Redoks reaksiyonları görev 30. Kimyada Birleşik Devlet Sınavında C1 (30) problemleri nasıl çözülür?

UMK Kuznetsova hattı. Kimya (10-11) (U)

UMK Kuznetsova hattı. Kimya (10-11) (B)

UMK N. E. Kuznetsova Hattı. Kimya (10-11) (temel)

Kimyada Birleşik Devlet Sınavına hazırlık organizasyonu: redoks reaksiyonları

Materyal, “Kimyada Birleşik Devlet Sınavına hazırlık organizasyonu: redoks reaksiyonları” web seminerine dayanarak hazırlandı.

“Redoks reaksiyonlarıyla ilgili görevlerin başarıyla tamamlanması için hazırlık organizasyonuna bakıyoruz. Spesifikasyona ve demo versiyonuna bakarsak, bu tür reaksiyonlar doğrudan 10 ve 30 numaralı görevlerle ilgilidir, ancak bu, okul kimya dersinde önemli bir konudur. Çeşitli konulara, çeşitli özelliklere değiniyor kimyasal maddeler. Çok kapsamlıdır,” diye vurguluyor web seminerinin sunucusu, pedagojik bilimler adayı, öğretim yardımcılarının yazarı Lidia Asanova.

Görev No. 30, redoks reaksiyonlarını dikkate alarak - görev yüksek seviye zorluklar. Tamamlandığında en yüksek puanı (3) almak için öğrencinin cevabı şunları içermelidir:

• oksitleyici ve indirgeyici maddeler olan elementlerin oksidasyon durumunun belirlenmesi;
• oksitleyici madde ve indirgeyici madde (elementler veya maddeler);
• oksidasyon ve indirgeme süreçleri ve bunların temelinde derlenmiş bir elektronik (elektron-iyon) dengesi;
• Reaksiyon denkleminde eksik olan maddelerin belirlenmesi.

Ancak öğrenciler sıklıkla atlıyorlar, katsayılar vermiyorlar, oksitleyici maddeyi, indirgeyici maddeyi ve oksidasyon durumlarını belirtmiyorlar. Sınavda iyi sonuçlar alabilmek için sınıftaki çalışmalarınızı nasıl organize etmelisiniz?

O. S. Gabrielyan'ın haftada 3-4 saat konuyu çalışmayı amaçlayan 10. sınıf ders kitabında uygulamalı konulara özellikle dikkat ediliyor: kılavuz ekoloji, tıp, biyoloji ve kültür gibi kimya ile ilgili konuları kapsıyor. 11. sınıfta ders tamamlanır ve özetlenir.

1. Sınava hazırlık, konunun öğretimi sürecinde yapılmalı ve hazırlık yalnızca görevlere benzer görevlerin yerine getirilmesi konusunda eğitime indirgenemez. sınav kağıdı. Bu tür “koçluk” düşünmeyi geliştirmez veya anlayışı derinleştirmez. Ancak bu arada, sınav görevi, cevabın anlamını bozmadan başka ifadelere izin verildiğini belirtiyor. Bu, elinizdeki göreve yaratıcı ve anlayışlı bir şekilde çözüme yaklaşarak, cevap farklı şekilde formüle edilmiş olsa bile tamamlama için en yüksek puanı alabileceğiniz anlamına gelir.

Sınava hazırlanmanın asıl görevi, kimya dersinin temel kavramlarını bilgi sistemine getirmek için çalışılan materyalin tekrarlanması, sistemleştirilmesi ve genelleştirilmesine yönelik hedefli çalışmalardır. Elbette gerçek bir kimyasal deney yapma deneyimi gereklidir.

2. Okul çocuklarının hiç unutmaması gereken konu ve kavramların bir listesi var. Aralarında:

• atomların oksidasyon durumlarını belirleme kuralları (basit maddelerde, elementlerin oksidasyon durumu sıfırdır, II-VII gruplarının elemanlarının en yüksek (maksimum) oksidasyon durumu, kural olarak, içinde bulunduğu grubun sayısına eşittir) elementin periyodik tabloda bulunması, metallerin en düşük (minimum) oksidasyon durumunun sıfıra eşit olması vb.);
• en önemli oksitleyici ve indirgeyici maddeler ve ayrıca oksidasyon işlemine her zaman bir indirgeme işleminin eşlik ettiği gerçeği;
• redoks ikiliği;
• ORR türleri (moleküller arası, molekül içi, orantısızlık reaksiyonları, orantısızlık reaksiyonları (kendi kendine oksidasyon-kendini indirgeme)).

Tabloda redoks reaksiyonlarının türleri ve reaksiyonların seyrini etkileyen faktörler (fotoğraf sayfaları) listelenmektedir. Örnekler ayrıntılı olarak analiz edilmiştir ve ayrıca Birleşik Devlet Sınavı formatında “OVR” konulu görevler bulunmaktadır.

Örneğin:

“Elektron dengesi yöntemini kullanarak kimyasal reaksiyon için bir denklem oluşturun:

N 2 O + KMnO 4 + … = NO 2 + … + K 2 SO 4 + H 2 O

Oksitleyici maddeyi ve indirgeyici maddeyi belirtin."

Ancak problem çözme pratiği için çeşitli örnekler verilmektedir. Örneğin, “Kimya” ders kitabında. İleri düzey. Derece 11. Testler" aşağıdaki gibidir:

“Redoks süreçleri teorisine dayanarak, olmayan şemaları belirtin olası reaksiyonlar.

