DAMOO

Химия · ҰБТ 2026 · 02. Химиялық реакциялардың жүру заңдылықтары

Тотығу-тотықсыздану реакциялары. Электролиз

Тестті бастау

Тест тапсыру үшін жүйеге кіру немесе тіркелу керек.

Конспект

Оқулықтық тірек

Негізгі ұғымдар

  • Тотығу дәрежесі — қосылыс тек иондардан тұрады деп есептегендегі атомның шартты заряды; жай заттарда ол 0-ге тең.
  • Тотығу — электрон беру (тотығу дәрежесі артады); тотықсыздану — электрон қосып алу (тотығу дәрежесі кемиді). Екі процесс бір мезгілде жүреді.
  • Тотықтырғыш электрон қосып алады, тотықсыздандырғыш электрон береді. Берілген электрондар саны қабылданған электрондар санына тең.
  • ТТР — атомдардың тотығу дәрежелері өзгере жүретін реакциялар. Орынбасу реакциялары әрқашан ТТР, алмасу реакциялары ешқашан ТТР емес.
  • Электролиз — ток әсерінен жүретін ТТР: катодта тотықсыздану, анодта тотығу жүреді.

Теория

Тотығу дәрежесін табу ережелері

  1. Бейтарап молекуладағы атомдардың тотығу дәрежелерінің қосындысы 0-ге тең.
  2. Электртерістілігі жоғары элементтің тотығу дәрежесі теріс, төменінікі оң.
  3. Негізгі топша элементінің ең жоғары оң тотығу дәрежесі топ нөміріне тең; бейметалдың ең төменгісі $N-8$ (металдарда ең төменгісі 0).
  4. Фтор қосылыстарда әрқашан $-1$. Сутек әдетте $+1$, гидридтерде ($NaH$, $CaH_2$) $-1$. Оттек әдетте $-2$, асқын тотықтарда ($H_2O_2$, $Na_2O_2$, $BaO_2$) $-1$, $OF_2$-де $+2$.

Белгісіз дәрежені табу: белгілілерін атом санына көбейтіп, қосындыны нөлге теңестіреміз. $H_2SO_4$: $2(+1)+x+4(-2)=0$, $x=+6$. Жақша болса, жақша сыртындағы индекс бүкіл топқа көбейтіледі: $Mg(NO_3)_2$: $+2+2x+2\cdot 3\cdot(-2)=0$, $x=+5$. 2–3-период элементтері: $N$ $+5$ және $-3$, $S$ $+6$ және $-2$, $Cl$ $+7$ және $-1$.

Реакция ТТР ма? 1) барлық элементтің тотығу дәрежесін қою; 2) өзгергендерін табу; 3) өзгергені болса — ТТР. $MgO + CO_2 = MgCO_3$ — ТТР емес; $Zn + 2HCl = ZnCl_2 + H_2$ — ТТР ($Zn^0\to Zn^{+2}$, $H^{+1}\to H^0$). Қосылу мен айрылу реакциясы жай зат қатысқанда ғана ТТР болады ($BaO + SO_2 = BaSO_3$ — ТТР емес).

Электрондық баланс әдісі (берілген және қабылданған электрондар теңдігі)

  1. Барлық элементтердің тотығу дәрежесін жазу.
  2. Дәрежесі өзгерген элементтерді табу, екі жартылай теңдеу құру.
  3. Электрондар санының ең кіші ортақ еселігін тауып, көбейткіштерді анықтау.
  4. Коэффициенттерді қойып, қалған атомдарды теңестіру (металдар → бейметалдар → сутек → оттекпен тексеру).

Екі атомды жай заттарда ($H_2$, $O_2$, $N_2$, $Cl_2$) және $P_2O_5$ сияқты формулаларда электрон санын атом санына көбейту керек.

