สถานะออกซิเดชันของ HNO3 สารประกอบไนโตรเจน รูปแบบทั่วไปของปฏิกิริยารีดอกซ์
สารเคมีสามารถแบ่งออกได้เป็น ตัวออกซิไดเซอร์ทั่วไป, สารรีดิวซ์ทั่วไปและสารที่อาจแสดงออกมา ทั้งคุณสมบัติออกซิไดซ์และรีดิวซ์. สารบางชนิดแทบไม่แสดงฤทธิ์รีดอกซ์
ถึง ตัวออกซิไดเซอร์ทั่วไป รวม:
- สารธรรมดา - อโลหะ ด้วยคุณสมบัติออกซิไดซ์ที่แรงที่สุด (ฟลูออรีน F 2, ออกซิเจน O 2, คลอรีน Cl 2)
- ไอออนโลหะหรืออโลหะกับ สถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกสูง (โดยปกติจะสูงกว่า) : กรด (HN +5 O 3, HCl +7 O 4), เกลือ (KN +5 O 3, KMn +7 O 4), ออกไซด์ (S +6 O 3, Cr +6 O 3)
- สารประกอบที่มีส่วนประกอบอยู่บ้าง ไอออนบวกของโลหะมี สถานะออกซิเดชันสูง: Pb 4+ , Fe 3+ , Au 3+ ฯลฯ
สารรีดิวซ์ทั่วไป โดยปกติจะเป็น:
- สารง่าย ๆ - โลหะ(การลดความสามารถของโลหะจะพิจารณาจากกิจกรรมเคมีไฟฟ้าแบบต่างๆ)
- สารเชิงซ้อนที่ประกอบด้วย อะตอมหรือไอออนของอโลหะที่มีสถานะออกซิเดชันเป็นลบ (โดยปกติจะต่ำกว่า): สารประกอบไฮโดรเจนไบนารี (H 2 S, HBr), เกลือของกรดปราศจากออกซิเจน (K 2 S, NaI);
- สารประกอบบางชนิดที่ประกอบด้วย แคตไอออนที่มีสถานะออกซิเดชันเชิงบวกต่ำที่สุด(Sn 2+, Fe 2+, Cr 2+) ซึ่งให้อิเล็กตรอน สามารถเพิ่มสถานะออกซิเดชันได้;
- สารประกอบที่มีไอออนเชิงซ้อนประกอบด้วย อโลหะที่มีสถานะออกซิเดชันเชิงบวกระดับกลาง(S +4 O 3) 2–, (НР +3 O 3) 2– ซึ่งองค์ประกอบสามารถทำได้โดยการบริจาคอิเล็กตรอน เพิ่มสถานะออกซิเดชันเชิงบวก.
สารอื่นๆ ส่วนใหญ่สามารถแสดงได้ ทั้งคุณสมบัติออกซิไดซ์และรีดิวซ์.
สารออกซิไดซ์และรีดิวซ์ทั่วไปแสดงอยู่ในตาราง
ในการปฏิบัติงานในห้องปฏิบัติการ ที่ใช้กันมากที่สุดมีดังต่อไปนี้ ออกซิไดเซอร์ :
โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต (KMnO 4);
โพแทสเซียมไดโครเมต (K 2 Cr 2 O 7);
กรดไนตริก (HNO 3);
กรดซัลฟิวริกเข้มข้น (H 2 SO 4)
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ (H 2 O 2);
ออกไซด์ของแมงกานีส (IV) และตะกั่ว (IV) (MnO 2 , PbO 2);
โพแทสเซียมไนเตรตหลอมเหลว (KNO 3) และไนเตรตอื่น ๆ บางส่วนละลาย
ถึง ตัวลด ที่ใช้ วี การปฏิบัติในห้องปฏิบัติการ เกี่ยวข้อง:
- แมกนีเซียม (Mg) อลูมิเนียม (Al) สังกะสี (Zn) และโลหะออกฤทธิ์อื่น ๆ
- ไฮโดรเจน (H 2) และคาร์บอน (C);
- โพแทสเซียมไอโอไดด์ (KI);
- โซเดียมซัลไฟด์ (Na 2 S) และไฮโดรเจนซัลไฟด์ (H 2 S);
- โซเดียมซัลไฟต์ (นา 2 SO 3);
- ดีบุกคลอไรด์ (SnCl 2)
การจำแนกประเภทของปฏิกิริยารีดอกซ์
ปฏิกิริยารีดอกซ์มักจะแบ่งออกเป็นสี่ประเภท: ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล, ปฏิกิริยาภายในโมเลกุล, ปฏิกิริยาที่ไม่สมส่วน (ออกซิเดชันในตัวเอง-การลดตัวเอง) และปฏิกิริยาตอบโต้ความไม่สมส่วน
ปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล ดำเนินการเปลี่ยนแปลงระดับการเกิดออกซิเดชันต่อไป องค์ประกอบที่แตกต่างกันจาก รีเอเจนต์ที่แตกต่างกัน. ในขณะเดียวกันก็ก่อตัวขึ้น ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นและรีดิวซ์ต่างๆ .
2Al0 + เฟ +3 2 O 3 → อัล +3 2 O 3 + 2Fe 0,
C 0 + 4HN +5 O 3 (กระชับ) = C +4 O 2 + 4N +4 O 2 + 2H 2 O
ปฏิกิริยาภายในโมเลกุล เป็นปฏิกิริยาที่ องค์ประกอบที่แตกต่างกันจาก รีเอเจนต์หนึ่งตัวย้ายเข้าไป สินค้าหลากหลายเช่น:
(ยังไม่มีข้อความ -3 ชั่วโมง 4) 2 Cr+6 2 O 7 → N 2 0 + Cr +3 2 O 3 + 4 H 2 O,
2 น่าน +5 O -2 3 → 2 น่าน +3 O 2 + O 0 2 .
ปฏิกิริยาการไม่สมส่วน (ออกซิเดชันด้วยตนเอง-การกู้คืนตัวเอง) - สิ่งเหล่านี้คือปฏิกิริยาที่ตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ - องค์ประกอบเดียวกันของรีเอเจนต์เดียวกันซึ่งเข้าไป ผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกัน:
3Br 2 + 6 KOH → 5KBr + KBrO 3 + 3 H2 O,
การรายงานสัดส่วน (สัดส่วน การต่อต้านความไม่สมส่วน ) คือปฏิกิริยาที่มีตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์ องค์ประกอบเดียวกัน, อันไหนของ รีเอเจนต์ที่แตกต่างกันเข้าไป หนึ่ง ผลิตภัณฑ์. ปฏิกิริยาผกผันกับความไม่สมส่วน
2H 2 S -2 + S + 4 O 2 \u003d 3S + 2H 2 O
กฎพื้นฐานสำหรับการรวบรวมปฏิกิริยารีดอกซ์
ปฏิกิริยารีดอกซ์จะมาพร้อมกับกระบวนการออกซิเดชั่นและการรีดักชั่น:
ออกซิเดชันเป็นกระบวนการบริจาคอิเล็กตรอนโดยตัวรีดิวซ์
การกู้คืน เป็นกระบวนการเติมอิเล็กตรอนให้กับตัวออกซิไดซ์
ออกซิไดเซอร์ ฟื้นตัวและสารรีดิวซ์ ออกซิไดซ์ .
ในปฏิกิริยารีดอกซ์นั้น ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์: จำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวรีดิวซ์บริจาคเท่ากับจำนวนอิเล็กตรอนที่ตัวออกซิไดซ์ได้รับ หากวาดยอดคงเหลือไม่ถูกต้อง คุณจะไม่สามารถวาด OVR ที่ซับซ้อนได้
มีหลายวิธีในการรวบรวมปฏิกิริยารีดอกซ์ (ORR) ได้แก่ วิธีสมดุลอิเล็กตรอน วิธีสมดุลอิเล็กตรอน-ไอออน (วิธีครึ่งปฏิกิริยา) และอื่นๆ
พิจารณาอย่างละเอียด วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์ .
มันค่อนข้างง่ายที่จะ "จดจำ" OVR - ก็เพียงพอแล้วที่จะจัดเรียงสถานะออกซิเดชันในสารประกอบทั้งหมดและพิจารณาว่าอะตอมเปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน:
K + 2 ส -2 + 2K + Mn +7 O -2 4 = 2K + 2 Mn +6 O -2 4 + S 0
เราเขียนแยกอะตอมขององค์ประกอบที่เปลี่ยนสถานะออกซิเดชัน ในสถานะก่อนปฏิกิริยาและหลังปฏิกิริยา
สถานะออกซิเดชันเปลี่ยนแปลงโดยอะตอมของแมงกานีสและซัลเฟอร์:
ส -2 -2e = ส 0
Mn +7 + 1e = Mn +6
แมงกานีสดูดซับอิเล็กตรอน 1 ตัว ซัลเฟอร์บริจาคอิเล็กตรอน 2 ตัว ขณะเดียวกันก็ต้องปฏิบัติตามด้วย ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์. ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเพิ่มจำนวนอะตอมของแมงกานีสเป็นสองเท่า และปล่อยให้จำนวนอะตอมของกำมะถันไม่เปลี่ยนแปลง เราระบุค่าสัมประสิทธิ์ความสมดุลทั้งก่อนรีเอเจนต์และก่อนผลิตภัณฑ์!
โครงการรวบรวมสมการ OVR โดยใช้วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์:
ความสนใจ!อาจมีสารออกซิไดซ์หรือตัวรีดิวซ์ได้หลายชนิดในปฏิกิริยา ต้องวาดยอดคงเหลือเพื่อให้จำนวนอิเล็กตรอนที่ให้และรับทั้งหมดเท่ากัน
รูปแบบทั่วไปของปฏิกิริยารีดอกซ์
ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยารีดอกซ์มักขึ้นอยู่กับ เงื่อนไขกระบวนการ. พิจารณา ปัจจัยหลักที่ส่งผลต่อการเกิดปฏิกิริยารีดอกซ์.
ปัจจัยกำหนดที่ชัดเจนที่สุดคือ ตัวกลางของสารละลายปฏิกิริยา - . ตามกฎแล้ว (แต่ไม่จำเป็น) สารที่กำหนดตัวกลางจะแสดงอยู่ในรายการรีเอเจนต์ ตัวเลือกต่อไปนี้เป็นไปได้:
- กิจกรรมออกซิเดชั่น เข้มข้นขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดมากขึ้นและสารออกซิแดนท์จะลดลงอย่างล้ำลึกยิ่งขึ้น(ตัวอย่างเช่น โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต KMnO 4 โดยที่ Mn +7 ลดลงเหลือ Mn +2 ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด และเหลือ Mn +6 ในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง)
- กิจกรรมออกซิเดชั่น เข้มข้นขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่างมากขึ้นและตัวออกซิไดซ์จะลดลงลึกยิ่งขึ้น (ตัวอย่างเช่นโพแทสเซียมไนเตรต KNO 3 โดยที่ N +5 เมื่อทำปฏิกิริยากับตัวรีดิวซ์ในตัวกลางที่เป็นด่างจะลดลงเหลือ N -3)
- หรือตัวออกซิไดซ์นั้นไม่อยู่ภายใต้การเปลี่ยนแปลงของสภาพแวดล้อมในทางปฏิบัติ
ตัวกลางในการทำปฏิกิริยาทำให้สามารถระบุองค์ประกอบและรูปแบบการดำรงอยู่ของผลิตภัณฑ์ OVR ที่เหลืออยู่ได้ หลักการพื้นฐานคือผลิตภัณฑ์ถูกสร้างขึ้นโดยไม่ทำปฏิกิริยากับรีเอเจนต์!
