Ioniset kemialliset reaktiot. Ionikemialliset reaktiot Na o2 -reaktioyhtälö
2. helmikuuta 2014 | Yksi kommentti | Lolita Okolnova
Ioniset reaktiot- ionien väliset reaktiot liuoksessa
Tarkastellaanpa epäorgaanisia ja joitain orgaanisen kemian perusreaktioita.
Hyvin usein erilaisissa kemian tehtävissä heitä pyydetään kirjoittamaan paitsi kemialliset yhtälöt molekyylimuodossa, mutta myös ionisessa muodossa (täysin ja lyhennettynä). Kuten jo todettiin, liuoksissa tapahtuu ionisia kemiallisia reaktioita. Usein aineet hajoavat ioneiksi vedessä.
Saattaa loppuun ioninen yhtälö kemiallinen reaktio: kaikki yhdisteet ovat elektrolyyttejä, kirjoitamme uudelleen ionisessa muodossa ottaen huomioon kertoimet:
2NaOH + H 2 SO 4 \u003d Na 2 SO 4 + 2H 2 O - molekyylireaktioyhtälö
2Na + +2OH - +2H + + SO -2 \u003d 2Na + + SO 4 -2 + 2H 2 O - täydellinen ionireaktioyhtälö
Kemiallisen reaktion lyhennetty ioniyhtälö: vähennämme samoja komponentteja:
2Na + +2OH - +2H + + SO-2 = 2Na + + SO 4-2 + 2H 2O
Tämän identtisten ionien pelkistyksen tulosten mukaan on selvää, mitkä ionit muodostivat mikä on liukenematonta tai huonosti liukenevaa - kaasumaisia tuotteita tai reagensseja, saostumia tai huonosti dissosioituvia aineita.
Älä hajoa ioneiksi aineen ionisissa kemiallisissa reaktioissa:
1. veteen liukenematon yhdisteet (tai niukkaliukoiset) (katso );
Ca(NO3)2 + 2NaOH = Ca(OH)2↓ + 2NaNO3
Сa 2+ + 2NO 3 - + 2Na + + 2OH - \u003d Ca (OH) 2 + 2Na + + 2NO 3 - - täydellinen ionireaktioyhtälö
Ca 2+ + 2OH - \u003d Ca (OH) 2 - lyhennetty ionireaktioyhtälö
2. kaasumaiset aineet, esimerkiksi O 2, Cl 2, NO jne.:
Na2S + 2HCl \u003d 2NaCl + H2S
2Na + + S -2 + 2H + +2Cl - = 2Na + + 2Cl - + H2S - täysi ionireaktioyhtälö
S -2 + 2H + = H2S - lyhennetty ionireaktioyhtälö
3. vähän dissosioituvat aineet (H2O, NH4OH);
neutralointireaktio
OH - + H + \u003d H 2 O - lyhennetty ionireaktioyhtälö
4. (kaikki: sekä metallien että ei-metallien muodostamat);
2AgNO3 + 2NaOH = Ag2O + 2NaNO3 + H2O
2Ag + + 2NO 3 - + 2Na + + 2OH - = Ag2O + 2NO 3 - + 2Na + + H2O - täydellinen ionireaktioyhtälö
2Ag + + 2OH - = Ag2O + H2O - pelkistetty ionireaktioyhtälö
5. orgaaniset aineet (orgaanisia happoja kutsutaan vähän dissosioituviksi aineiksi)
CH 3 COOH + NaOH \u003d CH 3 COONa + H 2 O
CH 3 COOH + Na + + OH - \u003d CH 3 COO - + Na + + H2O - täydellinen ionireaktioyhtälö
CH 3 COOH + OH - \u003d CH 3 COO - + H2O - lyhennetty ionireaktioyhtälö
Usein ioniset kemialliset reaktiot ovat vaihtoreaktioita.
Jos kaikki reaktioon osallistuvat aineet ovat ionien muodossa, niin niiden sitoutumista uuden aineen muodostumiseen ei tapahdu, joten reaktio tässä tapauksessa ei ole käytännössä mahdollista.
Redox-reaktioista ioninvaihdon kemiallisten reaktioiden erottuva piirre on, että ne etenevät muuttamatta reaktioon osallistuvien hiukkasten hapetusastetta.
- kokeessa on kysymys - Ioninvaihtoreaktiot
- GIA:ssa (OGE) se on - Ioninvaihtoreaktiot
9.1. Mitä ovat kemialliset reaktiot
Muista, että kutsumme kemiallisia reaktioita mitä tahansa luonnon kemiallisia ilmiöitä. Kemiallisen reaktion aikana toinen hajoaa ja toinen muodostuu. kemialliset sidokset. Reaktion seurauksena joistakin kemikaaleista saadaan muita aineita (ks. luku 1).