Электрондық-иондық әдіс (жартылай реакциялар әдісі) ерітінділерде қолданылады және ортаны ($H^+$, $OH^-$, $H_2O$) ескереді. Перманганат-ион:

  • қышқылдық орта: $MnO_4^- + 8H^+ + 5e^- \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$ (түссіз $Mn^{2+}$);
  • бейтарап орта: $MnO_4^- + 2H_2O + 3e^- \rightarrow MnO_2\downarrow + 4OH^-$ (қоңыр тұнба);
  • сілтілік орта: $MnO_4^- + e^- \rightarrow MnO_4^{2-}$.

Электролиз және электрметаллургия. Белсенді металдар (сілтілік, сілтілікжер металдар, алюминий) тек электролизбен алынады.

Жағдай Катодта Анодта Жалпы теңдеу
$KCl$ балқымасы $K$ $Cl_2$ $2KCl \rightarrow 2K + Cl_2\uparrow$
$NaCl$ балқымасы $Na$ $Cl_2$ $2NaCl \rightarrow 2Na + Cl_2\uparrow$
$Al_2O_3$ криолитте ($Na_3AlF_6$) $Al$ $O_2$ $2Al_2O_3 \rightarrow 4Al + 3O_2\uparrow$
$CuCl_2$ ерітіндісі $Cu$ $Cl_2$ $CuCl_2 \rightarrow Cu + Cl_2\uparrow$

Криолит балқу температурасын төмендетіп, энергия шығынын азайтады. Әдіс таза металл береді, бірақ көп электр энергиясын жұмсайды.

Гальванотехника — электролизге негізделген әдістер:

  • гальваностегия — металл бетіне басқа металдың жұқа қабатын жағу (хромдау, никельдеу, мырыштау, алтындау, күмістеу); мақсаты — коррозиядан қорғау немесе әсемдеу; бұйым — катод, жабатын металл — анод;
  • гальванопластика — электролиз арқылы заттың дәл көшірмесін алу (медаль, мүсін, мөр); қабат қалың, оны бөліп алады. Ғылыми негізін Б. С. Якоби жасаған.

Фарадей заңдары. Электродта бөлінген зат массасы заряд $Q = It$ шамасына (I заң) және эквивалентті массаға (II заң) пропорционал: $m = \dfrac{M I t}{n F}$, $n$ — бір бөлшекке келетін электрон саны, $F \approx 96\,485$ Кл/моль.

Сулы ерітіндіде иондардың бөлінуі (инертті анод). Катод: белсенді металдар (Li, K, Na, Ca, Mg, Al) тотықсызданбайды — су ыдырап, $H_2$ бөлінеді; орташа белсенді металдар (Mn, Zn, Fe, Ni, Sn, Pb) тотықсызданады, концентрация аз болса $H_2$-мен бірге; Cu, Ag, Hg, Au — тек металл. Анод: $I^-$, $Br^-$, $Cl^-$, $S^{2-}$, $OH^-$ оңай тотығады; оттекті аниондар ($SO_4^{2-}$, $NO_3^-$, $PO_4^{3-}$) мен $F^-$ болса, су тотығып, $O_2$ бөлінеді.

Гальваникалық элемент — өздігінен жүретін ТТР энергиясын электр энергиясына айналдыратын құрылғы. Анодта тотығу, катодта тотықсыздану жүреді; электрондар сыртқы сым арқылы анодтан катодқа ағады; тұзды көпір ерітінділердің электрлік бейтараптығын сақтайды.

Даниэль элементі: $Zn \,|\, ZnSO_4 \,||\, CuSO_4 \,|\, Cu$. Анод: $Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$; катод: $Cu^{2+} + 2e^- \rightarrow Cu$; жалпы: $Zn + Cu^{2+} = Zn^{2+} + Cu$.

Стандартты электродтық потенциал $E^0$ (25 °C, 1 моль/л, газдар үшін шамамен 1 атм) сутек электродына ($E^0 = 0$ В) салыстырып өлшенеді:

Жұп $Li^+/Li$ $Na^+/Na$ $Zn^{2+}/Zn$ $Fe^{2+}/Fe$ $2H^+/H_2$ $Cu^{2+}/Cu$
$E^0$, В $-3{,}04$ $-2{,}71$ $-0{,}76$ $-0{,}44$ $0$ $+0{,}34$

$E^0_{\text{элемент}} = E^0_{\text{катод}} - E^0_{\text{анод}}$. Даниэль элементі үшін: $0{,}34 - (-0{,}76) = 1{,}10$ В. $E^0_{\text{элемент}} > 0$ болса, реакция өздігінен жүреді.