บันทึก! อีหากตัวกลางของสารละลายมีสภาพเป็นกรด เบสและออกไซด์พื้นฐานจะไม่สามารถปรากฏอยู่ในผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยาได้ เนื่องจาก พวกมันทำปฏิกิริยากับกรด ในทางกลับกัน ในตัวกลางที่เป็นด่าง จะไม่รวมการก่อตัวของกรดและกรดออกไซด์ นี่เป็นหนึ่งในข้อผิดพลาดที่พบบ่อยที่สุดและร้ายแรงที่สุด
นอกจากนี้ทิศทางการไหลของ OVR ยังได้รับผลกระทบจาก ลักษณะของสารตั้งต้น ตัวอย่างเช่นในระหว่างปฏิกิริยาของกรดไนตริก HNO 3 กับสารรีดิวซ์จะสังเกตรูปแบบ - ยิ่งกิจกรรมของสารรีดิวซ์มากขึ้นเท่าใด ไนโตรเจน N + 5 ก็จะลดลงมากขึ้นเท่านั้น
ด้วยการเพิ่มขึ้น อุณหภูมิ OVR ส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะรุนแรงและลึกกว่า
ในปฏิกิริยาที่ต่างกัน องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์มักได้รับอิทธิพลจาก ความละเอียดของของแข็ง . ตัวอย่างเช่น สังกะสีแบบผงที่มีกรดไนตริกจะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์เดียว ในขณะที่สังกะสีแบบเม็ดจะทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่แตกต่างกันโดยสิ้นเชิง ยิ่งระดับการบดของรีเอเจนต์มากเท่าไรก็ยิ่งมีกิจกรรมมากขึ้นเท่านั้น โดยปกติ.
พิจารณาตัวออกซิไดเซอร์ในห้องปฏิบัติการทั่วไปที่สุด
รูปแบบพื้นฐานของปฏิกิริยารีดอกซ์
โครงการฟื้นฟูเปอร์แมงกาเนต
เปอร์แมงกาเนตมีสารออกซิไดซ์ที่ทรงพลัง - แมงกานีสในสถานะออกซิเดชัน +7 เกลือแมงกานีส +7 เติมสีให้กับสารละลาย สีม่วงสี.
เปอร์แมงกาเนตจะถูกรีดิวซ์ในรูปแบบต่างๆ ขึ้นอยู่กับตัวกลางของสารละลายของปฏิกิริยา
ใน สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด การฟื้นตัวนั้นลึกยิ่งขึ้น Mn2+. แมงกานีสออกไซด์ในสถานะออกซิเดชัน +2 จะแสดงคุณสมบัติพื้นฐาน ดังนั้นใน สภาพแวดล้อมที่เป็นกรด เกลือเกิดขึ้น เกลือแมงกานีส +2 ไม่มีสี. ใน สารละลายที่เป็นกลาง แมงกานีสกลับคืนมา ถึงระดับของการเกิดออกซิเดชัน +4 , มีการศึกษา แอมโฟเทอริกออกไซด์ MnO 2 — สีน้ำตาล ตะกอนที่ไม่ละลายในกรดและด่าง ใน อัลคาไลน์สภาพแวดล้อมแมงกานีสจะลดลงน้อยที่สุด-ให้ใกล้ที่สุด สถานะออกซิเดชัน +6 . สารประกอบแมงกานีส +6 มีคุณสมบัติเป็นกรดโดยในตัวกลางที่เป็นด่างจะเกิดเป็นเกลือ - แมงกาเนต. แมงกาเนตให้วิธีแก้ปัญหา สีเขียว .
พิจารณาปฏิกิริยาระหว่างโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต KMnO 4 กับโพแทสเซียมซัลไฟด์ในตัวกลางที่เป็นกรด เป็นกลาง และเป็นด่าง ในปฏิกิริยาเหล่านี้ ผลิตภัณฑ์ออกซิเดชันของไอออนซัลไฟด์คือ S 0 .
5 K 2 S + 2 KMnO 4 + 8 H 2 SO 4 \u003d 5 S + 2 MnSO 4 + 6 K 2 SO 4 + 8 H 2 O,
3 K 2 S + 2 KMnO 4 + 4 H 2 O = 2 MnO 2 ↓ + 3 S↓ + 8 KOH,
ข้อผิดพลาดทั่วไปในปฏิกิริยานี้คือข้อบ่งชี้ถึงปฏิกิริยาระหว่างซัลเฟอร์และด่างในผลิตภัณฑ์ที่ทำปฏิกิริยา อย่างไรก็ตาม ซัลเฟอร์ทำปฏิกิริยากับอัลคาไลภายใต้สภาวะที่ค่อนข้างรุนแรง (อุณหภูมิสูง) ซึ่งไม่สอดคล้องกับสภาวะของปฏิกิริยานี้ ภายใต้สภาวะปกติ การระบุโมเลกุลซัลเฟอร์และอัลคาไลแยกจากกันจะถูกต้อง ไม่ใช่ผลคูณของปฏิกิริยาระหว่างกัน
K 2 S + 2 KMnO 4 - (KOH) \u003d 2 K 2 MnO 4 + S ↓
ความยากลำบากเกิดขึ้นเมื่อรวบรวมปฏิกิริยานี้ ความจริงก็คือในกรณีนี้ การเขียนโมเลกุลของตัวกลาง (KOH หรืออัลคาไลอื่นๆ) ในรีเอเจนต์ไม่จำเป็นต้องทำให้ปฏิกิริยาเท่ากัน อัลคาไลมีส่วนร่วมในปฏิกิริยาและกำหนดผลิตภัณฑ์ของการลดลงของโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต แต่สารตั้งต้นและผลิตภัณฑ์จะถูกทำให้เท่ากันแม้ว่าจะไม่ได้มีส่วนร่วมก็ตาม ความขัดแย้งที่ดูเหมือนนี้สามารถแก้ไขได้อย่างง่ายดาย ถ้าเราจำไว้ว่าปฏิกิริยาเคมีเป็นเพียงสัญลักษณ์ตามเงื่อนไขที่ไม่ได้ระบุทุกกระบวนการที่กำลังดำเนินอยู่ แต่เป็นเพียงภาพสะท้อนของผลรวมของกระบวนการทั้งหมด จะตรวจสอบด้วยตัวเองได้อย่างไร? หากคุณปฏิบัติตามรูปแบบคลาสสิก - ค่าสัมประสิทธิ์ความสมดุล - การปรับสมดุลของโลหะ คุณจะเห็นว่าโลหะถูกทำให้เท่ากันด้วยค่าสัมประสิทธิ์ความสมดุลและการมีอยู่ของอัลคาไลทางด้านซ้ายของสมการปฏิกิริยาจะไม่จำเป็น
เปอร์แมงกาเนตออกซิไดซ์:
- อโลหะที่มีสถานะออกซิเดชันเชิงลบ ไปจนถึงสารธรรมดา (ด้วยสถานะออกซิเดชัน 0) ข้อยกเว้น — ฟอสฟอรัสสารหนู - สูงถึง +5 ;
- อโลหะโดยมีสถานะออกซิเดชันระดับกลาง ถึงระดับสูงสุดของการเกิดออกซิเดชัน
- โลหะที่ใช้งานอยู่ บวกที่มั่นคง ระดับของการเกิดออกซิเดชันของโลหะ
KMnO 4 + NeMe (d.d. ต่ำสุด) = NeMe 0 + สินค้าอื่นๆ
KMnO 4 + NeMe (s.o. ระดับกลาง) = NeMe (s.o. สูงกว่า) + ผลิตภัณฑ์อื่นๆ
KMnO 4 + Me 0 = Me (s.d. เสถียร) + ผลิตภัณฑ์อื่นๆ
KMnO 4 + P -3, As -3 = P +5, As +5 + ผลิตภัณฑ์อื่น ๆ
โครงการกู้คืนโครเมต/ไบโครเมต
คุณลักษณะของโครเมียมที่มีวาเลนซี VI คือก่อตัวเป็นเกลือ 2 ประเภทในสารละลายที่เป็นน้ำ: โครเมตและไบโครเมต ขึ้นอยู่กับตัวกลางของสารละลาย โครเมตโลหะที่ใช้งานอยู่ (เช่น K 2 CrO 4) คือเกลือที่มีความคงตัว อัลคาไลน์สิ่งแวดล้อม. ไดโครเมต (ไบโครเมต) ของโลหะที่ใช้งานอยู่ (เช่น K 2 Cr 2 O 7) - เกลือเสถียร ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด .
สารประกอบโครเมียม(VI) จะลดลงเหลือ สารประกอบโครเมียม(III) . สารประกอบโครเมียม Cr +3 นั้นเป็นแอมโฟเทอริกและขึ้นอยู่กับตัวกลางของสารละลาย พวกมันจะมีอยู่ในสารละลายในรูปแบบต่าง ๆ: ในตัวกลางที่เป็นกรดในรูปแบบต่างๆ เกลือ(สารประกอบแอมโฟเทอริกจะก่อตัวเป็นเกลือเมื่อทำปฏิกิริยากับกรด) ในตัวกลางที่เป็นกลาง - ไม่ละลายน้ำ แอมโฟเทอริกโครเมียม (III) ไฮดรอกไซด์ Cr(OH) 3 และในสภาพแวดล้อมที่เป็นด่าง สารประกอบโครเมียม (III) จะก่อตัวขึ้น เกลือที่ซับซ้อน ตัวอย่างเช่น, โพแทสเซียมเฮกซาไฮดรอกโซโครเมต (III) K 3 .