S02 + H2S → S + H2O

S + H 2 SO 4 → SO 2 + H 2 O

S + H 2 SO 4 → H 2 S + H 2 Ö

K 2 SO 3 + K 2 Cr 2 Ö 7 + H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + K 2 CrO 4 + H 2 O

KMnO4 + HCl → Cl2 + MnCl2 + KCl + H20

ben 2 + SO 2 + H 2 O → HIO 3 + H 2 SO 4

Cevabınızı gerekçelendirin. Olası süreçlerin diyagramlarını reaksiyon denklemlerine dönüştürün. Oksitleyici maddeyi ve indirgeyici maddeyi belirtin"

"Karbon atomlarının oksidasyon durumlarındaki değişiklik şemasına göre reaksiyon denklemlerini oluşturun: C 0 → C – 4 → C –4 → C +4 → C +2 → C –2.”

“Verilen maddeler: karbon, nitrojen oksit (IV), kükürt oksit (IV), potasyum hidroksitin sulu bir çözeltisi. Reaktan çiftlerini tekrarlamadan, bu maddeler arasındaki dört olası reaksiyon için denklemler yazın.

Bütün bunlar redoks reaksiyonları konusunu mümkün olduğunca tam olarak incelemenize ve çeşitli sorunlara çözümler bulmanıza olanak tanır.

Kimyada Birleşik Devlet Sınavına girecek herkesin mutlaka karşılaşacağı C1 (No. 30) problem tipinin çözümünü tartışmaya devam ediyoruz. Makalenin ilk bölümünde problem 30'u çözmek için genel algoritmayı özetledik, ikinci bölümde oldukça karmaşık birkaç örneği analiz ettik.

Üçüncü bölüme tipik oksitleyici ve indirgeyici ajanlar ve bunların çeşitli ortamlardaki dönüşümleri tartışılarak başlıyoruz.

Beşinci adım: 30 numaralı görevde meydana gelebilecek tipik OVR'leri tartışıyoruz

Oksidasyon durumu kavramıyla ilgili birkaç noktayı hatırlatmak istiyorum. Sabit bir oksidasyon derecesinin yalnızca nispeten az sayıda elementin (flor, oksijen, alkalin ve alkali toprak metalleri vb.) Çoğu element farklı oksidasyon durumları sergileyebilir. Örneğin, klor için -1'den +7'ye kadar tüm durumlar mümkündür, ancak tek değerler en kararlı olanlardır. Azot -3'ten +5'e kadar oksidasyon durumları sergiler.

Açıkça hatırlanması gereken iki önemli kural vardır.

1. Çoğu durumda metal olmayan bir elementin en yüksek oksidasyon durumu, elementin bulunduğu grubun numarasına ve en düşük oksidasyon durumu = grup numarası - 8'e denk gelir.

Örneğin klor grup VII'dedir, bu nedenle en yüksek oksidasyon durumu = +7 ve en düşük oksidasyon durumu - 7 - 8 = -1. Selenyum VI. grupta yer alır. En yüksek oksidasyon durumu = +6, en düşük - (-2). Silikon IV. grupta yer alır; karşılık gelen değerler +4 ve -4'tür.

Bu kuralın istisnaları olduğunu unutmayın: oksijenin en yüksek oksidasyon durumu = +2 (ve bu bile yalnızca oksijen florürde görülür) ve florinin en yüksek oksidasyon durumu = 0 (basit bir maddede)!

2. Metaller negatif oksidasyon durumları gösterme yeteneğine sahip değildir. Kimyasal elementlerin %70'inden fazlasının metal olduğu göz önüne alındığında bu oldukça önemlidir.

Şimdi şu soru ortaya çıkıyor: “Mn(+7) kimyasal reaksiyonlarda indirgeyici ajan olarak görev yapabilir mi?” Acele etmeyin, kendinize cevap vermeye çalışın.

Doğru cevap: "Hayır, olamaz!" Açıklaması çok kolaydır. Bu elementin periyodik tablodaki konumuna bir göz atın. Mn grup VII'dedir, dolayısıyla YÜKSEK oksidasyon durumu +7'dir. Eğer Mn(+7) bir indirgeyici ajan olarak görev yapsaydı, oksidasyon durumu artardı (indirgeyici ajanın tanımını hatırlayın!), ancak bu imkansızdır çünkü zaten maksimum bir değere sahiptir. Sonuç: Mn(+7) yalnızca oksitleyici bir ajan olabilir.

Aynı nedenle S(+6), N(+5), Cr(+6), V(+5), Pb(+4), vb. tarafından YALNIZCA OKSİDASYON özelliği sergilenebilir. Konuma bir göz atın bu unsurların içinde periyodik tablo ve kendiniz görün.

Ve bir soru daha: “Se(-2) kimyasal reaksiyonlarda oksitleyici ajan olarak görev yapabilir mi?”

Ve yine cevap olumsuz. Muhtemelen burada neler olduğunu zaten tahmin etmişsinizdir. Selenyum grup VI'dadır, EN DÜŞÜK oksidasyon durumu -2'dir. Se(-2) elektron alamaz, yani oksitleyici bir madde olamaz. Se(-2) ORR'ye katılıyorsa, o zaman yalnızca REDÜKTÖR rolündedir.

Benzer bir nedenden ötürü, YALNIZCA İNDİRGEÇ AJAN N(-3), P(-3), S(-2), Te(-2), I(-1), Br(-1), vb. olabilir.

Nihai sonuç: En düşük oksidasyon durumundaki bir element, ORR'de yalnızca indirgeyici bir madde olarak hareket edebilir ve en yüksek oksidasyon durumuna sahip bir element, yalnızca bir oksitleyici madde olarak işlev görebilir.