Tekemällä kotitehtävät kohtaan 2.5, tutustuit neljän pääreaktion perinteiseen erottamiseen kemiallisten muutosten kokonaisuudesta, samalla ehdotit niiden nimiä: yhdistelmä-, hajoamis-, substituutio- ja vaihtoreaktiot.
Esimerkkejä yhdistereaktioista:
C + O 2 \u003d CO 2; (yksi)
Na 2O + CO 2 \u003d Na 2CO 3; (2)
NH 3 + CO 2 + H 2 O \u003d NH 4 HCO 3. (3)
Esimerkkejä hajoamisreaktioista:
2Ag204Ag + O2; (4)
CaC03 CaO + C02; (5)
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O. (6)
Esimerkkejä substituutioreaktioista:
CuSO 4 + Fe \u003d FeSO 4 + Cu; (7)
2NaI + Cl 2 \u003d 2NaCl + I 2; (kahdeksan)
CaCO 3 + SiO 2 \u003d CaSiO 3 + CO 2. (9)
| Vaihda reaktioita- kemialliset reaktiot, joissa alkuperäiset aineet ikään kuin vaihtavat aineosaan. |
Esimerkkejä vaihtoreaktioista:
Ba(OH)2 + H2S04 = BaS04 + 2H20; (10)
HCl + KNO 2 \u003d KCl + HNO 2; (yksitoista)
AgNO 3 + NaCl \u003d AgCl + NaNO 3. (12)
Perinteinen kemiallisten reaktioiden luokittelu ei kata niiden kaikkea monimuotoisuutta - neljän päätyypin reaktioiden lisäksi on olemassa myös monia monimutkaisempia reaktioita.
Kahden muun kemiallisen reaktion valinta perustuu siihen, että niihin osallistuvat kaksi tärkeintä ei-kemiallista hiukkasta: elektroni ja protoni.
Joidenkin reaktioiden aikana elektronit siirtyvät kokonaan tai osittain atomista toiseen. Tässä tapauksessa alkuaineet muodostavien alkuaineiden atomien hapetustilat muuttuvat; annetuista esimerkeistä nämä ovat reaktiot 1, 4, 6, 7 ja 8. Näitä reaktioita kutsutaan ns. redox.
Toisessa reaktioryhmässä vetyioni (H +), eli protoni, siirtyy reagoivasta hiukkasesta toiseen. Tällaisia reaktioita kutsutaan happo-emäsreaktiot tai protoninsiirtoreaktiot.
Annettujen esimerkkien joukossa tällaisia reaktioita ovat reaktiot 3, 10 ja 11. Vastaavasti näiden reaktioiden kanssa redox-reaktioita kutsutaan joskus nimellä elektroninsiirtoreaktiot. RIA:han tutustut § 2:ssa ja KOR:iin - seuraavissa luvuissa.
YHDISTETYT REAKTIOT, HAJOAMISREAKTIOT, KORVAUSREAKTIOT, VAIHTOREAKTIOT, REDOKSIREAKTIOT, HAPPO-EMÄSREAKTIOT.
Kirjoita reaktioyhtälöt, jotka vastaavat seuraavia kaavioita:
a) HgO Hg + O 2 ( t); b) Li20 + S02Li2S03; c) Cu(OH) 2 CuO + H 2 O ( t);
d) AI + 12A113; e) CuCl2 + Fe FeCl2 + Cu; e) Mg + H3PO4Mg3(PO4)2 + H2;
g) Al + O 2 Al 2 O 3 ( t); i) KClO 3 + P P 2 O 5 + KCl ( t); j) CuS04 + Al Al 2(SO 4) 3 + Cu;
l) Fe + Cl 2 FeCl 3 ( t); m) NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O ( t); m) H 2 SO 4 + CuO CuSO 4 + H 2 O.
Määritä perinteinen reaktiotyyppi. Huomaa redox- ja happo-emäsreaktiot. Ilmoita redox-reaktioissa atomit, joiden alkuaineiden hapetusaste muuttuu.
9.2. Redox-reaktiot
Harkitse redox-reaktiota, joka tapahtuu masuuneissa raudan (tarkemmin valuraudan) teollisen tuotannon aikana rautamalmista:
Fe 2 O 3 + 3CO \u003d 2Fe + 3CO 2.