สารประกอบโครเมียม VIออกซิไดซ์:
- อโลหะในสถานะออกซิเดชันเชิงลบ ไปจนถึงสารธรรมดา (ด้วยสถานะออกซิเดชัน 0) ข้อยกเว้น — ฟอสฟอรัสสารหนู - สูงถึง +5;
- อโลหะในสถานะออกซิเดชันระดับกลาง ถึงระดับสูงสุดของการเกิดออกซิเดชัน
- โลหะที่ใช้งานอยู่ จากสารเชิงเดี่ยว (จุดออกซิเดชัน 0) ไปจนถึงสารประกอบด้วย บวกที่มั่นคง ระดับของการเกิดออกซิเดชันของโลหะ
โครเมต/ไบโครเมต + neMe (dd ที่เป็นลบ) = neMe 0 + ผลิตภัณฑ์อื่นๆ
โครเมต/ไบโครเมต + NeMe (s.d. เชิงบวกระดับกลาง) = NeMe (s.d. สูงสุด) + ผลิตภัณฑ์อื่นๆ
โครเมต / ไบโครเมต + Me 0 \u003d Me (s.d. เสถียร) + ผลิตภัณฑ์อื่น ๆ
โครเมต/ไดโครเมต + P, As (d.d. เป็นลบ) = P, As +5 + ผลิตภัณฑ์อื่นๆ
การสลายตัวของไนเตรต
เกลือไนเตรตประกอบด้วย ไนโตรเจนในสถานะออกซิเดชัน +5 - แข็งแกร่ง ออกซิไดเซอร์. ไนโตรเจนดังกล่าวสามารถออกซิไดซ์ออกซิเจน (O -2) สิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อไนเตรตถูกทำให้ร้อน ในกรณีส่วนใหญ่ ออกซิเจนจะถูกออกซิไดซ์เป็นสถานะออกซิเดชัน 0 กล่าวคือ ก่อน โมเลกุล ออกซิเจน O2 .
ขึ้นอยู่กับประเภทของโลหะที่ก่อให้เกิดเกลือ ผลิตภัณฑ์ต่างๆ จะเกิดขึ้นในระหว่างการสลายตัวด้วยความร้อน (อุณหภูมิ) ของไนเตรต: ถ้า โลหะที่ใช้งานอยู่(ในชุดกิจกรรมเคมีไฟฟ้าได้แก่ ไปจนถึงแมกนีเซียม) จากนั้นไนโตรเจนจะลดลงเหลือสถานะออกซิเดชันที่ +3 และเมื่อสลายตัว เกลือไนไตรต์และออกซิเจนโมเลกุลเกิดขึ้น .
ตัวอย่างเช่น:
2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2 .
โลหะออกฤทธิ์เกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปของเกลือ (KCl, NaCl)
หากโลหะอยู่ในกลุ่มกิจกรรมเคมีไฟฟ้า ทางด้านขวาของแมกนีเซียมและด้านซ้ายของทองแดง (รวมทั้งแมกนีเซียมและทองแดง) จากนั้นการสลายตัวก็จะเกิดขึ้น โลหะออกไซด์ในสถานะออกซิเดชันที่เสถียร ไนตริกออกไซด์ (IV)(ก๊าซสีน้ำตาล) และ ออกซิเจน. โลหะออกไซด์ยังเกิดขึ้นระหว่างการสลายตัว ลิเธียมไนเตรต .
ตัวอย่างเช่น,การสลายตัว ซิงค์ไนเตรต:
2Zn(หมายเลข 3) 2 → 2ZnО + 4NO 2 + O 2
โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางมักพบในธรรมชาติในรูปของออกไซด์ (Fe 2 O 3, Al 2 O 3 เป็นต้น)
ไอออน โลหะซึ่งอยู่ในชุดกิจกรรมเคมีไฟฟ้า ทางด้านขวาของทองแดงเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง ที่ การสลายตัวของไนเตรตพวกมันเช่นเดียวกับ N +5 มีส่วนร่วมในการออกซิเดชันของออกซิเจนและถูกรีดิวซ์เป็นสารง่าย ๆ เช่น โลหะถูกสร้างขึ้น และก๊าซจะถูกปล่อยออกมา ไนตริกออกไซด์ (IV) และออกซิเจน .
ตัวอย่างเช่น,การสลายตัว ซิลเวอร์ไนเตรต:
2AgNO 3 → 2Ag + 2NO 2 + O 2 .
โลหะที่ไม่ใช้งานเกิดขึ้นในธรรมชาติในรูปของสารธรรมดา
ข้อยกเว้นบางประการ!
การสลายตัว แอมโมเนียมไนเตรต :
ในโมเลกุลแอมโมเนียมไนเตรตมีทั้งตัวออกซิไดซ์และตัวรีดิวซ์: ไนโตรเจนในสถานะออกซิเดชัน -3 แสดงเฉพาะคุณสมบัติรีดิวซ์ ไนโตรเจนในสถานะออกซิเดชัน +5 มีเพียงออกซิไดซ์เท่านั้น
เมื่อถูกความร้อนจะมีแอมโมเนียมไนเตรต สลายตัว. ที่อุณหภูมิสูงถึง 270 o C ไนตริกออกไซด์ (I)("แก๊สหัวเราะ") และน้ำ:
NH 4 NO 3 → N 2 O + 2H 2 O
นี่คือตัวอย่างปฏิกิริยา การต่อต้านความไม่สมส่วน .
สถานะออกซิเดชันที่เกิดขึ้นของไนโตรเจนคือค่าเฉลี่ยเลขคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมไนโตรเจนในโมเลกุลดั้งเดิม
ที่อุณหภูมิสูงขึ้น ไนตริกออกไซด์ (I) จะสลายตัวเป็นสารอย่างง่าย - ไนโตรเจนและ ออกซิเจน:
2NH 4 NO 3 → 2N 2 + O 2 + 4H 2 O
ที่ การสลายตัว แอมโมเนียมไนไตรท์ NH4NO2การต่อต้านความไม่สมส่วนก็เกิดขึ้นเช่นกัน
สถานะออกซิเดชันที่เกิดขึ้นของไนโตรเจนก็เท่ากับค่าเฉลี่ยเลขคณิตของสถานะออกซิเดชันของอะตอมไนโตรเจนเริ่มต้น - ตัวออกซิไดซ์ N +3 และตัวรีดิวซ์ N -3
NH 4 NO 2 → N 2 + 2H 2 O
การสลายตัวด้วยความร้อน แมงกานีส (II) ไนเตรต พร้อมด้วยออกซิเดชันของโลหะ:
Mn(หมายเลข 3) 2 \u003d MnO 2 + 2NO 2
เหล็ก (II) ไนเตรต ที่อุณหภูมิต่ำจะสลายตัวเป็นเหล็กออกไซด์ (II) เมื่อถูกความร้อนเหล็กจะถูกออกซิไดซ์เป็นสถานะออกซิเดชันที่ +3:
2เฟ(NO 3) 2 → 2FeO + 4NO 2 + O 2 ที่ 60°C
4เฟ(NO 3) 2 → 2เฟ 2 O 3 + 8NO 2 + O 2 ที่ >60°C
นิกเกิล (II) ไนเตรต
สลายตัวเป็นไนไตรท์เมื่อถูกความร้อน
คุณสมบัติออกซิไดซ์ของกรดไนตริก
กรดไนตริก HNO 3 เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะนั้นทำได้จริง ไม่เคยสร้างไฮโดรเจน ไม่เหมือนกรดแร่ส่วนใหญ่
เนื่องจากกรดมีสารออกซิไดซ์ที่แรงมาก - ไนโตรเจนในสถานะออกซิเดชัน +5 เมื่อทำปฏิกิริยากับสารรีดิวซ์ - โลหะจะเกิดผลิตภัณฑ์ลดไนโตรเจนหลายชนิด
กรดไนตริก + โลหะ \u003d เกลือของโลหะ + ผลิตภัณฑ์ลดไนโตรเจน + H 2 O
กรดไนตริกสามารถเปลี่ยนเป็น ไนตริกออกไซด์ (IV) NO 2 (N +4); ไนตริกออกไซด์ (II) NO (N +2); ไนตริกออกไซด์ (I) N 2 O ("แก๊สหัวเราะ"); โมเลกุลไนโตรเจน N 2 ; แอมโมเนียมไนเตรต NH 4 NO 3. ตามกฎแล้วส่วนผสมของผลิตภัณฑ์จะเกิดขึ้นโดยมีความโดดเด่นอย่างหนึ่งในนั้น ในกรณีนี้ไนโตรเจนจะถูกรีดิวซ์เป็นสถานะออกซิเดชันจาก +4 เป็น −3 ความลึกของการฟื้นตัวขึ้นอยู่กับเป็นหลัก โดยตัวรีดิวซ์ตามธรรมชาติและ จากความเข้มข้นของกรดไนตริก . นี่คือวิธีการทำงานของกฎ: ยิ่งความเข้มข้นของกรดต่ำลงและกิจกรรมของโลหะก็จะยิ่งสูงขึ้น ไนโตรเจนก็จะยิ่งได้รับอิเล็กตรอนมากขึ้น และเกิดผลิตภัณฑ์น้อยลง.
รูปแบบบางอย่างจะช่วยให้คุณสามารถกำหนดผลิตภัณฑ์หลักของการลดกรดไนตริกโดยโลหะในปฏิกิริยาได้อย่างถูกต้อง:
- อยู่ระหว่างดำเนินการ กรดไนตริกเจือจางมาก บน โลหะมักจะเกิดขึ้น แอมโมเนียมไนเตรต NH 4 ไม่ใช่ 3 ;
ตัวอย่างเช่นปฏิกิริยาของสังกะสีกับกรดไนตริกเจือจางมาก:
4Zn + 10HNO 3 = 4Zn(หมายเลข 3) 2 + NH 4 หมายเลข 3 + 3H 2 O
- กรดไนตริกเข้มข้นในความเย็น เฉื่อยชา โลหะบางชนิด - โครเมียม Cr, อลูมิเนียม Al และเหล็ก Fe . เมื่อสารละลายได้รับความร้อนหรือเจือจาง ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้น
ทู่โลหะ - นี่คือการถ่ายโอนพื้นผิวโลหะไปสู่สถานะไม่ทำงานเนื่องจากการก่อตัวของสารประกอบเฉื่อยบาง ๆ บนพื้นผิวโลหะ ในกรณีนี้ ส่วนใหญ่เป็นออกไซด์ของโลหะ ซึ่งไม่ทำปฏิกิริยากับกรดไนตริกเข้มข้น
- กรดไนตริก ไม่ทำปฏิกิริยากับโลหะกลุ่มย่อยแพลตตินัม — ทองอู๋ แพลทินัมปตท. และ แพลเลเดียมพีดี;
- เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ กรดเข้มข้นด้วยโลหะที่ไม่ใช้งานและ โลหะที่มีฤทธิ์ปานกลางไนตริกกรดจะลดลงเหลือ ไนตริกออกไซด์ (IV) หมายเลข 2 ;
ตัวอย่างเช่น, ออกซิเดชันของทองแดงด้วยกรดไนตริกเข้มข้น:
Cu + 4HNO 3 \u003d Cu (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
- เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ กรดไนตริกเข้มข้นพร้อมโลหะแอคทีฟ เกิดขึ้น ไนตริกออกไซด์ (I) N 2 O ;
ตัวอย่างเช่น, ออกซิเดชัน โซเดียมเข้มข้น กรดไนตริก:
นา + 10HNO 3 \u003d 8NaNO 3 + N 2 O + 5H 2 O
- เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ เจือจางกรดไนตริกด้วยโลหะที่ไม่ใช้งาน (ในชุดกิจกรรมทางด้านขวาของไฮโดรเจน) กรดจะลดลง ไนตริกออกไซด์ (II) NO ;
- เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ เจือจางกรดไนตริกด้วยโลหะที่มีฤทธิ์ปานกลาง ทั้ง ไนตริกออกไซด์ (II) NO หรือไนตริกออกไซด์ N 2 O หรือโมเลกุลไนโตรเจน N 2 - ขึ้นอยู่กับปัจจัยเพิ่มเติม (แอคติวิตีของโลหะ ระดับการเจียรของโลหะ ระดับการเจือจางของกรด อุณหภูมิ)
- เมื่อมีปฏิสัมพันธ์ เจือจางกรดไนตริกด้วยโลหะที่ใช้งานอยู่ เกิดขึ้น โมเลกุลไนโตรเจน N 2 .