"Ya elementin bir ara oksidasyon durumu varsa?" - sen sor. O zaman hem oksidasyonu hem de indirgenmesi mümkündür. Örneğin kükürt, oksijenle reaksiyona girerek oksitlenir ve sodyumla reaksiyona girerek indirgenir.

En yüksek oksidasyon durumundaki her elementin belirgin bir oksitleyici madde ve en düşük durumda güçlü bir indirgeyici madde olacağını varsaymak muhtemelen mantıklı olacaktır. Çoğu durumda bu doğrudur. Örneğin tüm Mn(+7), Cr(+6), N(+5) bileşikleri güçlü oksitleyici maddeler olarak sınıflandırılabilir. Ancak örneğin P(+5) ve C(+4)'ün yeniden sağlanması zorlukla mümkündür. Ve Ca(+2) veya Na(+1)'i oksitleyici bir madde olarak davranmaya zorlamak neredeyse imkansızdır, ancak resmi olarak +2 ve +1 de aynı anlama gelir. daha yüksek dereceler oksidasyon.

Aksine, birçok klor bileşiği (+1) güçlü oksitleyici maddelerdir, ancak bu durumda +1 oksidasyon durumu en yüksek seviyeden uzaktır.

F(-1) ve Cl(-1) kötü indirgeyici ajanlardır, analogları ise (Br(-1) ve I(-1)) iyidir. En düşük oksidasyon durumundaki (-2) oksijen pratikte hiçbir indirgeyici özellik göstermez ve Te(-2) güçlü bir indirgeyici maddedir.

Her şeyin istediğimiz kadar açık olmadığını görüyoruz. Bazı durumlarda oksitlenme ve indirgeme yeteneği kolayca tahmin edilebilir, diğer durumlarda ise X maddesinin örneğin iyi bir oksitleyici madde olduğunu hatırlamanız yeterlidir.

Görünüşe göre nihayet tipik oksitleyici ve indirgeyici ajanların listesine ulaştık. Sizden sadece bu formülleri "ezberlemenizi" değil (gerçi bu güzel olurdu!), aynı zamanda şu veya bu maddenin neden ilgili listede yer aldığını da açıklayabilmenizi istiyorum.

Tipik oksitleyici maddeler

1. Basit maddeler - metal olmayanlar: F 2, O 2, O 3, Cl 2, Br 2.
2. Konsantre sülfürik asit (H2SO4), herhangi bir konsantrasyonda nitrik asit (HNO3), hipokloröz asit (HClO), perklorik asit (HClO4).
3. Potasyum permanganat ve potasyum manganat (KMnO4 ve K2MnO4), kromatlar ve dikromatlar (K2CrO4 ve K2Cr207), bizmutatlar (örn. NaBiO3).
4. Krom (VI), bizmut (V), kurşun (IV), manganez (IV) oksitleri.
5. Hipokloritler (NaClO), kloratlar (NaClO3) ve perkloratlar (NaClO4); nitratlar (KNO 3).
6. Peroksitler, süperoksitler, ozonitler, organik peroksitler, peroksoasitler, -O-O- grubunu içeren diğer tüm maddeler (örneğin, hidrojen peroksit - H202, sodyum peroksit - Na202, potasyum süperoksit - KO2).
7. Gerilim serisinin sağ tarafında bulunan metal iyonları: Au 3+, Ag +.

Tipik indirgeyici ajanlar

1. Basit maddeler - metaller: alkali ve alkali toprak, Mg, Al, Zn, Sn.
2. Basit maddeler - metal olmayanlar: H 2, C.
3. Metal hidritler: LiH, CaH2, lityum alüminyum hidrit (LiAlH4), sodyum borohidrit (NaBH4).
4. Bazı metal olmayanların hidritleri: HI, HBr, H 2 S, H 2 Se, H 2 Te, PH 3, silanlar ve boranlar.
5. İyodürler, bromürler, sülfitler, selenitler, fosfitler, nitrürler, karbürler, nitritler, hipofosfitler, sülfitler.
6. Karbon monoksit (CO).

Birkaç noktayı vurgulamak isterim:

1. Kendime tüm oksitleyici ve indirgeyici maddeleri listeleme hedefi koymadım. Bu imkansızdır ve gerekli de değildir.
2. Aynı madde bir işlemde oksitleyici madde olarak, diğerinde ise oksitleyici madde olarak işlev görebilir.
3. C1 sınavı probleminde bu maddelerden biriyle mutlaka karşılaşacağınızı kimse garanti edemez ancak bunun olasılığı çok yüksektir.
4. Önemli olan formülleri mekanik olarak ezberlemek değil, ANLAMAKTIR. Kendinizi test etmeye çalışın: iki listedeki maddeleri birbirine karıştırarak yazın ve ardından bunları bağımsız olarak tipik oksitleyici ve indirgeyici maddelere ayırmaya çalışın. Bu makalenin başında tartıştığımız hususları kullanın.

Ve şimdi küçük bir tane Ölçek. Size birkaç tamamlanmamış denklem sunacağım ve siz de oksitleyici maddeyi ve indirgeyici maddeyi bulmaya çalışacaksınız. Denklemlerin sağ taraflarını toplamaya henüz gerek yok.

Örnek 12. ORR'deki oksitleyici maddeyi ve indirgeyici maddeyi belirleyin:

HNO3 + Zn = ...

CrO3 + C3H6 + H2S04 = ...

Na2S03 + Na2Cr207 + H2S04 = ...

O3 + Fe(OH)2 + H20 = ...

CaH2 + F2 = ...

KMnO4 + KNO2 + KOH = ...

H 2 O 2 + K 2 S + KOH = ...