Määritetään sekä lähtöaineet että reaktiotuotteet muodostavien atomien hapetustilat
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Kuten näette, hiiliatomien hapetusaste nousi reaktion seurauksena, rautaatomien hapetusaste laski ja happiatomien hapetusaste pysyi ennallaan. Tämän seurauksena hiiliatomit tässä reaktiossa hapettuivat, eli ne menettivät elektroneja ( hapettunut) ja rautaatomit pelkistykseen, eli ne kiinnittivät elektroneja ( toipunut) (katso kohta 7.16). OVR:n luonnehdinnassa käytetään käsitteitä hapettava aine ja pelkistävä aine.
Siten reaktiossamme hapettavat atomit ovat rautaatomeja ja pelkistävät atomit ovat hiiliatomeja.
Reaktiossamme hapetin on rauta(III)oksidi ja pelkistävä aine hiili(II)oksidi.
Tapauksissa, joissa hapettavat ja pelkistävät atomit ovat osa samaa ainetta (esimerkki: reaktio 6 edellisestä kappaleesta), käsitteitä "hapettava aine" ja "pelkistävä aine" ei käytetä.
Siten tyypilliset hapettavat aineet ovat aineita, jotka sisältävät atomeja, jotka pyrkivät lisäämään elektroneja (kokonaan tai osittain) alentaen niiden hapetusastetta. Yksinkertaisista aineista nämä ovat pääasiassa halogeeneja ja happea, vähäisemmässä määrin rikkiä ja typpeä. From monimutkaiset aineet- aineet, jotka sisältävät korkeammassa hapetustilassa olevia atomeja, jotka eivät ole taipuvaisia muodostamaan yksinkertaisia ioneja näissä hapetustiloissa: HNO 3 (N + V), KMnO 4 (Mn + VII), CrO 3 (Cr + VI), KClO 3 ( Cl + V), KClO 4 (Cl + VII) jne.
Tyypillisiä pelkistäviä aineita ovat aineet, jotka sisältävät atomeja, joilla on taipumus luovuttaa elektroneja kokonaan tai osittain, mikä lisää niiden hapetusastetta. Yksinkertaisista aineista nämä ovat vety, alkali- ja maa-alkalimetallit sekä alumiini. Monimutkaisista aineista - H2S ja sulfidit (S -II), SO 2 ja sulfiitit (S + IV), jodidit (I -I), CO (C + II), NH3 (N -III) jne.
Yleensä lähes kaikilla monimutkaisilla ja monilla yksinkertaisilla aineilla voi olla sekä hapettavia että pelkistäviä ominaisuuksia. Esimerkiksi:
SO 2 + Cl 2 \u003d S + Cl 2 O 2 (SO 2 on vahva pelkistävä aine);
SO 2 + C \u003d S + CO 2 (t) (SO 2 on heikko hapetin);
C + O 2 \u003d CO 2 (t) (C on pelkistävä aine);
C + 2Ca \u003d Ca 2 C (t) (C on hapettava aine).
Palataan tähän reaktioon, josta keskustelimme tämän osan alussa.
| Fe2O3 | + | = | 2Fe | + |
Huomaa, että reaktion seurauksena hapettavat atomit (Fe + III) muuttuivat pelkistävissä atomeiksi (Fe 0) ja pelkistävät atomit (C + II) hapettaviksi atomeiksi (C + IV). Mutta CO 2 on kaikissa olosuhteissa erittäin heikko hapetin, ja vaikka rauta on pelkistävä aine, se on näissä olosuhteissa paljon heikompi kuin CO. Siksi reaktiotuotteet eivät reagoi keskenään, eikä käänteistä reaktiota tapahdu. Yllä oleva esimerkki on esimerkki yleisestä periaatteesta, joka määrittää OVR-virran suunnan:
Redox-reaktiot etenevät heikomman hapettimen ja heikomman pelkistimen muodostumisen suuntaan.
Aineiden redox-ominaisuuksia voidaan verrata vain samoissa olosuhteissa. Joissakin tapauksissa tämä vertailu voidaan tehdä kvantitatiivisesti.
Kun suoritit läksyjäsi tämän luvun ensimmäisestä kappaleesta, huomasit, että kertoimia on melko vaikea löytää joistakin reaktioyhtälöistä (etenkin OVR:stä). Tämän tehtävän yksinkertaistamiseksi redox-reaktioiden tapauksessa käytetään seuraavia kahta menetelmää:
a) elektroninen saldomenetelmä ja
b) elektroni-ionitasapainomenetelmä.
