Тақырып 3

Тотығу-тотықсыздану реакциялары. Электролиз

Спецификация бойынша не тексеріледі:

Тотығу дәрежесіТотықтырғыштар мен тотықсыздандырғыштарЭлектрондық баланс әдісіЕрітінділер мен балқымалар электролизіФарадей заңы

Бір минутта мәні

Тотығу-тотықсыздану реакцияларында тотығу дәрежелері өзгереді: тотықсыздандырғыш электрон беріп тотығады, тотықтырғыш электрон қабылдап тотықсызданады. Коэффициенттер электрондық баланс әдісімен қойылады. Электролиз — ток әсерінен жүретін ТТР: катодта тотықсыздану, анодта тотығу жүреді.

Қарапайым тілмен

ТТР — «электрон-допты беру». Кім береді — тотықсыздандырғыш (өзі тотығады), кім алады — тотықтырғыш (өзі тотықсызданады).

Жұбымен есте сақтаңыз

«Берді — тотықты». Тотығу дәрежесі артады: Fe0 → Fe+2.

Электрондық баланс

Қанша электрон берілсе — сонша қабылданады. Ең кіші ортақ еселікті тауып, көбейткіштер қоямыз.

Электролиз

Ток ТТР-ды «мәжбүрлеп» жүргізеді: катодта (−) — тотықсыздану, анодта (+) — тотығу. Зат массасы зарядқа пропорционал (Фарадей заңы).

Басты формулалар

m=M⋅I⋅tz⋅Fm=\dfrac{M\cdot I\cdot t}{z\cdot F}
Фарадей заңы; F = 96 500 Кл/моль, z — электрондар саны
Тотықтырғыш + ē → тотықсызданады
Тотығу дәрежесі төмендейді
Тотықсыздандырғыш − ē → тотығады
Тотығу дәрежесі артады

Ұғымдар мен терминдер

Тотығу дәрежесі
Атомның шартты заряды; молекуладағы қосындысы нөлге тең
Катод (−)
Тотықсыздану жүретін электрод (катиондар ē қабылдайды)
Анод (+)
Тотығу жүретін электрод (аниондар ē береді)
Инертті анод
Графит немесе платина — өзі ерімейді

Тақырыпты талдау

Сулы ерітінділер электролизі: катод

Li-ден Al-ға дейінгі металдар: су тотықсызданады, H2 бөлінеді.

Mn-нан H-қа дейінгі металдар: металл да, сутек те бөлінеді.

H-тан кейінгі металдар (Cu, Ag, Au): тек металл бөлінеді.

Сулы ерітінділер электролизі: инертті анод

Оттексіз аниондар (Cl−, Br−, I−, S2−) тотығады: галоген немесе күкірт бөлінеді.

Оттекті аниондар (SO42−, NO3−) және F− тотықпайды, су тотығады: O2 бөлінеді.

Балқымалар: 2NaCl → 2Na + Cl2. Белсенді металдар мен алюминий осылай алынады.

Шешімі бар есеп мысалдары

Есеп 1Коэффициенттерді қойыңыз: Cu + HNO3(конц) → Cu(NO3)2 + NO2 + H2O. Коэффициенттер қосындысын табыңыз.
  1. Cu⁰ − 2ē → Cu⁺² (тотықсыздандырғыш), ×1.
  2. N⁺⁵ + 1ē → N⁺⁴ (тотықтырғыш), ×2.
  3. NO2 алдына 2 қоямыз; азот барлығы 2 + 2 = 4, сондықтан HNO3 алдына 4.
  4. Сутекті теңестіреміз: H2O алдына 2.
  5. Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O.
Жауабы Коэффициенттер қосындысы 1 + 4 + 1 + 2 + 2 = 10
Есеп 2CuSO4 ерітіндісін 5 А токпен 1930 с электролиздегенде катодта неше грамм мыс бөлінеді?
  1. Cu2+ + 2ē → Cu: z = 2, M = 64 г/моль.
  2. m=64⋅5⋅19302⋅96 500m=\dfrac{64\cdot5\cdot1930}{2\cdot96\,500}.
  3. m = 617 600 / 193 000 = 3,2 г.
Жауабы 3,2 г мыс

Күрделі есептер: қадам-қадаммен

Есеп 1Электрондық баланс әдісімен коэффициенттерді қойыңыз: KMnO4 + HCl → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O. 31,6 г KMnO4-тен қандай көлем хлор (қ. ж.) бөлінеді?

