₂O.

 

д) Сол және оң жағында Н⁺-сутек иондары мен Н₂О молекулаларын қысқартып, келесі иондық-молекулалық теңдеуді аламыз:

3NO   +  Cr₂O   +  8H   →  3NO  +  2Cr   +  4H₂O.

 

е)   Ле-Шателье қағидасы бойынша бұл ТТР өтуіне қандай орта қолайлы болатынын анықтаймыз: Н⁺-иондары реакцияның реагенттері болады, сондықтан қышқылды енгізу реакцияның тура бағытта толық өтуіне мүмкіндік туғызады.

ж)    Молекулалық теңдеуге өту үшін теңдеудің сол жағындағы әрбір анионға сәйкес келетін катионды, ал әрбір катионға - анионды таңдаймыз. Тура осындай иондарды және осындай мөлшерде теңдеудің оң жағына да жазамыз. Иондарды молекулаларға біріктіреміз.

 

3NO    +  Cr₂O  +  8H    →  3NO     +  2Cr   +  4H₂O.

         3К            2К             4SO             3К                3SO           2K    SO

3KNO₂  +  K₂Cr₂O₇  +  4H₂SO₄   =  3KNO₃  +  Cr₂(SO₄)₃  +  K₂SO₄  +  4H₂O.