Opiskelet nyt elektronitasapainomenetelmää, ja elektroni-ionitasapainomenetelmää opiskellaan yleensä korkeakouluissa.
Molemmat menetelmät perustuvat siihen, että kemiallisissa reaktioissa elektronit eivät katoa minnekään eivätkä esiinny minnekään, eli atomien vastaanottamien elektronien lukumäärä on yhtä suuri kuin muiden atomien luovuttamien elektronien lukumäärä.
Luovutettujen ja vastaanotettujen elektronien lukumäärä elektronitasapainomenetelmässä määräytyy atomien hapetusasteen muutoksesta. Tätä menetelmää käytettäessä on tarpeen tietää sekä lähtöaineiden että reaktiotuotteiden koostumus.
Harkitse sähköisen saldomenetelmän soveltamista esimerkkien avulla.
Esimerkki 1 Tehdään yhtälö raudan ja kloorin reaktiolle. Tiedetään, että tällaisen reaktion tuote on rauta(III)kloridi. Kirjoita reaktiokaavio:
Fe + Cl2 FeCl3.
Määritetään kaikkien reaktioon osallistuvien aineiden muodostavien alkuaineiden atomien hapetustilat:
Rautaatomit luovuttavat elektroneja ja kloorimolekyylit ottavat ne vastaan. Ilmaisemme nämä prosessit elektroniset yhtälöt:
Fe-3 e- \u003d Fe + III,
Cl2 + 2 e-\u003d 2Cl-I.
Jotta annettujen elektronien lukumäärä olisi yhtä suuri kuin vastaanotettujen elektronien lukumäärä, ensimmäinen elektroninen yhtälö on kerrottava kahdella ja toinen kolmella:
| Fe-3 e- \u003d Fe + III, Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
2Fe - 6 e- \u003d 2Fe + III, 3Cl 2 + 6 e– = 6Cl –I. |
Syöttämällä kertoimet 2 ja 3 reaktiokaavioon saamme reaktioyhtälön:
2Fe + 3Cl 2 \u003d 2FeCl 3.
Esimerkki 2 Tehdään yhtälö valkoisen fosforin palamisreaktiolle klooriylimäärässä. Tiedetään, että fosfori(V)kloridia muodostuu seuraavissa olosuhteissa:
| +V-I | ||||
| P4 | + | Cl2 | PCl5. |
Valkoiset fosforimolekyylit luovuttavat elektroneja (hapettuvat) ja kloorimolekyylit ottavat ne vastaan (pelkistyneet):
| P4-20 e– = 4P + V Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
1 10 |
2 20 |
P4-20 e– = 4P + V Cl2 + 2 e– = 2Cl –I |
P4-20 e– = 4P + V 10Cl 2 + 20 e– = 20Cl –I |
Aluksi saaduilla kertoimilla (2 ja 20) oli yhteinen jakaja, jolla (tulevaisuuden kertoimina reaktioyhtälössä) ne jaettiin. Reaktioyhtälö:
P 4 + 10Cl 2 \u003d 4PCl 5.
Esimerkki 3 Tehdään yhtälö reaktiolle, joka tapahtuu rauta(II)sulfidin pasutuksessa hapessa.
Reaktiokaavio:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O 2 | + |
Tässä tapauksessa sekä rauta(II)- että rikki(-II)-atomit hapettuvat. Rauta(II)sulfidin koostumus sisältää näiden alkuaineiden atomeja suhteessa 1:1 (katso yksinkertaisimman kaavan indeksit).
Elektroninen saldo:
| 4 | Fe + II - e– = Fe +III S-II-6 e– = S + IV |
Lahjoituksia yhteensä 7 e – |
| 7 | O 2 + 4e - \u003d 2O - II |
Reaktioyhtälö: 4FeS + 7O 2 = 2Fe 2O 3 + 4SO 2.
Esimerkki 4. Muodostetaan yhtälö reaktiolle, joka tapahtuu poltettaessa rauta(II)disulfidia (pyriitti) hapessa.
Reaktiokaavio:
| +III –II | +IV –II | |||||
| + | O 2 | + |
Kuten edellisessä esimerkissä, myös tässä hapetetaan sekä rauta(II)- että rikkiatomit, mutta hapetusaste on I. Näiden alkuaineiden atomit sisältyvät rikkikiisukoostumukseen suhteessa 1:2 (katso indeksit). yksinkertaisimmalla kaavalla). Tässä suhteessa rauta- ja rikkiatomit reagoivat, mikä otetaan huomioon elektronista vaakaa laadittaessa:
| Fe+III – e– = Fe +III 2S-I-10 e– = 2S +IV |
Yhteensä anna 11 e – | |
| O 2 + 4 e– = 2O –II |
Reaktioyhtälö: 4FeS 2 + 11O 2 = 2Fe 2 O 3 + 8SO 2.