Bu görevi zorlanmadan tamamladığınızı düşünüyorum. Sorun yaşıyorsanız bu makalenin başını tekrar okuyun ve tipik oksitleyici maddeler listesi üzerinde çalışın.

Sabırsız okuyucu "Bunların hepsi harika!" diye haykıracaktır. "Peki eksik denklemlerle ilgili vaat edilen C1 problemleri nerede? Evet, örnek 12'de oksitleyici maddeyi ve oksitleyici maddeyi belirlemeyi başardık, ancak asıl mesele bu değil. Önemli olan reaksiyon denklemini TAMAMLAYABİLMEKTİR ve oksitleyici ajanların bir listesi bu konuda bize yardımcı olabilir mi?"

Evet, farklı koşullar altında tipik oksitleyici maddelere NE OLDUĞUNU anlarsanız olabilir. Şimdi yapacağımız şey tam olarak bu.

Altıncı adım: Bazı oksitleyici maddelerin farklı ortamlardaki dönüşümleri. Permanganatların, kromatların, nitrik ve sülfürik asitlerin "kaderi"

Bu nedenle, yalnızca tipik oksitleyici maddeleri tanıyabilmemiz değil, aynı zamanda bu maddelerin redoks reaksiyonu sırasında neye dönüştüğünü de anlamamız gerekir. Açıkçası, bu anlayış olmadan problem 30'u doğru bir şekilde çözemeyeceğiz. Etkileşimin ürünlerinin TEK BİR ŞEKİLDE gösterilemeyeceği gerçeği nedeniyle durum daha da karmaşık hale geliyor. "İndirgenme sürecinde potasyum permanganat neye dönüşecek?" diye sormanın bir anlamı yok. Her şey birçok nedene bağlıdır. KMnO 4 durumunda asıl olan ortamın asitliğidir (pH). Prensip olarak geri kazanım ürünlerinin niteliği aşağıdakilere bağlı olabilir:

1. Proses sırasında kullanılan indirgeyici madde,
2. ortamın asitliği,
3. reaksiyon katılımcılarının konsantrasyonları,
4. proses sıcaklığı.

Şimdi konsantrasyonun ve sıcaklığın etkisi hakkında konuşmayacağız (her ne kadar meraklı genç kimyagerler, örneğin klor ve bromun, soğukta ve ısıtıldığında sulu bir alkali çözeltisi ile farklı şekilde etkileşime girdiğini hatırlasa da). Ortamın pH'ına ve indirgeyici maddenin gücüne odaklanalım.

Aşağıdaki bilgiler yalnızca hatırlanması gereken bilgilerdir. Sebepleri analiz etmeye gerek yok, sadece reaksiyon ürünlerini UNUTMAYIN. Sizi temin ederim ki, Birleşik Devlet Kimya Sınavında bu işinize yarayabilir.

Çeşitli ortamlarda potasyum permanganatın (KMnO 4) indirgenmesi ürünleri

Örnek 13. Redoks reaksiyonlarının denklemlerini tamamlayın:

KMnO 4 + H 2 SO 4 + K 2 SO 3 = ...
KMnO 4 + H 2 O + K 2 SO 3 = ...
KMnO 4 + KOH + K 2 SO 3 = ...

Çözüm. Tipik oksitleyici ve indirgeyici maddeler listesinin rehberliğinde, tüm bu reaksiyonlardaki oksitleyici maddenin potasyum permanganat, indirgeyici maddenin ise potasyum sülfit olduğu sonucuna varıyoruz.

H 2 SO 4 , H 2 O ve KOH çözeltinin doğasını belirler. İlk durumda reaksiyon asidik bir ortamda, ikincisinde nötr bir ortamda, üçüncüsünde ise alkali bir ortamda meydana gelir.

Sonuç: İlk durumda permanganat, Mn(II) tuzuna, ikincisinde manganez dioksite, üçüncüsünde ise potasyum manganata indirgenecektir. Reaksiyon denklemlerini ekleyelim:

KMnO 4 + H 2 SO 4 + K 2 SO 3 = MnSO 4 + ...
KMnO 4 + H 2 O + K 2 SO 3 = MnO 2 + ...
KMnO 4 + KOH + K 2 SO 3 = K 2 MnO 4 + ...

Potasyum sülfit neye dönüşecek? Doğal olarak sülfata. K 2 SO 3 bileşimindeki K'nın daha fazla oksitlenecek hiçbir yeri olmadığı açıktır, oksijenin oksidasyonu son derece düşüktür (prensipte mümkün olmasına rağmen), ancak S(+4) kolayca S(+6)'ya dönüşür ). Oksidasyon ürünü K 2 SO 4'tür, bu formülü denklemlere ekleyebilirsiniz:

KMnO 4 + H 2 SO 4 + K 2 SO 3 = MnSO 4 + K 2 SO 4 + ...
KMnO 4 + H 2 O + K 2 SO 3 = MnO 2 + K 2 SO 4 + ...
KMnO 4 + KOH + K 2 SO 3 = K 2 MnO 4 + K 2 SO 4 + ...

Denklemlerimiz neredeyse hazır. Geriye kalan tek şey, OVR'ye doğrudan dahil olmayan maddeleri eklemek ve katsayıları ayarlamaktır. Bu arada ikinci noktadan başlarsanız işiniz daha da kolay olabilir. Örneğin son reaksiyon için elektronik bir denge oluşturalım

KMnO 4 ve K 2 MnO 4 formüllerinin önüne 2 katsayısını koyuyoruz; Sülfit ve potasyum sülfat formüllerinden önce katsayıyı kastediyoruz. 1:

2KMnO 4 + KOH + K 2 SO 3 = 2K 2 MnO 4 + K 2 SO 4 + ...