Идея: Тотығу дәрежесін өзгертетін элементтерді тауып, электрондарды теңестіріңіз, содан кейін — қалған атомдарды (алдымен K және Mn, сосын Cl, сосын H және O).

  1. 1-қадам. Тотығу дәрежелері
    Mn: +7 → +2 (электрон қабылдайды — тотықтырғыш).
    Cl: −1 → 0 (береді — тотықсыздандырғыш).
  2. 2-қадам. Электрондық баланс
    Mn+7 + 5e → Mn+2 | ×2
    2Cl− - 2e → Cl20 | ×5
    Барлығы 10 электрон: 2 Mn және 5 Cl2.
  3. 3-қадам. Коэффициенттер
    2 KMnO4 → 2 KCl + 2 MnCl2 + 5 Cl2.
    Оң жақтағы хлор: 2+4+10=162+4+10=16 → 16 HCl. Сутек: 16 H → 8 H2O. Оттек: 8 = 8 ✓.
  4. 4-қадам. Нәтиже
    2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H2O.
  5. 5-қадам. Хлорды есептеу
    n(KMnO4)=31,6/158=0,2n(\text{KMnO}_4)=31{,}6/158=0{,}2 моль; теңдеу бойынша n(Cl2)=0,2⋅5/2=0,5n(\text{Cl}_2)=0{,}2\cdot5/2=0{,}5 моль.
    V=0,5⋅22,4=11,2V=0{,}5\cdot22{,}4=11{,}2 л.
Жауабы 2, 16, 2, 2, 5, 8; 11,2 л Cl2
Есеп 2CuSO4 ерітіндісі инертті электродтармен 5 А токпен 32 мин 10 с бойы электролизденді. Катодта қандай масса мыс, анодта қандай көлем газ (қ. ж.) бөлінді?

Идея: Фарадей заңы: зарядты, содан кейін электрондардың мольін табыңыз; сульфат ерітіндісінде анодта су тотығады.

  1. 1-қадам. Уақыт және заряд
    t=32⋅60+10=1930t=32\cdot60+10=1930 с; q=It=5⋅1930=9650q=It=5\cdot1930=9650 Кл.
  2. 2-қадам. Электрондар мольі
    n(e)=9650/96 500=0,1n(e)=9650/96\,500=0{,}1 моль.
  3. 3-қадам. Катод
    Cu2+ + 2e → Cu: n(Cu)=0,05n(\text{Cu})=0{,}05 моль, m=0,05⋅64=3,2m=0{,}05\cdot64=3{,}2 г.
  4. 4-қадам. Анод
    2H2O - 4e → O2 + 4H+: n(O2)=0,1/4=0,025n(\text{O}_2)=0{,}1/4=0{,}025 моль, V=0,56V=0{,}56 л.
Жауабы 3,2 г Cu; 0,56 л O2

ҰБТ-дағы жиі қателіктер

  • Тотықтырғыш тотықсызданады, тотықсыздандырғыш тотығады. Атаулардың «керісінше» болуы — басты қателік.
  • NaCl ерітіндісін электролиздегенде катодта натрий емес, сутек бөлінеді.
  • Na2SO4 ерітіндісін электролиздегенде іс жүзінде су ыдырайды: катодта H2, анодта O2.

Есте сақта

«Катод — катиондар — тотықсыздану», «Анод — аниондар — тотығу».

Өзіңді тексер

1. NaCl ерітіндісін электролиздегенде анодта не бөлінеді?
  1. O2
  2. Cl2
  3. H2
  4. Na
Жауабын көрсету

Cl2 Хлорид-ион хлорға дейін тотығады.

2. KMnO4 құрамындағы марганецтің тотығу дәрежесі:
  1. +4
  2. +6
  3. +7
  4. +2
Жауабын көрсету

+7 +1 + x − 8 = 0, x = +7.

3. Na2SO4 ерітіндісін электролиздегенде катодта не бөлінеді?
  1. Na
  2. H2
  3. O2
  4. S
Жауабын көрсету

H2 Натрий алюминийден белсенді, су тотықсызданады.

Байланысты тақырыптар

1. Атом құрылысы және химиялық байланыс6. Металдар мен бейметалдар. Металдар өндірісі18. Есептер: шығым, олеум, қоспалар, пластинка, электролиз

Деңгейіңді біл: ҰБТ-ға тегін диагностика