OVR:stä löytyy myös monimutkaisempia tapauksia, joista osaan opit tuntemaan läksyjäsi tekemällä.
HAPPETUSATOMI, pelkistinatomi, HAPETUSAINE, pelkistysaine, ELEKTRONITASAPAINOMENETELMÄ, ELEKTRONISET YHTÄLÖT.
1. Tee elektroninen vaaka jokaiselle tämän luvun 1 §:n tekstissä esitetylle OVR-yhtälölle.
2. Muodosta OVR:n yhtälöt, jotka löysit suorittaessasi tämän luvun 1 §:n tehtävää. Käytä tällä kertaa sähköistä saldomenetelmää kertoimen asettamiseen. 3. Muodosta elektronisen tasapainomenetelmän avulla reaktioyhtälöt, jotka vastaavat seuraavia kaavioita: a) Na + I 2 NaI;
b) Na + O 2Na 2O 2;
c) Na202 + Na Na20;
d) Al + Br2AlBr3;
e) Fe + O 2 Fe 3 O 4 ( t);
e) Fe 3 O 4 + H 2 FeO + H 2 O ( t);
g) FeO + O 2 Fe 2 O 3 ( t);
i) Fe 2 O 3 + CO Fe + CO 2 ( t);
j) Cr + O 2 Cr 2 O 3 ( t);
l) CrO 3 + NH 3 Cr 2 O 3 + H 2 O + N 2 ( t);
m) Mn207 + NH3Mn02 + N2 + H20;
m) MnO 2 + H 2 Mn + H 2 O ( t);
n) MnS + O 2 MnO 2 + SO 2 ( t)
p) PbO 2 + CO Pb + CO 2 ( t);
c) Cu 2 O + Cu 2 S Cu + SO 2 ( t);
t) CuS + O 2 Cu 2 O + SO 2 ( t);
y) Pb 3 O 4 + H 2 Pb + H 2 O ( t).
9.3. eksotermiset reaktiot. Entalpia
Miksi kemiallisia reaktioita tapahtuu?
Vastataksemme tähän kysymykseen, muistutetaan, miksi yksittäiset atomit yhdistyvät molekyyleiksi, miksi eristetyistä ioneista muodostuu ionikide, miksi atomin elektronikuoren muodostumisen aikana toimii vähiten energian periaate. Vastaus kaikkiin näihin kysymyksiin on sama: koska se on energeettisesti hyödyllistä. Tämä tarkoittaa, että tällaisten prosessien aikana vapautuu energiaa. Näyttäisi siltä, että kemiallisten reaktioiden pitäisi edetä samasta syystä. Itse asiassa voidaan suorittaa monia reaktioita, joiden aikana vapautuu energiaa. Energiaa vapautuu, yleensä lämmön muodossa.
Jos lämpö ei ehdi poistua eksotermisen reaktion aikana, reaktiojärjestelmä lämpenee.
Esimerkiksi metaanin palamisreaktiossa
CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2O (g)
lämpöä vapautuu niin paljon, että metaania käytetään polttoaineena.
Se tosiasia, että tässä reaktiossa vapautuu lämpöä, voi näkyä reaktioyhtälössä:
CH 4 (g) + 2O 2 (g) \u003d CO 2 (g) + 2H 2O (g) + K.
Tämä ns termokemiallinen yhtälö. Tässä symboli "+ K" tarkoittaa, että kun metaania palaa, lämpöä vapautuu. Tätä lämpöä kutsutaan reaktion lämpövaikutus.
Mistä vapautuva lämpö tulee?
Tiedät, että kemiallisissa reaktioissa kemialliset sidokset katkeavat ja muodostuvat. Tässä tapauksessa sidokset katkeavat hiili- ja vetyatomien välillä CH 4 -molekyyleissä sekä happiatomien välillä O 2 -molekyyleissä. Tällöin muodostuu uusia sidoksia: hiili- ja happiatomien välille CO 2 -molekyyleissä ja happi- ja vetyatomien välille H 2 O -molekyyleissä. Sidosten katkaisemiseksi sinun on käytettävä energiaa (katso "sidosenergia", "atomisaatioenergia"). ), ja sidoksia muodostuessaan vapautuu energiaa. On selvää, että jos "uudet" sidokset ovat vahvempia kuin "vanhat", vapautuu enemmän energiaa kuin imeytyy. Ero vapautuneen ja absorboituneen energian välillä on reaktion lämpövaikutus.