Sağda 6, solda ise şu ana kadar sadece 5 potasyum atomu görüyoruz. Durumu düzeltmemiz gerekiyor; 2 katsayısını KOH formülünün önüne koyun:

2KMnO 4 + 2KOH + K 2 SO 3 = 2K 2 MnO 4 + K 2 SO 4 + ...

Son dokunuş: sol tarafta hidrojen atomlarını görüyoruz, sağ tarafta ise hiç yok. Açıkçası, acilen +1 oksidasyon durumunda hidrojen içeren bir madde bulmamız gerekiyor. Hadi biraz su alalım!

2KMnO 4 + 2KOH + K 2 SO 3 = 2K 2 MnO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O

Denklemi tekrar kontrol edelim. Evet, her şey harika!

Dikkatli genç kimyager, "İlginç bir film!" diye not edecektir. "Son aşamada neden su eklediniz? Peki ya hidrojen peroksit veya sadece H2 veya potasyum hidrit veya H2S eklemek istersem, bunu yapmak zorunda mıydınız? ekle yoksa canın mı çekti?”

Peki, hadi çözelim. Öncelikle reaksiyon denklemine istediğimiz gibi madde ekleme hakkımız doğal olarak yok. Tepki tam olarak böyle gidiyor; doğanın emrettiği gibi. Beğendiklerimiz ve beğenmediklerimiz sürecin gidişatını etkileyemez. Reaksiyon koşullarını değiştirmeyi deneyebiliriz (sıcaklığı artırın, katalizör ekleyin, basıncı değiştirin), ancak reaksiyon koşulları ayarlanırsa sonucu artık bizim irademize bağlı olamaz. Dolayısıyla son reaksiyonun denkleminde suyun formülü benim arzum değil, bir gerçektir.

İkinci olarak saydığınız maddelerin su yerine mevcut olduğu durumlarda reaksiyonu eşitlemeye çalışabilirsiniz. Sizi temin ederim: hiçbir durumda bunu yapamayacaksınız.

Üçüncüsü, H 2 O 2, H 2, KH veya H 2 S seçenekleri bu durumda bir nedenden dolayı kesinlikle kabul edilemez. Örneğin, ilk durumda oksijenin oksidasyon durumu değişir, ikinci ve üçüncüde hidrojenin oksidasyon durumu değişir ve oksidasyon durumunun yalnızca Mn ve S için değişeceği konusunda anlaştık. Dördüncü durumda, kükürt genellikle bir oksitleyici madde görevi gördü. ve S'nin indirgeyici ajan olduğu konusunda anlaştık. Ek olarak, potasyum hidrürün sulu bir ortamda "hayatta kalması" pek olası değildir (ve size hatırlatmama izin verin, reaksiyon sulu bir çözeltide gerçekleşir) ve H2S (bu madde oluşmuş olsa bile) kaçınılmaz olarak bir KOH ile çözüm. Gördüğünüz gibi kimya bilgisi bu maddeleri reddetmemize olanak sağlıyor.

"Ama neden su?" - sen sor.

Evet, çünkü örneğin bu süreçte (diğer birçok işlemde olduğu gibi) su bir çözücü görevi görüyor. Çünkü örneğin 4 yıllık kimya çalışmanızda yazdığınız tüm reaksiyonları analiz ederseniz denklemlerin neredeyse yarısında H 2 O'nun yer aldığını göreceksiniz. Su genellikle kimyada oldukça “popüler” bir bileşiktir.

Lütfen, 30. problemde her seferinde "bir yere hidrojen göndermeniz" veya "bir yerden oksijen almanız" gerektiğini, su almanız gerektiğini söylemediğimi anlayın. Ancak bu muhtemelen düşünülmesi gereken ilk madde olacaktır.

Asidik ve nötr ortamlardaki reaksiyon denklemleri için de benzer mantık kullanılır. İlk durumda, su formülünü sağ tarafa, ikincisinde ise potasyum hidroksit eklemeniz gerekir:

KMnO 4 + H 2 SO 4 + K 2 SO 3 = MnSO 4 + K 2 SO 4 + H 2 O,
KMnO 4 + H 2 O + K 2 SO 3 = MnO 2 + K 2 SO 4 + KOH.

Katsayıların düzenlenmesi deneyimli genç kimyacılar için en ufak bir zorluğa neden olmamalıdır. Son cevap:

2KMnO4 + 3H2S04 + 5K2S03 = 2MnS04 + 6K2S04 + 3H2O,
2KMnO4 + H20 + 3K2S03 = 2MnO2 + 3K2S04 + 2KOH.

Bir sonraki bölümde kromat ve dikromatların indirgenme ürünlerinden, nitrik ve sülfürik asitlerden bahsedeceğiz.

Kimyada Birleşik Devlet Sınavında C1 (36) problemleri nasıl çözülür? Bölüm I

Kimyada Birleşik Devlet Sınavının 36 Nolu Problemi “Yükseltgenme-indirgeme reaksiyonları” konusuna ayrılmıştır. Daha önce bu tür bir görev Birleşik Devlet Sınavı seçeneği C1 numarası altında.

C1 görevinin anlamı: reaksiyon denklemindeki katsayıları elektronik denge yöntemini kullanarak düzenlemek gerekir. Genellikle problem ifadesinde denklemin yalnızca sol tarafı verilir; öğrencinin sağ tarafı bağımsız olarak tamamlaması gerekir.

Sorunun tam çözümü 3 puan değerindedir. Bir puan oksitleyici madde ve indirgeyici maddenin belirlenmesi için verilir, bir diğeri doğrudan elektronik dengenin kurulması için verilir, sonuncusu ise reaksiyon denklemindeki katsayıların doğru düzenlenmesi için verilir.