สำหรับการพิจารณาผลิตภัณฑ์โดยประมาณของการลดกรดไนตริกในการทำปฏิกิริยากับโลหะชนิดต่างๆ ฉันเสนอให้ใช้หลักการลูกตุ้ม ปัจจัยหลักที่เปลี่ยนตำแหน่งของลูกตุ้มคือความเข้มข้นของกรดและกิจกรรมของโลหะ เพื่อให้ง่ายขึ้น เราใช้ความเข้มข้นของกรด 3 ประเภท: เข้มข้น (มากกว่า 30%) เจือจาง (30% หรือน้อยกว่า) เจือจางมาก (น้อยกว่า 5%) เราแบ่งโลหะตามกิจกรรมออกเป็นสารออกฤทธิ์ (ก่อนอะลูมิเนียม) กิจกรรมปานกลาง (จากอะลูมิเนียมเป็นไฮโดรเจน) และสารไม่ใช้งาน (หลังไฮโดรเจน) ผลิตภัณฑ์รีดิวซ์กรดไนตริกจัดเรียงตามลำดับจากมากไปหาน้อยของระดับออกซิเดชัน:
NO2; เลขที่; ไม่มี 2 โอ; ไม่มี 2 ; NH4NO3
ยิ่งโลหะมีความกระฉับกระเฉงมากเท่าไร เราก็ยิ่งเคลื่อนไปทางขวามากขึ้นเท่านั้น ยิ่งความเข้มข้นมากขึ้นหรือยิ่งการเจือจางของกรดน้อยลง เราก็จะเลื่อนไปทางซ้ายมากขึ้นเท่านั้น
ตัวอย่างเช่น , กรดเข้มข้นและโลหะทองแดง Cu ที่ไม่ใช้งานมีปฏิกิริยาโต้ตอบ ดังนั้นเราจึงเลื่อนไปที่ตำแหน่งซ้ายสุดทำให้เกิดไนตริกออกไซด์ (IV) คอปเปอร์ไนเตรตและน้ำ
ปฏิกิริยาระหว่างโลหะกับกรดซัลฟิวริก
เจือจางกรดซัลฟิวริก ทำปฏิกิริยากับโลหะเหมือนกรดแร่ปกติ เหล่านั้น. ทำปฏิกิริยากับโลหะที่อยู่ในชุดแรงดันไฟฟ้าเคมีไฟฟ้าจนถึงไฮโดรเจน. ตัวออกซิไดซ์ที่นี่คือ H + ไอออน ซึ่งถูกรีดิวซ์เป็นโมเลกุลไฮโดรเจน H 2 ในกรณีนี้โลหะจะถูกออกซิไดซ์ตามกฎ ขั้นต่ำ ระดับของการเกิดออกซิเดชัน
ตัวอย่างเช่น:
เฟ + H 2 SO 4 (razb) \u003d FeSO 4 + H 2
ทำปฏิกิริยากับโลหะที่ยืนอยู่ในชุดแรงดันไฟฟ้าทั้งก่อนและหลังไฮโดรเจน
H 2 SO 4 (conc) + โลหะ \u003d เกลือของโลหะ + ผลิตภัณฑ์ลดซัลเฟอร์ (SO 2, S, H 2 S) + น้ำ
เมื่อกรดซัลฟิวริกเข้มข้นทำปฏิกิริยากับโลหะ จะเกิดเกลือของโลหะ (ในสถานะออกซิเดชันที่เสถียร) น้ำและผลิตภัณฑ์ลดซัลเฟอร์จะเกิดขึ้น - ซัลเฟอร์ไดออกไซด์ S +4 O 2, โมเลกุลซัลเฟอร์ S หรือไฮโดรเจนซัลไฟด์ H 2 S -2ขึ้นอยู่กับระดับความเข้มข้น กิจกรรมของโลหะ ระดับการบด อุณหภูมิ ฯลฯ เมื่อกรดซัลฟิวริกเข้มข้นทำปฏิกิริยากับโลหะ โมเลกุลไฮโดรเจนจะไม่เกิดขึ้น!
หลักการพื้นฐานของปฏิกิริยาของกรดซัลฟิวริกเข้มข้นกับโลหะ:
1. กรดซัลฟิวริกเข้มข้น เฉื่อยชา อลูมิเนียม โครเมียม เหล็ก ที่อุณหภูมิห้องหรือในที่เย็น
2. กรดซัลฟิวริกเข้มข้น ไม่โต้ตอบ กับ ทอง แพลทินัม และแพลเลเดียม ;
3. กับ โลหะที่ไม่ใช้งานกรดซัลฟิวริกเข้มข้นฟื้นตัวเป็น ซัลเฟอร์ออกไซด์ (IV)
ตัวอย่างเช่นทองแดงจะถูกออกซิไดซ์ด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้น:
Cu 0 + 2H 2 S +6 O 4 (conc) = Cu +2 SO 4 + S +4 O 2 + 2H 2 O
4. เมื่อมีปฏิสัมพันธ์กัน ด้วยโลหะและสังกะสีที่ใช้งานอยู่รูปแบบของกรดซัลฟิวริกเข้มข้นซัลเฟอร์ S หรือไฮโดรเจนซัลไฟด์ H 2 S 2- (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิระดับการบดและกิจกรรมของโลหะ)
ตัวอย่างเช่น ปฏิกิริยาระหว่างกรดซัลฟิวริกเข้มข้นกับสังกะสี:
8Na 0 + 5H 2 S +6 O 4(คอนซี) → 4Na 2 + SO 4 + H2 S — 2 + 4H2O
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์
ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ H 2 O 2 มีออกซิเจนอยู่ในสถานะออกซิเดชัน -1 ออกซิเจนดังกล่าวสามารถเพิ่มและลดสถานะออกซิเดชันได้ ดังนั้นไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จึงแสดงออกมา ทั้งคุณสมบัติออกซิไดซ์และรีดิวซ์
เมื่อทำปฏิกิริยากับสารรีดิวซ์ ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์จะแสดงคุณสมบัติของตัวออกซิไดซ์ และถูกรีดิวซ์ให้มีสถานะออกซิเดชันที่ -2 ตามกฎแล้วผลคูณของรีดักชันของไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์คือน้ำหรือไฮดรอกไซด์ไอออน ขึ้นอยู่กับสภาวะของปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่น:
ส +4 โอ 2 + เอช 2 โอ 2 -1 → เอช 2 ส +6 โอ 4 -2
เมื่อทำปฏิกิริยากับสารออกซิไดซ์ เปอร์ออกไซด์จะถูกออกซิไดซ์เป็นโมเลกุลออกซิเจน (สถานะออกซิเดชัน 0): O 2 . ตัวอย่างเช่น :
2KMn +7 O 4 + 5H 2 O 2 -1 + 3H 2 SO 4 → 5O 2 0 + 2Mn +2 SO 4 + K 2 SO 4 + 8H 2 O
ก. H2S B.SO3 C.H2SO3
2. สถานะออกซิเดชันของคาร์บอนในแคลเซียมคาร์บอเนตคือ:
ก. -4 บ.+2 ค.+4
3. สารที่สถานะออกซิเดชันของฟอสฟอรัสเป็นศูนย์:
ก. P4 B.PH3 C.P2O5
4. รีดอกซ์เป็นปฏิกิริยาที่มีสมการดังนี้
A.2Al(OH)3=Al2O3+3H2O B.H2+Cl2=2HCl C.NaOH+HNO3=NaNO3+H2O
5. สารออกซิไดซ์ในปฏิกิริยาเคมี CuO+H2=Cu+H2O คือ:
A.H20 B.Cu2+ C.O2- D.Cu0
6. สถานะออกซิเดชันของคลอรีนลดลงตามลำดับ:
A.Cl2– HCl–HClO B.NaCl–Cl2–KClO3 C.HClO4–NaClO2–BaCl2
7. กระบวนการเปลี่ยนผ่าน ซึ่งมีรูปแบบ N-3→N+2 คือ:
ก. การฟื้นตัว
บี. ออกซิเดชัน
B. ไม่ใช่กระบวนการรีดอกซ์
8. ในสมการปฏิกิริยา S + O2 → SO2 จำนวนอิเล็กตรอนที่ได้รับจากตัวออกซิไดซ์คือ:
ก.2 ข.4 ค.6
9. ฟอสฟอรัสในสถานะออกซิเดชัน 0 สามารถ:
A. รีดักแทนท์เท่านั้น
ข. สารออกซิไดเซอร์เท่านั้น
B. สารออกซิไดซ์และรีดิวซ์
10. สารเชิงเดี่ยวคืออโลหะที่มีคุณสมบัติออกซิไดซ์ที่แรงที่สุด:
อ. Br2
บี. Cl2
บี.เอฟ2
ส่วนบี
11. เขียนสูตรไนตริกออกไซด์ (III) และไนตริกออกไซด์ (V)
12. จัดเรียงสัมประสิทธิ์ในรูปแบบปฏิกิริยาโดยใช้วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์:
Ca + O2 = CaO
ตั้งชื่อกระบวนการออกซิเดชันและการรีดิวซ์ และระบุสารออกซิไดซ์และสารรีดิวซ์
13. จัดเรียงสูตรสารประกอบเคมี: CH4, CO2, CO - ตามลำดับการลดสถานะออกซิเดชันของอะตอมคาร์บอน
14. ตามโครงการ Cu + 2 + 2ē → Cu0 ให้สร้างสมการสำหรับปฏิกิริยาเคมีและพิจารณาจากมุมมองของ OVR
15. กรอกวลี: "การฟื้นฟูคือ ..."