Lämpövaikutus (lämmön määrä) mitataan kilojouleina, esim.
2H2 (g) + 02 (g) = 2H20 (g) + 484 kJ.
Tällainen ennätys tarkoittaa, että 484 kilojoulea lämpöä vapautuu, jos kaksi moolia vetyä reagoi yhden moolin kanssa happea ja kaksi moolia kaasumaista vettä (höyryä) muodostuu.
Tällä tavalla, termokemiallisissa yhtälöissä kertoimet ovat numeerisesti yhtä suuria kuin reagoivien aineiden ja reaktiotuotteiden aineen määrät.
Mikä määrittää kunkin reaktion lämpövaikutuksen?
Reaktion lämpövaikutus riippuu
a) alkaen aggregaattitilat lähtöaineet ja reaktiotuotteet,
b) lämpötilasta ja
c) tapahtuuko kemiallinen muutos vakiotilavuudessa vai vakiopaineessa.
Reaktion lämpövaikutuksen riippuvuus aineiden aggregaatiotilasta johtuu siitä, että aggregaatiotilasta toiseen siirtymisprosesseihin (kuten joihinkin muihin fysikaalisiin prosesseihin) liittyy lämmön vapautuminen tai imeytyminen. Tämä voidaan ilmaista myös termokemiallisella yhtälöllä. Esimerkki on vesihöyryn kondensaation termokemiallinen yhtälö:
H20 (g) \u003d H20 (g)+ K.
Termokemiallisissa yhtälöissä ja tarvittaessa tavallisissa kemiallisissa yhtälöissä aineiden aggregaattitilat ilmaistaan kirjainindekseillä:
d) - kaasu,
g) - neste,
(t) tai (cr) on kiinteä tai kiteinen aine.
Lämpövaikutuksen riippuvuus lämpötilasta liittyy lämpökapasiteetin eroihin
lähtöaineet ja reaktiotuotteet.
Koska eksotermisen reaktion seurauksena vakiopaineessa järjestelmän tilavuus kasvaa aina, osa energiasta kuluu työhön tilavuuden lisäämiseksi ja vapautuva lämpö on pienempi kuin samassa reaktiossa tasaisella äänenvoimakkuudella.
Reaktioiden lämpövaikutukset lasketaan yleensä reaktioista, jotka etenevät vakiotilavuudessa 25 °C:ssa ja niitä merkitään symbolilla K o.
Jos energiaa vapautuu vain lämmön muodossa ja kemiallinen reaktio etenee vakiotilavuudessa, reaktion lämpövaikutus ( Q V) on yhtä suuri kuin muutos sisäinen energia(D U) aineet, jotka osallistuvat reaktioon, mutta joilla on päinvastainen merkki:
Q V = - U.
Kehon sisäisellä energialla tarkoitetaan molekyylien välisten vuorovaikutusten, kemiallisten sidosten, kaikkien elektronien ionisaatioenergian, ytimien nukleonien sidosenergian ja kaiken muun tunnetun ja tuntemattoman tyyppisen energian kokonaisenergiaa, jonka tämä keho "varantaa". "–"-merkki johtuu siitä, että kun lämpöä vapautuu, sisäinen energia vähenee. Tuo on
U= – Q V .
Jos reaktio etenee vakiopaineessa, järjestelmän tilavuus voi muuttua. Osa sisäisestä energiasta kuluu myös äänenvoimakkuuden lisäämiseen. Tässä tapauksessa
U = -(Q P + A) = –(Q P + PV),
missä Qp on vakiopaineessa tapahtuvan reaktion lämpövaikutus. Täältä
Q P = - U-PV .
Arvo, joka on yhtä suuri kuin U+PV nimettiin entalpian muutos ja merkitty D:llä H.
H=U+PV.
Siten
Q P = - H.
Näin ollen kun lämpöä vapautuu, järjestelmän entalpia pienenee. Tästä johtuu tämän määrän vanha nimi: "lämpöpitoisuus".
Toisin kuin lämpövaikutus, entalpian muutos luonnehtii reaktiota riippumatta siitä, eteneekö se vakiotilavuudessa vai vakiopaineessa. Termokemiallisia yhtälöitä, jotka on kirjoitettu käyttämällä entalpian muutosta, kutsutaan termokemialliset yhtälöt termodynaamisessa muodossa. Tässä tapauksessa annetaan entalpian muutoksen arvo standardiolosuhteissa (25 °C, 101,3 kPa) merkittynä H noin. Esimerkiksi:
2H 2 (g) + O 2 (g) \u003d 2H 2O (g) H noin= – 484 kJ;
CaO (cr) + H 2 O (l) \u003d Ca (OH) 2 (cr) H noin= -65 kJ.