Bana göre bu süreçte en zor olan şey ilk adımdır. Herkes bir reaksiyonun sonucunu doğru bir şekilde tahmin edemez. Etkileşim ürünleri doğru belirtilirse sonraki tüm aşamalar teknoloji meselesidir.

İlk adım: oksidasyon durumlarını hatırlayın

Konsept ile başlamalıyız element oksidasyon durumu. Bu terime henüz aşina değilseniz kimya referans kitabınızdaki Oksidasyon Durumu bölümüne bakın. İnorganik bileşiklerdeki ve hatta en basit organik maddelerdeki tüm elementlerin oksidasyon durumlarını güvenle belirlemeyi öğrenmelisiniz. Bu konuyu %100 anlamadan ilerlemek anlamsızdır.

İkinci adım: oksitleyici maddeler ve indirgeyici maddeler. Redoks reaksiyonları

Sana her şeyin olduğunu hatırlatmak istiyorum kimyasal reaksiyonlar doğada iki türe ayrılabilir: redoks ve oksidasyon durumları değişmeden meydana gelen.

Redoks reaksiyonu sırasında (bu, redoks reaksiyonları için bundan sonra kullanacağımız kısaltmadır), bazı elementler oksidasyon durumlarını değiştirir.

örnek 1. Sülfürün flor ile reaksiyonunu düşünün:

S + 3F 2 = SF 6.

Tüm elementlerin oksidasyon durumlarını kendiniz düzenleyin. Sülfürün oksidasyon durumunun arttığını (0'dan +6'ya) ve florun oksidasyon durumunun azaldığını (0'dan -1'e) görüyoruz. Sonuç: S bir indirgeyici maddedir, F2 bir oksitleyici maddedir. İşlem sırasında kükürt oksitlenir ve flor indirgenir.

Örnek 2. Manganez (IV) oksidin hidroklorik asit ile reaksiyonunu tartışalım:

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H20.

Reaksiyon sırasında manganezin oksidasyon durumu azalır (+4'ten +2'ye) ve klorun oksidasyon durumu artar (-1'den 0'a). Sonuç: manganez (MnO2 bileşiminde) bir oksitleyici maddedir, klor (HCl bileşiminde bir indirgeyici maddedir). Klor oksitlenir, manganez azalır.

Son örnekte tüm klor atomlarının oksidasyon durumunu değiştirmediğini lütfen unutmayın. Bu, sonuçlarımızı hiçbir şekilde etkilemedi.

Örnek 3. Amonyum dikromatın termal ayrışması:

(NH4)2Cr207 = Cr203 + N2 + 4H20.

Hem oksitleyici maddenin hem de indirgeyici maddenin bir "molekülün" parçası olduğunu görüyoruz: krom oksidasyon durumunu +6'dan +3'e (yani oksitleyici bir maddedir) ve nitrojen - -3'ten 0'a değiştirir (dolayısıyla , nitrojen indirgeyici ajandır).

Örnek 4. Azot dioksitin sulu alkali çözeltisi ile etkileşimi:

2N02 + 2NaOH = NaN03 + NaN02 + H20.

Oksidasyon durumlarını ayarladıktan sonra (umarım bunu zorlanmadan yaparsınız!), garip bir tabloyla karşılaşırız: yalnızca bir elementin oksidasyon durumu değişir - nitrojen. Bazı N atomları oksidasyon durumunu artırır (+4'ten +5'e), bazıları ise azaltır (+4'ten +3'e). Aslında bunda tuhaf bir şey yok! Bu süreçte N(+4) hem oksitleyici hem de indirgeyici bir maddedir.

Redoks reaksiyonlarının sınıflandırılmasından biraz bahsedelim. Size tüm OVR'lerin üç türe ayrıldığını hatırlatmama izin verin:

• 1) moleküller arası ORR'ler (oksitleyici madde ve indirgeyici madde, farklı moleküllerde bulunur);
• 2) molekül içi ORR'ler (oksitleyici madde ve indirgeyici madde tek moleküldedir);
• 3) orantısızlık reaksiyonları (bir oksitleyici madde ve bir indirgeyici madde, bir molekülün bileşiminde aynı başlangıç ​​oksidasyon durumuna sahip aynı elementin atomlarıdır).

Bu tanımlara dayanarak, örnek 1 ve 2'deki reaksiyonların moleküller arası ORR ile ilgili olduğunu, amonyum dikromatın ayrışmasının molekül içi ORR'ye bir örnek olduğunu ve NO2'nin alkali ile etkileşiminin bir örnek olduğunu kolayca anlayabileceğinizi düşünüyorum. orantısızlık reaksiyonu.

Üçüncü adım: Elektronik denge yönteminde uzmanlaşmaya başlıyoruz

Önceki materyale ne kadar hakim olduğunuzu kontrol etmek için size basit bir soru soracağım: “Yükseltgenmenin meydana geldiği ancak indirgenmenin olmadığı veya tam tersine oksidasyonun olduğu ancak indirgenmenin olmadığı bir reaksiyon örneği verebilir misiniz? ”

Doğru cevap: "Hayır, yapamazsınız!"

Aslında reaksiyon sırasında X elementinin oksidasyon durumunun artmasına izin verin. Bu şu anlama gelir: X elektronları bağışlar. Ama kime? Sonuçta elektronlar kolayca buharlaşamaz, iz bırakmadan kaybolamaz! Atomları bu elektronları kabul edecek başka bir Y elementi daha var. Elektronların negatif yükü vardır, bu nedenle Y'nin oksidasyon durumu azalacaktır.