Қорғасын аккумуляторы — қайта зарядталатын элемент: теріс электрод $Pb$, оң электрод $PbO_2$, электролит $H_2SO_4$ ерітіндісі. Разрядталғанда: $Pb + PbO_2 + 2H_2SO_4 = 2PbSO_4 + 2H_2O$; зарядталғанда реакция кері жүреді.

Формулалар / ережелер

  • $\sum (\text{тотығу дәрежесі}) = 0$ (молекула үшін).
  • Ең жоғары тотығу дәрежесі = топ нөмірі; ең төменгі (бейметалл) = $N-8$.
  • $e^-_{\text{берілген}} = e^-_{\text{қабылданған}}$.
  • Катод — тотықсыздану; анод — тотығу.

Мысалдар

  1. $Ca + P \rightarrow Ca_3P_2$ теңестіріңіз. $Ca^0 - 2e^- \rightarrow Ca^{+2}$ | 3; $P^0 + 3e^- \rightarrow P^{-3}$ | 2. Жауабы: $3Ca + 2P = Ca_3P_2$; кальций — тотықсыздандырғыш.
  2. $P + KClO_3 \rightarrow KCl + P_2O_5$. $P^0 - 5e^- \rightarrow P^{+5}$ | 6; $Cl^{+5} + 6e^- \rightarrow Cl^{-1}$ | 5 (ЕКОЕ = 30). Жауабы: $6P + 5KClO_3 = 3P_2O_5 + 5KCl$; оттек: $15 = 15$.
  3. $KMnO_4 + HCl \rightarrow KCl + MnCl_2 + Cl_2 + H_2O$. $Mn^{+7} + 5e^- \rightarrow Mn^{+2}$ | 2; $2Cl^- - 2e^- \rightarrow Cl_2^0$ | 5. Жауабы: $2KMnO_4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl_2 + 5Cl_2\uparrow + 8H_2O$.
  4. $4NH_3 + 5O_2 = 4NO + 6H_2O$ реакциясында азоттың тотығу дәрежесі қалай өзгереді? $N^{-3} \rightarrow N^{+2}$, азот — тотықсыздандырғыш.

ҰБТ-дағы жиі қателер

  • Тотықтырғыш электрон қабылдайды және өзі тотықсызданады — осыны керісінше шатастырады.
  • $H_2O_2$-де оттекке $-2$, $NaH$-та сутекке $+1$ қояды (дұрысы $-1$ және $-1$).
  • Тотығу дәрежесін индекске көбейтуді ұмытады: $P_2O_5$-те оттек $-10$ береді.
  • Газ немесе тұнба түзілсе, реакцияны ТТР деп ойлайды; анықтаушы белгі — тотығу дәрежесінің өзгеруі.
  • Натрий мен алюминийді тұз ерітіндісін электролиздеп алуға болады деп санайды; оларды балқыма электролизімен алады.
  • Гальваностегия (жұқа жабын) мен гальванопластиканы (қалың көшірме) шатастырады.

Өзіңді тексер

  1. $Mg(NO_3)_2$-дегі азоттың тотығу дәрежесі? — $+5$.
  2. Перманганат-ион қышқылдық ортада нешеге дейін тотықсызданады және неше электрон қабылдайды? — $Mn^{2+}$-ге дейін, 5 электрон.
  3. Қай реакция түрі әрқашан ТТР болады? — Орынбасу реакциясы.
  4. Электролизде катодта қандай процесс жүреді? — Тотықсыздану.
  5. Алюминийді алғанда криолит не үшін қосылады? — $Al_2O_3$-тің балқу температурасын төмендету үшін.

Осы бөлімнің басқа тақырыптары