กำหนดสถานะออกซิเดชันของแต่ละองค์ประกอบ จัดเรียงค่าสัมประสิทธิ์โดยใช้วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์: KCIO3 + S -> KCI + SO2 3) โปรดตรวจสอบสถานะออกซิเดชันของซัลเฟอร์ในสารประกอบต่อไปนี้: H2SO4, SO2, H2S, SO2, H2SO3 4 เทียบกับอะตอมขององค์ประกอบทางเคมีใดที่คู่อิเล็กตรอนทั่วไปจะเคลื่อนตัวในโมเลกุลของสารประกอบต่อไปนี้: H2O, HI, PCI3, H3N, H2S, CO2 โปรดให้คำตอบที่ถูกต้อง! 5) บอกฉันหน่อยว่าสถานะออกซิเดชันของอะตอมเปลี่ยนไปหรือไม่เมื่อน้ำเกิดจากไฮโดรเจนและออกซิเจน? 6) เขียนสมการของการแยกตัวด้วยไฟฟ้า: คอปเปอร์ไนเตรต, กรดไฮโดรคลอริก, อลูมิเนียมซัลเฟต, แบเรียมไฮดรอกไซด์, ซิงค์ซัลเฟต 7) โปรดเขียนสมการโมเลกุลและไอออนิกของปฏิกิริยาระหว่างสารละลาย: ลิเธียมไฮดรอกไซด์และกรดไนตริก, คอปเปอร์ไนเตรตและโซเดียมไฮดรอกไซด์, โพแทสเซียมคาร์บอเนตและกรดฟอสฟอริก 8) ในปฏิกิริยาระหว่างสารละลายของสารชนิดใดผลิตภัณฑ์หนึ่งของปฏิกิริยาคือน้ำ? K2CO3 และ HCI: Ca(OH)2 และ HNO3: NaOH และ H2SO4: NaNO3 และ H2SO4? กรุณาเขียนสมการปฏิกิริยาในสูตรโมเลกุลและไอออนิก 9) เกลือใดต่อไปนี้ที่ผ่านการไฮโดรไลซิสเมื่อละลายในน้ำ: อลูมิเนียมคลอไรด์, โพแทสเซียมซัลไฟด์, โซเดียมคลอไรด์? เขียนสมการไฮโดรไลซิส
แก่นแท้ วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์ประกอบด้วย:
- การคำนวณการเปลี่ยนแปลงสถานะออกซิเดชันของแต่ละองค์ประกอบที่รวมอยู่ในสมการปฏิกิริยาเคมี
- องค์ประกอบที่สถานะออกซิเดชันไม่เปลี่ยนแปลงอันเป็นผลมาจากปฏิกิริยาที่เกิดขึ้นจะไม่ถูกนำมาพิจารณา
- ในบรรดาองค์ประกอบที่เหลือซึ่งสถานะออกซิเดชันที่เปลี่ยนไปนั้นจะมีการสร้างสมดุลซึ่งประกอบด้วยการนับจำนวนอิเล็กตรอนที่ได้มาหรือสูญหาย
- สำหรับองค์ประกอบทั้งหมดที่สูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอน (จำนวนอิเล็กตรอนที่แตกต่างกันในแต่ละองค์ประกอบ) ให้ค้นหาตัวคูณร่วมน้อย
- ค่าที่พบคือค่าสัมประสิทธิ์ฐานในการรวบรวมสมการ
มองเห็นอัลกอริทึมสำหรับการแก้ปัญหาโดยใช้ วิธีสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์นำเสนอในแผนภาพ
ในทางปฏิบัติมีลักษณะอย่างไร ตามตัวอย่างงานตามขั้นตอน.
งาน.โดยใช้วิธีการสมดุลแบบอิเล็กทรอนิกส์ เลือกค่าสัมประสิทธิ์ในรูปแบบของปฏิกิริยารีดอกซ์ที่เกี่ยวข้องกับโลหะต่อไปนี้:
A) Ag + HNO 3 → AgNO 3 + NO + H 2 O
b) Ca + H 2 SO 4 → CaSO 4 + H 2 S + H 2 O
c) เป็น + HNO 3 → เป็น(NO 3) 2 + NO + H 2 O
สารละลาย.
เพื่อแก้ไขปัญหานี้ เราใช้กฎในการกำหนดระดับของการเกิดออกซิเดชัน
การประยุกต์ใช้วิธีการสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์ทีละขั้นตอน ตัวอย่าง "ก"
มาเขียนกันเถอะ ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับแต่ละองค์ประกอบของปฏิกิริยาออกซิเดชัน Ag + HNO 3 → AgNO 3 + NO + H 2 O
ขั้นตอนที่ 1. มาคำนวณสถานะออกซิเดชันของแต่ละองค์ประกอบที่อยู่ในปฏิกิริยาเคมีกัน
อจ. ในตอนแรกเงินมีความเป็นกลาง นั่นคือมีสถานะออกซิเดชันเป็นศูนย์
สำหรับ HNO 3 เรากำหนดสถานะออกซิเดชันเป็น ผลรวมของสถานะออกซิเดชันของแต่ละองค์ประกอบ.
สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ +1 ออกซิเจนคือ -2 ดังนั้น สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนคือ:
0 - (+1) - (-2)*3 = +5
(สรุปอีกครั้งเราได้ศูนย์อย่างที่ควรจะเป็น)
ตอนนี้ มาดูส่วนที่สองกันดีกว่าสมการ
สำหรับ AgNO 3 สถานะออกซิเดชันของเงิน +1 ออกซิเจน -2 ดังนั้น สถานะออกซิเดชันของไนโตรเจนคือ:
0 - (+1) - (-2)*3 = +5
สำหรับ NO สถานะออกซิเดชันของออกซิเจนคือ -2 ดังนั้นไนโตรเจนจึงเป็น +2
สำหรับ H 2 O สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ +1 ออกซิเจนคือ -2
ขั้นตอนที่ 2 เขียนสมการในรูปแบบใหม่ซึ่งระบุระดับการเกิดออกซิเดชันของแต่ละองค์ประกอบที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี
Ag 0 + H +1 N +5 O -2 3 → Ag +1 N +5 O -2 3 + N +2 O -2 + H +1 2 O -2
จากสมการผลลัพธ์ที่มีสถานะออกซิเดชันที่ระบุ เราจะเห็นความไม่สมดุลในผลรวมของสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกและลบ แต่ละองค์ประกอบ.
ขั้นตอนที่ 3. เราเขียนแยกกันในรูปแบบ ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์- องค์ประกอบใดสูญเสียหรือได้รับอิเล็กตรอนและมีกี่:
(ต้องคำนึงว่าองค์ประกอบที่สถานะออกซิเดชันไม่เปลี่ยนแปลงจะไม่รวมอยู่ในการคำนวณนี้)
Ag 0 - 1e = Ag +1
N+5+3e = N+2
เงินสูญเสียอิเล็กตรอนหนึ่งตัว ไนโตรเจนเพิ่มขึ้นสามตัว ดังนั้นเราจะเห็นว่าในการปรับสมดุลจำเป็นต้องใช้ปัจจัย 3 สำหรับเงินและ 1 สำหรับไนโตรเจน จากนั้นจำนวนอิเล็กตรอนที่สูญหายและได้มาจะเท่ากัน
ขั้นตอนที่ 4. ตอนนี้ตามค่าสัมประสิทธิ์ที่ได้รับ "3" สำหรับเงินเราเริ่มปรับสมดุลสมการทั้งหมดโดยคำนึงถึงจำนวนอะตอมที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมี
- ในสมการดั้งเดิม เราใส่สามตัวไว้หน้า Ag ซึ่งจะต้องใช้สัมประสิทธิ์เดียวกันหน้า AgNO 3
- ตอนนี้เรามีความไม่สมดุลของจำนวนอะตอมไนโตรเจน มีสี่อันอยู่ทางด้านขวาและอีกอันอยู่ทางซ้าย ดังนั้นเราจึงใส่สัมประสิทธิ์ 4 ไว้หน้า HNO 3
- ตอนนี้ยังคงทำให้อะตอมไฮโดรเจน 4 อะตอมเท่ากันทางด้านซ้ายและอีก 2 อะตอมทางด้านขวา เราแก้ปัญหานี้โดยใช้ปัจจัย 2 หน้า H 2 O
คำตอบ:
3Ag + 4HNO 3 \u003d 3AgNO 3 + NO + 2H 2 O
ตัวอย่าง "ข"
มาเขียนกันเถอะ ความสมดุลทางอิเล็กทรอนิกส์สำหรับแต่ละองค์ประกอบของปฏิกิริยาออกซิเดชัน Ca + H 2 SO 4 → CaSO 4 + H 2 S + H 2 O
สำหรับ H 2 SO 4 สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจน +1 ออกซิเจน -2 ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของซัลเฟอร์ 0 - (+1) * 2 - (-2) * 4 \u003d +6
สำหรับ CaSO 4 สถานะออกซิเดชันของแคลเซียมคือ +2 ออกซิเจน -2 ดังนั้นสถานะออกซิเดชันของกำมะถันคือ 0 - (+2) - (-2) * 4 \u003d +6
สำหรับ H 2 S สถานะออกซิเดชันของไฮโดรเจนคือ +1 ตามลำดับ ซัลเฟอร์คือ -2
Ca 0 + H +1 2 S +6 O -2 4 → Ca +2 S +6 O -2 4 + H +1 2 S -2 + H +1 2 O -2
Ca 0 - 2e \u003d Ca +2 (สัมประสิทธิ์ 4)
เอส+6 + 8e = S-2
4Ca + 5H 2 SO 4 \u003d 4CaSO 4 + H 2 S + 4H 2 O
สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชัน –3สารประกอบไนโตรเจนในสถานะออกซิเดชัน -3 จะแสดงโดยแอมโมเนียและไนไตรด์ของโลหะ
แอมโมเนีย- NH 3 เป็นก๊าซไม่มีสี มีกลิ่นฉุน ลักษณะเฉพาะ โมเลกุลแอมโมเนียมีรูปทรงปิรามิดตรีโกณมิติโดยมีอะตอมไนโตรเจนอยู่ด้านบน ออร์บิทัลอะตอมของไนโตรเจนอยู่ในนั้น เอสพี 3- สถานะไฮบริด วงโคจรสามวงเกี่ยวข้องกับการก่อตัวของพันธะไนโตรเจน-ไฮโดรเจน และวงโคจรที่สี่มีคู่อิเล็กตรอนที่ไม่ได้ใช้ร่วมกัน โมเลกุลมีรูปร่างเสี้ยม การกระทำที่น่ารังเกียจของอิเล็กตรอนคู่เดียวทำให้มุมพันธะลดลงจากที่คาดไว้ 109.5 เป็น 107.3°
ที่อุณหภูมิ -33.4 °C แอมโมเนียจะควบแน่นจนเกิดเป็นของเหลวที่มีความร้อนของการระเหยสูงมาก ซึ่งช่วยให้สามารถใช้เป็นสารทำความเย็นในระบบทำความเย็นทางอุตสาหกรรมได้