Sonuç: Eğer bir indirgeyici madde X varsa, o zaman kesinlikle bir oksitleyici madde Y olacaktır! Üstelik bir elementin verdiği elektron sayısı, başka bir elementin kabul ettiği elektron sayısına tam olarak eşit olacaktır.

Bu gerçeğe dayanmaktadır elektronik denge yöntemi, C1 görevinde kullanıldı.

Örneklerle bu yönteme hakim olmaya başlayalım.

Örnek 4

C + HNO3 = CO2 + NO2 + H2O

elektronik denge yöntemi.

Çözüm. Oksidasyon durumlarını belirleyerek başlayalım (bunu kendiniz yapın!). İşlem sırasında iki elementin oksidasyon durumlarını değiştirdiğini görüyoruz: C (0'dan +4'e) ve N (+5'ten +4'e).

Karbonun indirgeyici bir madde (oksitlenmiş) ve nitrojenin (+5) (bileşimde) olduğu açıktır. Nitrik asit) oksitleyici bir maddedir (indirgenmiş). Bu arada, oksitleyici maddeyi ve bilgiyi doğru bir şekilde tanımladıysanız, N 36 sorunu için zaten 1 puan garantilisiniz!

Artık eğlence başlıyor. Hadi sözde yazalım Oksidasyon ve redüksiyonun yarı reaksiyonları:

Karbon atomu 4 elektron verir, nitrojen atomu ise 1 elektron alır. Verilen elektron sayısı alınan elektron sayısına eşit değildir. Bu kötü! Durumun düzeltilmesi gerekiyor.

İlk yarı reaksiyonu 1 ile, ikinci yarı reaksiyonu 4 ile "çarpalım".

Şimdi her şey yolunda: bir karbon atomu için (4 e verir) 4 nitrojen atomu vardır (her biri bir e alır). Verilen elektron sayısı alınan elektron sayısına eşittir!

Az önce yazdığımız şeyin adı aslında elektronik Denge. Bu bakiyeyi kimyadaki gerçek bir Birleşik Devlet Sınavında doğru yazarsanız, C1 problemi için 1 puan daha garanti edilir.

Son aşama: Elde edilen katsayıları reaksiyon denklemine aktarmaya devam ediyor. C ve CO2 formüllerinden önce hiçbir şeyi değiştirmiyoruz (çünkü denklemde 1 katsayısı yer almıyor), HNO3 ve NO2 formüllerinden önce dört koyuyoruz (sol ve sağ taraftaki nitrojen atomlarının sayısı nedeniyle) Denklemin 4'e eşit olması gerekir):

C + 4HNO3 = C02 + 4NO2 + H20.

Geriye son bir kontrol yapmak kalıyor: Sağda ve solda nitrojen atomu sayısının aynı olduğunu görüyoruz, aynı şey C atomları için de geçerli, ancak hidrojen ve oksijenle ilgili sorunlar hala mevcut. Ancak her şeyi düzeltmek kolaydır: H 2 O formülünün önüne 2 faktörünü koyarız ve son cevabı alırız:

C + 4HNO3 = C02 + 4NO2 + 2H20.

Bu kadar! Problem çözülür, katsayılar belirlenir ve doğru denklem için bir puan daha alırız. Sonuç: Mükemmel çözülmüş bir problem için 3 puan C 1. Bunun için tebrikler!

Örnek 5. Reaksiyon denklemindeki katsayıları düzenleyin

NaI + H2S04 = Na2S04 + H2S + I2 + H2O

elektronik denge yöntemi.

Çözüm. Tüm elementlerin oksidasyon durumlarını kendiniz düzenleyin. İşlem sırasında iki elementin oksidasyon durumlarını değiştirdiğini görüyoruz: S (+6'dan -2'ye) ve I (-1'den 0'a).

Kükürt (+6) (sülfürik asitte) bir oksitleyici maddedir ve NaI'deki iyot (-1) bir indirgeyici maddedir. Reaksiyon sırasında I(-1) oksitlenir, S(+6) indirgenir.

Yükseltgenme ve indirgenme yarı reaksiyonlarını yazıyoruz:

dikkat et önemli nokta: İyot molekülünde iki atom vardır. Molekülün "yarısı" reaksiyona katılamaz, bu nedenle karşılık gelen denklemde I değil, tam olarak I 2 yazıyoruz.

İlk yarı reaksiyonu 4, ikinci yarı reaksiyonu 1 ile çarpalım.

Denge kurulur; verilen her 8 elektrona karşılık 8 elektron alınır.

Katsayıları reaksiyon denklemine aktarıyoruz. I 2 formülünden önce 4 koyuyoruz, H 2 S formülünden önce 1 katsayısını kastediyoruz - bence bu açık.

NaI + H2S04 = Na2S04 + H2S + 4I2 + H20

Ancak başka sorular da ortaya çıkabilir. Öncelikle NaI formülünün önüne dört koymak yanlış olur. Aslında, oksidasyon yarı reaksiyonunun kendisinde, I sembolünün önünde 2 katsayısı bulunur. Sonuç olarak denklemin sol tarafına 4 değil 8 yazılmalıdır!

8NaI + H2S04 = Na2S04 + H2S + 4I2 + H20

İkincisi, böyle bir durumda mezunlar genellikle sülfürik asit formülünün önüne 1 faktörünü koyarlar. Şöyle mantık yürütüyorlar: "İndirgeme yarı reaksiyonunda 1 katsayısı bulundu, bu katsayı S'yi ifade ediyor, yani sülfürik asit formülünün önüne bir birim gelmesi gerekiyor."