Reaktiossa vapautuvan lämmön määrän riippuvuus ( K) reaktion lämpövaikutuksesta ( K o) ja aineen määrä ( n B) yksi reaktion osallistujista (aine B - lähtöaine tai reaktiotuote) ilmaistaan yhtälöllä:
Tässä B on aineen B määrä, joka saadaan kertoimella aineen B kaavan edessä termokemiallisessa yhtälössä.
Tehtävä
Määritä hapessa palaneen vetyaineen määrä, jos lämpöä vapautuu 1694 kJ.
Ratkaisu
2H2 (g) + 02 (g) = 2H20 (g) + 484 kJ. |
|
|
Q = 1694 kJ, 6. Kiteisen alumiinin ja kaasumaisen kloorin vuorovaikutusreaktion lämpövaikutus on 1408 kJ. Kirjoita muistiin tämän reaktion termokemiallinen yhtälö ja määritä alumiinin massa, joka tarvitaan tuottamaan 2816 kJ lämpöä tätä reaktiota käyttämällä. 9.4 endotermiset reaktiot. Haje Eksotermisten reaktioiden lisäksi mahdollisia reaktioita, joissa lämpö imeytyy, ja jos sitä ei syötetä, reaktiojärjestelmä jäähdytetään. Tällaisia reaktioita kutsutaan endoterminen. Tällaisten reaktioiden lämpövaikutus on negatiivinen. Esimerkiksi: Siten näiden ja vastaavien reaktioiden tuotteissa olevien sidosten muodostumisen aikana vapautuva energia on pienempi kuin energia, joka tarvitaan sidosten katkaisemiseen lähtöaineista.
Otetaan kaksi pulloa ja täytetään niistä toinen typellä (väritön kaasu) ja toinen typpidioksidilla (ruskea kaasu) niin, että sekä paine että lämpötila pulloissa ovat samat. Tiedetään, että nämä aineet eivät mene kemialliseen reaktioon keskenään. Yhdistämme pullot tiukasti niiden kauloihin ja asetamme ne pystysuoraan siten, että painavampaa typpidioksidia sisältävä pullo on pohjassa (kuva 9.1). Jonkin ajan kuluttua näemme, että ruskea typpidioksidi leviää vähitellen ylempään pulloon ja väritön typpi tunkeutuu alapulloon. Tämän seurauksena kaasut sekoittuvat ja pullojen sisällön väri muuttuu samaksi. Tällä tavalla,
Entropian väliset suhdeyhtälöt ( S) ja muita määriä opiskellaan fysiikan ja fysikaalisen kemian kursseilla. Entropiayksikkö [ S] = 1 J/K. G= H-T S Edellytys reaktion spontaanille esiintymiselle: G< 0. Matalissa lämpötiloissa reaktion mahdollisuutta enemmän määräävä tekijä on energiatekijä ja korkeissa lämpötiloissa entropia. Etenkin yllä olevasta yhtälöstä on selvää, miksi ei-virtaava at huonelämpötila hajoamisreaktiot (entropia kasvaa) alkavat edetä korotetussa lämpötilassa. ENDOTERMINEN REAKTIO, ENTROPIA, ENERGIAKERTOINTI, ENTROPIAKERROIN, GIBBS ENERGIA. 2CuO (cr) + C (grafiitti) \u003d 2Cu (cr) + CO 2 (g) on -46 kJ. Kirjoita muistiin termokemiallinen yhtälö ja laske, kuinka paljon energiaa sinun tulee käyttää saadaksesi 1 kg kuparia tällaisessa reaktiossa. CaCO 3 (cr) \u003d CaO (cr) + CO 2 (g) - 179 kJ Hiilidioksidia muodostui 24,6 litraa. Selvitä, kuinka paljon lämpöä hukattiin turhaan. Kuinka monta grammaa kalsiumoksidia muodostui tässä tapauksessa? |
Natrium on luonnossa yleisin ja laajalti käytetty alkalimetalli, joka on 11. sijalla jaksollisessa taulukossa (se on 1. ryhmässä, pääalaryhmässä, 3. jaksossa). Vuorovaikutuksessa ilmakehän hapen kanssa se muodostaa peroksidia Na2O2. Voitko sanoa, että se on natriumia? Ei tietenkään, koska tämä aine ei kuulu oksidien luokkaan ja sen rakennekaava on kirjoitettu tässä muodossa: Na-O-O-Na. Korkeammat oksidit ovat niitä, joissa happeen liittyvällä kemiallisella alkuaineella on korkein hapetusaste. Natriumilla on vain yksi hapetusaste, +1. Siksi tälle kemialliselle alkuaineelle ei ole olemassa käsitettä "korkeampi oksidi".