การมีอยู่ของคู่อิเล็กตรอนที่ไม่ได้แบ่งใช้ที่อะตอมไนโตรเจนทำให้สามารถสร้างพันธะโควาเลนต์อีกชนิดหนึ่งตามกลไกของผู้บริจาคและตัวรับ ดังนั้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดจะเกิดการก่อตัวของโมเลกุลไอออนบวกแอมโมเนียม - NH 4 + การก่อตัวของพันธะโควาเลนต์ที่สี่ทำให้เกิดการจัดเรียงมุมของพันธะ (109.5°) เนื่องจากการผลักกันของอะตอมไฮโดรเจนที่สม่ำเสมอ
แอมโมเนียเหลวเป็นตัวทำละลายที่แตกตัวเป็นไอออนได้ดี:
2NH 3 NH 4 + + NH 2 -
เอไมด์ แอนไอออน
มันละลายโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ททำให้เกิดสารละลายนำไฟฟ้าที่มีสี เมื่อมีตัวเร่งปฏิกิริยา (FeCl 3) โลหะที่ละลายจะทำปฏิกิริยากับแอมโมเนียเพื่อปล่อยไฮโดรเจนและสร้างเอไมด์ ตัวอย่างเช่น:
2Na + 2NH 3 \u003d 2NaNH 2 + H 2
โซเดียมเอไมด์
แอมโมเนียละลายได้ในน้ำมาก (ที่อุณหภูมิ 20 °C แอมโมเนียประมาณ 700 ปริมาตรละลายในน้ำ 1 ปริมาตร) ในสารละลายที่เป็นน้ำจะแสดงคุณสมบัติของเบสอ่อน
NH 3 + H 2 O ® NH 3 × H 2 O NH 4 + + OH -
= 1.85 10 -5
ในบรรยากาศที่มีออกซิเจน แอมโมเนียจะเผาไหม้พร้อมกับการก่อตัวของไนโตรเจน บนตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัม แอมโมเนียจะถูกออกซิไดซ์เป็นไนตริกออกไซด์ (II):
4NH 3 + 3O 2 = 2N 2 + 6H 2 O; 4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2 O
แอมโมเนียจะทำปฏิกิริยากับกรดเป็นเบสและเกิดเป็นเกลือของแอมโมเนียมไอออนบวก เช่น
NH 3 + HCl = NH 4 Cl
เกลือแอมโมเนียมละลายได้ดีในน้ำและไฮโดรไลซ์เล็กน้อย ในสถานะผลึก พวกมันจะไม่เสถียรทางความร้อน องค์ประกอบของผลิตภัณฑ์เทอร์โมไลซิสขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของกรดที่ทำให้เกิดเกลือ:
NH 4 Cl ® NH 3 + HCl; (NH 4) 2 SO 4 ® NH 3 + (NH 4) HSO 4
(NH 4) 2 Cr 2 O 7 ® N 2 + Cr 2 O 3 + 4H 2 O
ภายใต้การกระทำของอัลคาไลต่อสารละลายเกลือแอมโมเนียมที่เป็นน้ำ แอมโมเนียจะถูกปล่อยออกมาในระหว่างการทำความร้อนซึ่งทำให้สามารถใช้ปฏิกิริยานี้เป็นปฏิกิริยาเชิงคุณภาพสำหรับเกลือแอมโมเนียมและเป็นวิธีการในห้องปฏิบัติการในการรับแอมโมเนีย
NH 4 Cl + NaOH \u003d NaCl + NH 3 + H 2 O
ในอุตสาหกรรม แอมโมเนียได้มาจากการสังเคราะห์โดยตรง
ยังไม่มีข้อความ 2 + 3H 2 2NH 3
เนื่องจากปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้สูง การสังเคราะห์จึงดำเนินการที่ความดันสูง (สูงถึง 100 MPa) เพื่อเร่งกระบวนการให้เร็วขึ้น กระบวนการนี้จะดำเนินการโดยมีตัวเร่งปฏิกิริยา (เหล็กที่เป็นรูพรุนซึ่งส่งเสริมโดยสารเติมแต่ง) และที่อุณหภูมิประมาณ 500°C
ไนไตรด์เกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของโลหะหลายชนิดและอโลหะกับไนโตรเจน คุณสมบัติของไนไตรด์เปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติในช่วงเวลาหนึ่ง ตัวอย่างเช่น สำหรับองค์ประกอบของช่วงที่สาม:
ไนไตรด์ขององค์ประกอบ s ของกลุ่ม I และ II เป็นสารคล้ายเกลือที่เป็นผลึกซึ่งสามารถย่อยสลายได้ง่ายด้วยน้ำเพื่อสร้างแอมโมเนีย
Li 3 N + 3H 2 O \u003d 3LiOH + NH 3
ฮาโลเจนไนไตรด์ในสถานะอิสระมีเพียง Cl 3 N เท่านั้นที่ถูกแยกออกลักษณะของกรดจะปรากฏในปฏิกิริยากับน้ำ:
Cl 3 N + 3H 2 O \u003d 3HClO + NH 3
ปฏิกิริยาของไนไตรด์ที่มีลักษณะต่างกันทำให้เกิดไนไตรด์ผสม:
Li 3 N + AlN \u003d Li 3 AlN 2; 5Li 3 N + Ge 3 N 4 = 3Li 5 Gen 3
ลิเธียมไนไตรโดอะลูมิเนตไนไตรโดเกอร์มาเนต (IV) ลิเธียม
BN, AlN, Si 3 N 4, Ge 3 N 4 ไนไตรด์เป็นสารโพลีเมอร์แข็งที่มีจุดหลอมเหลวสูง (2,000-3,000 ° C) เป็นสารกึ่งตัวนำหรือไดอิเล็กทริก ไนไตรด์ของ d-metals - สารประกอบผลึกที่มีองค์ประกอบแปรผัน (เบอร์โทไลด์) มีความแข็งมาก ทนไฟ และมีความเสถียรทางเคมี แสดงคุณสมบัติของโลหะ: ความแวววาวของโลหะ การนำไฟฟ้า
สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชัน –2ไฮดราซีน - N 2 H 4 - สารประกอบไนโตรเจนอนินทรีย์ที่สำคัญที่สุดในสถานะออกซิเดชัน -2
ไฮดราซีนเป็นของเหลวไม่มีสี มีจุดเดือด 113.5 °C มีควันอยู่ในอากาศ ไอระเหยของไฮดราซีนเป็นพิษอย่างยิ่งและก่อให้เกิดสารผสมกับอากาศที่ระเบิดได้ ไฮดราซีนได้มาจากการออกซิไดซ์แอมโมเนียด้วยโซเดียมไฮโปคลอไรต์:
2N -3 H 3 + NaCl +1 O \u003d N 2 -2 H 4 + NaCl -1 + H 2 O
ไฮดราซีนสามารถผสมกับน้ำได้ในอัตราส่วนเท่าใดก็ได้ และประพฤติตัวในสารละลายเป็นเบสไดแอซิดอ่อน ทำให้เกิดเกลือ 2 ชุด
N 2 H 4 + H 2 O N 2 H 5 + + OH - , K b = 9.3×10 -7 ;
ไฮโดรโซเนียมไอออนบวก
N 2 H 5 + + H 2 O N 2 H 6 2+ + OH - , K ข = 8.5×10 -15;
ไดไฮโดรโซเนียมไอออนบวก
N 2 H 4 + HCl N 2 H 5 Cl; N 2 H 5 Cl + HCl N 2 H 6 Cl 2
ไฮโดรโซเนียม คลอไรด์ ไดไฮโดรโซเนียม ไดคลอไรด์
ไฮดราซีนเป็นตัวรีดิวซ์ที่แข็งแกร่งที่สุด:
4KMn +7 O 4 + 5N 2 -2 H 4 + 6H 2 SO 4 \u003d 5N 2 0 + 4Mn +2 SO 4 + 2K 2 SO 4 + 16H 2 O
ไดเมทิลไฮดราซีนที่ไม่สมมาตร (เฮปทิล) ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเชื้อเพลิงจรวด
สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น –1ไฮดรอกซิลามีน - NH 2 OH - สารประกอบไนโตรเจนอนินทรีย์หลักในสถานะออกซิเดชัน -1
ไฮดรอกซิลามีนได้มาจากการลดกรดไนตริกด้วยไฮโดรเจน ณ เวลาที่แยกตัวระหว่างอิเล็กโทรไลซิส:
HNO 3 + 6H \u003d NH 2 OH + 2H 2 O
นี่คือสารผลึกไม่มีสี (mp. 33 ° C) ซึ่งละลายได้สูงในน้ำซึ่งแสดงคุณสมบัติของฐานที่อ่อนแอ ด้วยกรดจะให้เกลือไฮดรอกซีแลมโมเนียมซึ่งเป็นสารไม่มีสีคงตัวที่ละลายได้ในน้ำ
NH 2 OH + H 2 O + + OH - , K ข = 2×10 -8
ไฮดรอกซีแลมโมเนียมไอออน
อะตอมไนโตรเจนในโมเลกุล NH 2 OH แสดงสถานะออกซิเดชันระดับกลาง (ระหว่าง -3 ถึง +5) ดังนั้นไฮดรอกซีลามีนสามารถทำหน้าที่เป็นทั้งตัวรีดิวซ์และเป็นตัวออกซิไดซ์:
2N -1 H 2 โอ้ + ฉัน 2 + 2KOH = N 0 2 + 2KI + 4H 2 O;
สารรีดิวซ์
2N -1 H 2 OH + 4FeSO 4 + 3H 2 SO 4 = 2Fe 2 (SO 4) 3 + (N -3 H 4) 2 SO 4 + 2H 2 O
ออกซิไดเซอร์
NH 2 OH สลายตัวได้ง่ายเมื่อถูกความร้อนโดยไม่ได้สัดส่วน:
3N -1 H 2 OH \u003d N 0 2 + N -3 H 3 + 3H 2 O;
สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น +1 ไนตริกออกไซด์ (I) - N 2 O (ไนตรัสออกไซด์, ก๊าซหัวเราะ) โครงสร้างของโมเลกุลสามารถถ่ายทอดได้โดยการสั่นพ้องของโครงร่างวาเลนซ์สองแบบ ซึ่งแสดงให้เห็นว่าสารประกอบนี้ถือได้ว่าเป็นไนตริกออกไซด์ (I) อย่างเป็นทางการเท่านั้น ในความเป็นจริงมันคือไนโตรเจน (V) ออกซิไนไตรด์ - ON +5 N -3
N 2 O เป็นก๊าซไม่มีสีและมีกลิ่นหอมเล็กน้อย ในระดับความเข้มข้นเล็กน้อยจะทำให้เกิดความสุขอย่างไร้ขอบเขตในปริมาณมากจะมีผลในการดมยาสลบ มีการใช้ส่วนผสมของไนตรัสออกไซด์ (80%) และออกซิเจน (20%) ในทางการแพทย์เพื่อการดมยาสลบ
ภายใต้สภาวะห้องปฏิบัติการ ไนตริกออกไซด์ (I) สามารถรับได้จากการสลายตัวของแอมโมเนียมไนเตรต N 2 O ที่ได้จากวิธีนี้มีสิ่งเจือปนของไนโตรเจนออกไซด์ที่สูงขึ้นซึ่งเป็นพิษอย่างยิ่ง!