Bu mantık yanlış! Tüm kükürt atomları oksidasyon durumlarını değiştirmedi; bazıları (Na2S04 bileşiminde) +6 oksidasyon durumunu korudu. Bu atomlar elektronik dengede dikkate alınmaz ve 1 katsayısının bunlarla hiçbir ilgisi yoktur.

Ancak tüm bunlar, kararı sonuçlandırmamıza engel olmayacak. Daha sonraki tartışmalarda artık elektronik teraziye değil, yalnızca elektronik teraziye güveneceğimizi anlamak önemlidir. sağduyu. Bu nedenle H 2 S, NaI ve I 2 katsayılarının “dondurulmuş” olduğunu ve değiştirilemeyeceğini hatırlatırım. Ama gerisi mümkün ve gerekli.

Denklemin sol tarafında 8 sodyum atomu (NaI'de) var, sağ tarafında ise şu ana kadar sadece 2 atom var. Sodyum sülfat formülünün önüne 4 faktörünü koyuyoruz:

8NaI + H2S04 = 4Na2S04 + H2S + 4I2 + H20.

Ancak şimdi S atomlarının sayısını eşitleyebilirsiniz. Sağda 5 tane var, bu nedenle sülfürik asit formülünün önüne 5 faktörünü koymanız gerekiyor:

8NaI + 5H2S04 = 4Na2S04 + H2S + 4I2 + H20.

Son sorun: hidrojen ve oksijen. Sanırım sağ taraftaki su formülünün önünde 4 katsayısının eksik olduğunu kendiniz tahmin ettiniz:

8NaI + 5H2S04 = 4Na2S04 + H2S + 4I2 + 4H20.

Her şeyi tekrar dikkatlice kontrol ediyoruz. Evet her şey doğru! Sorun çözüldü, hakkımız olan 3 puanı aldık.

Örnek 4 ve 5'te detaylı olarak tartıştık. C1 problemini çözmek için algoritma. Gerçek bir sınav problemine çözümünüz aşağıdaki noktaları içermelidir:

• 1) TÜM elementlerin oksidasyon durumları;
• 2) oksitleyici maddenin ve indirgeyici maddenin belirtilmesi;
• 3) elektronik denge şeması;
• 4) katsayılı son reaksiyon denklemi.

Algoritma hakkında birkaç yorum.

1. Denklemin sol ve sağ taraflarındaki tüm elementlerin oksidasyon durumları belirtilmelidir. Sadece oksitleyici madde ve indirgeyici madde değil, herkes!

2. Oksitleyici ajan ve indirgeyici ajan açık ve net bir şekilde belirtilmelidir: bileşimdeki X (+...) elementi... bir oksitleyici ajandır ve indirgenmiştir; bileşimdeki Y(...) elementi... indirgeyici bir maddedir ve oksitlenir. Sülfürik asit formülü altında küçük el yazısıyla yazılan "tamam" yazısını herkes deşifre edemeyecek, çünkü "sülfürik asidin bileşimindeki kükürt (+6) indirgenmiş bir oksitleyici maddedir."

Harflerden tasarruf etmeyin! Gazeteye ilan vermezsiniz: "Tüm olanaklara sahip ledli oda."

3. Elektronik denge şeması sadece bir şemadır: iki yarım reaksiyon ve bunlara karşılık gelen katsayılar.

4. Birleşik Devlet Sınavı denklemindeki katsayıları tam olarak nasıl yerleştirdiğinize dair hiç kimsenin ayrıntılı açıklamalara ihtiyacı yok. Yalnızca tüm sayıların doğru olması ve girişin okunaklı el yazısıyla yapılması yeterlidir. Kendinizi birkaç kez kontrol ettiğinizden emin olun!

Ve bir kez daha kimyada Birleşik Devlet Sınavında C1 görevinin değerlendirilmesine ilişkin:

• 1) oksitleyici maddenin (oksitleyici maddeler) ve indirgeyici maddenin (indirgeyici maddeler) belirlenmesi - 1 puan;
• 2) doğru katsayılara sahip elektronik denge şeması - 1 puan;
• 3) tüm katsayılarla temel reaksiyon denklemi - 1 puan.

Sonuç: 36 numaralı sorunun tam çözümü için 3 puan.

Elektronik denge yönteminin ardındaki fikrin ne olduğunu anladığınıza eminim. C1 örneğinin çözümünün nasıl oluşturulduğunu temel terimlerle anladık. Prensip olarak her şey o kadar da zor değil!

Ne yazık ki, kimyadaki gerçek bir Birleşik Devlet Sınavında aşağıdaki sorun ortaya çıkar: reaksiyon denkleminin kendisi tam olarak verilmemiştir. Yani denklemin sol tarafı var ama sağında ya hiçbir şey yok ya da bir maddenin formülü gösteriliyor. Bilginize dayanarak denklemi kendiniz tamamlamanız ve ancak bundan sonra katsayıları düzenlemeye başlamanız gerekecektir.

Bu oldukça zor olabilir. Denklem yazmak için evrensel tarifler yoktur. Bir sonraki bölümde bu konuyu daha detaylı tartışacağız ve daha karmaşık örneklere bakacağız.

Telif Hakkı Repetitor2000.ru, 2000-2015

Redoks reaksiyonları

Görevi doğru bir şekilde tamamladığınız için şunları alacaksınız: 2 puan. Yaklaşık olarak sürer 10-15 dakika.

Kimyadaki 30. görevi tamamlamak için şunları yapmalısınız:

• ne olduğunu biliyorum
• Redoks reaksiyonlarının denklemlerini yazabilme