Natriumoksidi on sen Na2O:n molekyylikaava. Moolimassa on 61,9789 g/mol. Natriumoksidin tiheys on 2,27 g/cm³. Tekijä: ulkomuoto se on valkoinen kiinteä palamaton aine, joka sulaa +1132 °C:n lämpötilassa, kiehuu +1950 °C:n lämpötilassa ja hajoaa. Veteen liuotettuna oksidi reagoi kiivaasti sen kanssa, jolloin muodostuu natriumhydroksidia, jota pitäisi kutsua oikein hydroksidiksi. Tätä voidaan kuvata reaktioyhtälöllä: Na2O + H2O → 2NaOH. Tämän suurin vaara kemiallinen yhdiste(Na2O) on, että se reagoi kiivaasti veden kanssa, jolloin muodostuu aggressiivinen emäs.
Natriumoksidia voidaan saada kuumentamalla metalli enintään 180 °C:n lämpötilaan ympäristössä, jossa on alhainen happipitoisuus: 4Na + O2 → 2Na2O. Tässä tapauksessa ei ole mahdollista saada puhdasta oksidia, koska reaktiotuotteet sisältävät jopa 20 % peroksidia ja vain 80 % kohdeainetta. On muitakin tapoja saada Na2O. Esimerkiksi kuumentamalla peroksidiseosta metalliylimäärän kanssa: Na2O2 + 2Na → 2Na2O. Lisäksi oksidi saadaan antamalla metallisen natriumin reagoida sen hydroksidin kanssa: 2Na + NaOH → 2Na2O + H2, sekä saattamalla suola reagoimaan alkalimetallin kanssa: 6Na + 2NaNO2 → 4Na2O + N2. Kaikki nämä reaktiot etenevät natriumylimäärällä. Lisäksi kun alkalimetallikarbonaattia kuumennetaan 851 °C:seen, tämän metallin oksidi voidaan saada myös reaktioyhtälön mukaisesti: Na2CO3 → Na2O + CO2.
Natriumoksidilla on selvät emäksiset ominaisuudet. Sen lisäksi, että se reagoi kiivaasti veden kanssa, se on myös aktiivisesti vuorovaikutuksessa happojen ja happooksidien kanssa. Reaktion seurauksena suolahappo muodostuu suolaa ja vettä: Na2O + 2HCl → 2NaCl + H2O. Ja kun se on vuorovaikutuksessa värittömien piidioksidikiteiden kanssa, muodostuu alkalimetallisilikaatti: Na2O + SiO2 → Na2SiO3.
Natriumoksidilla, kuten toisen alkalimetallin, kaliumin, oksidilla ei ole suurta käytännön merkitystä. Tätä ainetta käytetään yleensä reagenssina, se on tärkeä komponentti teollisessa (kalkkikalkki) ja nestemäisessä lasissa, mutta se ei ole osa optisia laseja. Tyypillisesti teollisuuslasi sisältää noin 15 % natriumoksidia, 70 % piidioksidia (piidioksidia) ja 9 % kalkkia (Na-oksidi toimii juoksutteena, joka alentaa piidioksidin sulamislämpötilaa. Sodalasilla on alhaisempi sulamispiste kuin potaskalasilla. -kalkki tai kalium-lyijy.Se on yleisin, käytetään ikkunalasien ja lasiastioiden (pullojen ja purkkien) valmistukseen juomille, elintarvikkeille ja eräille muille tavaroille.Lasit on usein valmistettu karkaistusta sooda-kalkki-silikaattilasista.
Saadaan sulattamalla raaka-aineita - Na-karbonaattia, kalkkia, dolomiittia, piidioksidia (piidioksidia), alumiinioksidia (alumiinioksidia) sekä pientä määrää aineita (esim. Na-sulfaatti, Na-kloridi) - lasiuunissa lämpötiloissa 1675 °C asti. Vihreät ja ruskeat pullot valmistetaan raaka-aineista, jotka sisältävät vähemmän magnesiumoksidia ja natriumoksidia astian lasissa kuin ikkunalasissa.