NH 4 NO 3 ¾® N 2 O + 2H 2 O
ตามคุณสมบัติทางเคมี ไนตริกออกไซด์ (I) เป็นออกไซด์ที่ไม่ก่อให้เกิดเกลือโดยทั่วไป ไม่ทำปฏิกิริยากับน้ำ กรด และด่าง เมื่อถูกความร้อนจะสลายตัวเป็นออกซิเจนและไนโตรเจน ด้วยเหตุนี้ N 2 O จึงสามารถทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ได้ตัวอย่างเช่น:
N 2 O + H 2 \u003d N 2 + H 2 O
สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น +2 ไนตริกออกไซด์ (II) - NO - ก๊าซไม่มีสี เป็นพิษอย่างยิ่ง ในอากาศ ออกซิเจนจะถูกออกซิไดซ์อย่างรวดเร็วเพื่อสร้างไนตริกออกไซด์ (IV) ที่เป็นพิษไม่น้อย ในอุตสาหกรรม NO เกิดจากการออกซิเดชันของแอมโมเนียบนตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัม หรือโดยการส่งอากาศผ่านอาร์กไฟฟ้า (3000-4000 °C)
4NH 3 + 5O 2 \u003d 4NO + 6H 2 O; N 2 + O 2 \u003d 2NO
วิธีการทางห้องปฏิบัติการในการรับไนตริกออกไซด์ (II) คือปฏิกิริยาของทองแดงกับกรดไนตริกเจือจาง
3Cu + 8HNO 3 (ส่วนต่าง) = 3Cu(NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O
ไนตริกออกไซด์ (II) เป็นออกไซด์ที่ไม่ก่อให้เกิดเกลือซึ่งเป็นตัวรีดิวซ์อย่างแรง ทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและฮาโลเจนได้ง่าย
2NO + O 2 \u003d 2NO 2; 2NO + Cl 2 = 2NOCl
ไนโตรซิลคลอไรด์
ในเวลาเดียวกัน เมื่อทำปฏิกิริยากับสารรีดิวซ์ที่แรง NO จะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์:
2NO + 2H 2 = ยังไม่มีข้อความ 2 + 2H 2 O; 10NO + 4Р = 5N 2 + 2Р 2 O 5
สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น +3 ไนตริกออกไซด์ (III) - N 2 O 3 - ของเหลวสีน้ำเงินเข้มข้น (t.cr. -100 ° C) เสถียรเฉพาะในสถานะของเหลวและของแข็งที่อุณหภูมิต่ำ ปรากฏอยู่ในสองรูปแบบ:
ไนตริกออกไซด์ (III) ได้มาจากการควบแน่นร่วมของไอ NO และ NO 2 แยกตัวออกจากของเหลวและไอระเหย
ไม่ 2 + ไม่ ไม่ 2 O 3
คุณสมบัติเป็นกรดออกไซด์ทั่วไป มันทำปฏิกิริยากับน้ำทำให้เกิดกรดไนตรัสโดยที่อัลคาลิสจะเกิดเกลือ - ไนไตรต์
N 2 O 3 + H 2 O \u003d 2HNO 2; N 2 O 3 + 2NaOH \u003d 2NaNO 2 + H 2 O
กรดไนตรัส- กรดความแรงปานกลาง (K a = 1×10 -4) มันไม่ได้ถูกแยกออกในรูปแบบบริสุทธิ์ แต่ในสารละลายมีอยู่ในรูปแบบเทาโทเมอร์สองรูปแบบ (เทาโทเมอร์คือไอโซเมอร์ที่อยู่ในสมดุลไดนามิก)
ไนไตรท์เกิดเป็นไนโตร
เกลือของกรดไนตรัสมีความเสถียร ไอออนไนไตรต์แสดงความเป็นคู่รีดอกซ์ที่เด่นชัด ขึ้นอยู่กับเงื่อนไข มันสามารถทำหน้าที่ทั้งการทำงานของตัวออกซิไดซ์และการทำงานของตัวรีดิวซ์ ตัวอย่างเช่น:
2NaNO 2 + 2KI + 2H 2 SO 4 = ฉัน 2 + 2NO + K 2 SO 4 + นา 2 SO 4 + 2H 2 O
ออกซิไดเซอร์
KMnO 4 + 5NaNO 2 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5NaNO 3 + K 2 SO 4 + 3H 2 O
สารรีดิวซ์
กรดไนตรัสและไนไตรต์มีแนวโน้มที่จะไม่สมส่วน:
3HN +3 O 2 \u003d HN +5 O 3 + 2N +2 O + H 2 O
สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น +4 ไนตริกออกไซด์ (IV) - NO 2 - ก๊าซสีน้ำตาลมีกลิ่นอันไม่พึงประสงค์รุนแรง พิษร้ายแรง! ในอุตสาหกรรม NO 2 เกิดจากการออกซิเดชันของ NO วิธีการทางห้องปฏิบัติการในการรับ NO 2 คือปฏิกิริยาของทองแดงกับกรดไนตริกเข้มข้นรวมถึงการสลายตัวทางความร้อนของตะกั่วไนเตรต
Cu + 4HNO 3 (เข้มข้น) = Cu(NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O;
2Pb(หมายเลข 3) 2 \u003d 2PbO + 4NO 2 + O 2
โมเลกุล NO 2 มีอิเล็กตรอนคู่หนึ่งตัวและเป็นอนุมูลอิสระที่เสถียร ดังนั้นไนตริกออกไซด์จึงลดขนาดลงได้ง่าย
กระบวนการลดขนาดสามารถย้อนกลับได้และมีความไวต่ออุณหภูมิมาก:
พาราแมกเนติก, ไดอะแมกเนติก,
สีน้ำตาลไม่มีสี
ไนโตรเจนไดออกไซด์เป็นออกไซด์ที่เป็นกรดซึ่งทำปฏิกิริยากับน้ำจนกลายเป็นส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดไนตรัส (แอนไฮไดรด์ผสม)
2NO 2 + H 2 O \u003d HNO 2 + HNO 3; 2NO 2 + 2NaOH \u003d นาโน 3 + นาโน 2 + H 2 O
สารประกอบที่มีสถานะออกซิเดชันเป็น +5 ไนตริกออกไซด์ (V) - N 2 O 5 - สารผลึกสีขาว ได้มาจากการขาดน้ำของกรดไนตริกหรือออกซิเดชันของไนตริกออกไซด์ (IV) ด้วยโอโซน:
2HNO 3 + P 2 O 5 \u003d N 2 O 5 + 2HPO 3; 2NO 2 + O 3 \u003d N 2 O 5 + O 2
ในสถานะผลึก N 2 O 5 มีโครงสร้างคล้ายเกลือ - + - ในไอ (t. vozg. 33 ° C) - โมเลกุล
N 2 O 5 - กรดออกไซด์ - กรดไนตริกแอนไฮไดรด์:
N 2 O 5 + H 2 O \u003d 2HNO 3
กรดไนตริก- HNO 3 - ของเหลวไม่มีสี มีจุดเดือด 84.1 ° C สลายตัวเมื่อถูกความร้อนและกลางแสง
4HNO 3 \u003d 4NO 2 + O 2 + 2H 2 O
สิ่งเจือปนของไนโตรเจนไดออกไซด์ทำให้กรดไนตริกเข้มข้นมีสีเหลืองน้ำตาล กรดไนตริกสามารถผสมกับน้ำได้ในอัตราส่วนเท่าใดก็ได้ และเป็นกรดแร่ที่แข็งแกร่งที่สุดชนิดหนึ่ง โดยจะแยกตัวออกจากสารละลายอย่างสมบูรณ์
โครงสร้างของโมเลกุลของกรดไนตริกอธิบายโดยสูตรโครงสร้างต่อไปนี้:
ความยากลำบากในการเขียนสูตรโครงสร้างของ HNO 3 เกิดจากการที่สารประกอบนี้แสดงสถานะออกซิเดชัน +5 ไนโตรเจนซึ่งเป็นองค์ประกอบของคาบที่สองสามารถสร้างพันธะโควาเลนต์ได้เพียงสี่พันธะเท่านั้น
กรดไนตริกเป็นหนึ่งในสารออกซิไดซ์ที่แรงที่สุด ความลึกของการคืนตัวขึ้นอยู่กับหลายปัจจัย: ความเข้มข้น อุณหภูมิ ตัวรีดิวซ์ โดยปกติเมื่อออกซิไดซ์ด้วยกรดไนตริกจะเกิดส่วนผสมของผลิตภัณฑ์รีดิวซ์:
HN +5 O 3 ® N +4 O 2 ® N +2 O ® N +1 2 O ® N 0 2 ® +
ผลิตภัณฑ์เด่นของการเกิดออกซิเดชันของโลหะที่ไม่ใช่โลหะและโลหะที่ไม่ใช้งานด้วยกรดไนตริกเข้มข้นคือไนตริกออกไซด์ (IV):
ผม 2 + 10HNO 3 (กระชับ) = 2HIO 3 + 10NO 2 + 4H 2 O;
Pb + 4HNO 3 (คอนซี) = Pb (NO 3) 2 + 2NO 2 + 2H 2 O
กรดไนตริกเข้มข้นผ่านเหล็กและอลูมิเนียม อลูมิเนียมสามารถผ่านกระบวนการได้แม้จะมีกรดไนตริกเจือจางก็ตาม กรดไนตริกที่มีความเข้มข้นใดๆ จะไม่ส่งผลต่อทองคำ แพลทินัม แทนทาลัม โรเดียม และอิริเดียม ทองคำและแพลตตินัมละลายใน Aqua Regia ซึ่งเป็นส่วนผสมของกรดไนตริกและกรดไฮโดรคลอริกเข้มข้นในอัตราส่วน 1: 3
Au + HNO 3 + 4HCl \u003d H + NO + 2H 2 O
ผลการออกซิไดซ์อย่างแรงของ aqua regia เกิดจากการก่อตัวของอะตอมคลอรีนระหว่างการสลายตัวของไนโตรซิลคลอไรด์ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์จากปฏิกิริยาของกรดไนตริกกับไฮโดรเจนคลอไรด์
HNO 3 + 3HCl \u003d Cl 2 + NOCl + 2H 2 O;
NOCl = NO + Cl×
ตัวทำละลายที่มีประสิทธิภาพสำหรับโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำคือส่วนผสมของกรดไนตริกเข้มข้นและกรดไฮโดรฟลูออริก
3Ta + 5HNO 3 + 21HF = 3H 2 + 5NO + 10H 2 O
กรดไนตริกเจือจางเมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะที่ไม่ใช่โลหะและโลหะที่มีฤทธิ์ต่ำ จะลดลงเหลือไนตริกออกไซด์ (II) เป็นหลัก เช่น:
3P + 5HNO 3 (ราซบ) + 2H 2 O \u003d 3H 3 PO 4 + 5NO;
3Pb + 8HNO 3 (razb) \u003d 3Pb (NO 3) 2 + 2NO + 4H 2 O
โลหะที่ออกฤทธิ์จะลดกรดไนตริกเจือจางเป็น N 2 O, N 2 หรือ NH 4 NO 3 เช่น
4Zn + 10HNO 3 (razb) \u003d 4Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O
กรดไนตริกจำนวนมากนำไปใช้ในการผลิตปุ๋ยและวัตถุระเบิด
กรดไนตริกผลิตทางอุตสาหกรรมโดยวิธีสัมผัสหรืออาร์คซึ่งแตกต่างกันในระยะแรก - การผลิตไนตริกออกไซด์ (II) วิธีการอาร์กขึ้นอยู่กับการผลิต NO โดยการส่งอากาศผ่านอาร์กไฟฟ้า ในกระบวนการสัมผัส NO จะถูกสร้างขึ้นโดยการออกซิเดชันของแอมโมเนียกับออกซิเจนบนตัวเร่งปฏิกิริยาแพลตตินัม ถัดไป ไนตริกออกไซด์ (II) จะถูกออกซิไดซ์เป็นไนตริกออกไซด์ (IV) โดยออกซิเจนในบรรยากาศ โดยการละลาย NO 2 ในน้ำโดยมีออกซิเจนจะได้กรดไนตริกที่มีความเข้มข้น 60-65%
4NO 2 + O 2 + 2H 2 O \u003d 4HNO 3
หากจำเป็น กรดไนตริกจะถูกทำให้เข้มข้นโดยการกลั่นด้วยกรดซัลฟิวริกเข้มข้น ในห้องปฏิบัติการ สามารถรับกรดไนตริก 100% ได้โดยการกระทำของกรดซัลฟิวริกเข้มข้นกับโซเดียมไนเตรตที่เป็นผลึกเมื่อถูกความร้อน
นาโน 3 (cr) + H 2 SO 4 (conc) = HNO 3 + NaHSO 4
เกลือของกรดไนตริก- ไนเตรต - ละลายได้ดีในน้ำ ไม่เสถียรทางความร้อน การสลายตัวของไนเตรตของโลหะแอคทีฟ (ไม่รวมลิเธียม) ซึ่งอยู่ในชุดของศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดมาตรฐานทางด้านซ้ายของแมกนีเซียม ทำให้เกิดการก่อตัวของไนไตรต์ ตัวอย่างเช่น:
2KNO 3 \u003d 2KNO 2 + O 2
ในระหว่างการสลายตัวของลิเธียม แมกนีเซียมไนเตรต รวมถึงไนเตรตของโลหะ ซึ่งอยู่ในชุดของศักย์ไฟฟ้าอิเล็กโทรดมาตรฐานทางด้านขวาของแมกนีเซียม จนถึงทองแดง ส่วนผสมของไนตริกออกไซด์ (IV) และออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมา ตัวอย่างเช่น:
2Cu(หมายเลข 3) 2 \u003d 2CuO + 4NO 2 + O 2
ไนเตรตของโลหะที่อยู่ท้ายชุดกิจกรรมจะสลายตัวเป็นโลหะอิสระ:
2AgNO 3 \u003d 2Ag + 2NO 2 + O 2
โซเดียม โพแทสเซียม และแอมโมเนียมไนเตรตถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตดินปืนและวัตถุระเบิด รวมถึงปุ๋ยไนโตรเจน (ดินประสิว) แอมโมเนียมซัลเฟต น้ำแอมโมเนีย และคาร์บาไมด์ (ยูเรีย) - เอไมด์กรดคาร์บอนิกเต็มยังใช้เป็นปุ๋ย:
ไฮโดรเจน เอไซด์(ไดไนไตรโดไนเตรต) - HN 3 (HNN 2) - ของเหลวระเหยไม่มีสี (mp -80 ° C, bp 37 ° C) มีกลิ่นฉุน อะตอมไนโตรเจนส่วนกลางอยู่ใน sp ไฮบริดไดเซชัน สถานะออกซิเดชันคือ +5 อะตอมที่อยู่ติดกันมีสถานะออกซิเดชันที่ –3 โครงสร้างโมเลกุล:
สารละลายน้ำของ HN 3 - กรดไฮดราโซอิกมีความแข็งแรงใกล้เคียงกับกรดอะซิติก K a \u003d 2.6 × 10 -5 มีความคงตัวในสารละลายเจือจาง ได้มาจากปฏิกิริยาของไฮดราซีนและกรดไนตรัส:
N 2 H 4 + HNO 2 \u003d HN 3 + 2H 2 O
ในแง่ของคุณสมบัติออกซิไดซ์ HN 3 (HN +5 N 2) มีลักษณะคล้ายกับกรดไนตริก ดังนั้นหากปฏิกิริยาของโลหะกับกรดไนตริกทำให้เกิดไนตริกออกไซด์ (II) และน้ำจากนั้นด้วยกรดไฮดราโซอิก - ไนโตรเจนและแอมโมเนีย ตัวอย่างเช่น,
Cu + 3HN +5 N 2 = Cu(N 3) 2 + N 2 0 + NH 3
ส่วนผสมของ HN 3 และ HCl มีพฤติกรรมเหมือนน้ำกัดทอง เกลือของกรดไฮโดรไนตรัส - เอไซด์ อะไซด์ของโลหะอัลคาไลเท่านั้นที่ค่อนข้างเสถียร ที่อุณหภูมิ > 300 °C จะถูกทำลายโดยไม่มีการระเบิด ส่วนที่เหลือจะสลายตัวเมื่อเกิดการระเบิดเมื่อถูกกระแทกหรือได้รับความร้อน ตะกั่วอะไซด์ใช้ในการผลิตตัวจุดชนวน:
Pb(N 3) 2 = Pb + 3N 2 0
ผลิตภัณฑ์เริ่มต้นสำหรับการผลิตอะไซด์คือ NaN 3 ซึ่งเกิดขึ้นจากปฏิกิริยาของโซเดียมเอไมด์และไนตริกออกไซด์ (I):
NaNH 2 + N 2 O \u003d NaN 3 + H 2 O
4.2 ฟอสฟอรัส
ฟอสฟอรัสมีตัวแทนในธรรมชาติโดยหนึ่งไอโซโทป - 31 P คลาร์กของฟอสฟอรัสคือ 0.05 โมล% มันเกิดขึ้นในรูปของแร่ธาตุฟอสเฟต: Ca 3 (PO 4) 2 - ฟอสฟอไรต์, Ca 5 (PO 4) 3 X (X \u003d F, Cl, OH) - อะพาไทต์ มันเป็นส่วนหนึ่งของกระดูกและฟันของสัตว์และมนุษย์ เช่นเดียวกับองค์ประกอบของกรดนิวคลีอิก (DNA และ RNA) และกรดอะดีโนซีนฟอสฟอริก (ATP, ADP และ AMP)
ฟอสฟอรัสได้มาจากการลดฟอสฟอรัสด้วยโค้กต่อหน้าซิลิคอนไดออกไซด์
แคลเซียม 3 (PO 4) 2 + 3SiO 2 + 5C = 3CaSiO 3 + 2P + 5CO
สารง่าย ๆ - ฟอสฟอรัส - ก่อให้เกิดการดัดแปลงแบบ allotropic หลายอย่างซึ่งส่วนหลักคือฟอสฟอรัสสีขาวสีแดงและสีดำ ฟอสฟอรัสขาวเกิดขึ้นระหว่างการควบแน่นของไอฟอสฟอรัสและเป็นสารคล้ายขี้ผึ้งสีขาว (mp 44 ° C) ไม่ละลายในน้ำละลายได้ในตัวทำละลายอินทรีย์บางชนิด ฟอสฟอรัสขาวมีโครงสร้างโมเลกุลและประกอบด้วยโมเลกุลจัตุรมุข P 4 .
ความแข็งแรงของพันธะ (มุมวาเลนซ์ P-P-P เพียง 60 °) เป็นตัวกำหนดปฏิกิริยาและความเป็นพิษสูงของฟอสฟอรัสขาว (ปริมาณที่ทำให้ถึงตายคือประมาณ 0.1 กรัม) เนื่องจากฟอสฟอรัสขาวละลายได้ดีในไขมัน จึงไม่สามารถใช้นมเป็นยาแก้พิษได้ ในอากาศ ฟอสฟอรัสขาวจะติดไฟได้เองตามธรรมชาติ ดังนั้นจึงถูกเก็บไว้ในภาชนะเคมีที่ปิดสนิทภายใต้ชั้นน้ำ
ฟอสฟอรัสแดงมีโครงสร้างโพลีเมอร์ ได้มาจากการให้ความร้อนฟอสฟอรัสขาวหรือฉายรังสีด้วยแสง ต่างจากฟอสฟอรัสขาวตรงที่มีปฏิกิริยาเล็กน้อยและไม่เป็นพิษ อย่างไรก็ตาม ปริมาณฟอสฟอรัสสีขาวที่ตกค้างอาจทำให้ฟอสฟอรัสแดงเป็นพิษได้!
ฟอสฟอรัสดำได้มาจากการให้ความร้อนฟอสฟอรัสขาวภายใต้ความดัน 120,000 atm มีโครงสร้างเป็นโพลีเมอร์ มีคุณสมบัติเป็นเซมิคอนดักเตอร์ มีความเสถียรทางเคมี และไม่เป็นพิษ
คุณสมบัติทางเคมี. ฟอสฟอรัสขาวถูกออกซิไดซ์ตามธรรมชาติโดยออกซิเจนในบรรยากาศที่อุณหภูมิห้อง (การเกิดออกซิเดชันของฟอสฟอรัสสีแดงและสีดำเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน) ปฏิกิริยาเกิดขึ้นในสองขั้นตอนและมาพร้อมกับการเรืองแสง (เคมีเรืองแสง)
2P + 3O 2 \u003d 2P 2 O 3; P 2 O 3 + O 2 \u003d P 2 O 5
ฟอสฟอรัสยังทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์และฮาโลเจนแบบขั้นตอน
2P + 3Cl 2 \u003d 2PCl 3; PCl 3 + Cl 2 = PCl 5
เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะที่มีฤทธิ์ฟอสฟอรัสจะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์โดยสร้างฟอสไฟด์ - สารประกอบฟอสฟอรัสในสถานะออกซิเดชัน -3
3Ca + 2P = แคลิฟอร์เนีย 3 P 2
กรดออกซิไดซ์ (กรดไนตริกและกรดซัลฟิวริกเข้มข้น) ออกซิไดซ์ฟอสฟอรัสเป็นกรดฟอสฟอริก
P + 5HNO 3 (กระชับ) = H 3 PO 4 + 5NO 2 + H 2 O
เมื่อเดือดด้วยสารละลายอัลคาไลฟอสฟอรัสขาวจะไม่สมส่วน:
4P 0 + 3KOH + 3H 2 O = P -3 H 3 + 3KH 2 P +1 O 2
ฟอสฟีนโพแทสเซียมไฮโปฟอสไฟต์