खड्ड के पाठ्यक्रम की दिशा। रेडॉक्स प्रतिक्रिया की दिशा। शिक्षकों और छात्रों के लिए पद्धतिगत विकास

ऑक्सीकरण - कमी क्षमता इलेक्ट्रोड क्षमता की अवधारणा का एक विशेष, संकीर्ण मामला है। आइए इन अवधारणाओं पर करीब से नज़र डालें।

वी ओवीआरइलेक्ट्रॉन स्थानांतरण कम करने वाले एजेंट ऑक्सीकरण एजेंटकणों के सीधे संपर्क के साथ होता है, और ऊर्जा रासायनिक प्रतिक्रियागर्मी में बदल जाता है। ऊर्जा कोई भी ओवीआरविलयन में प्रवाहित होने पर विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है। उदाहरण के लिए, यदि रेडॉक्स प्रक्रियाओं को स्थानिक रूप से अलग किया जाता है, अर्थात। कम करने वाले एजेंट द्वारा इलेक्ट्रॉनों का स्थानांतरण बिजली के कंडक्टर के माध्यम से होगा। यह गैल्वेनिक कोशिकाओं में महसूस किया जाता है, जहां रासायनिक ऊर्जा से विद्युत ऊर्जा प्राप्त की जाती है।

आइए विचार करें कि कौन सा बायां बर्तन जिंक सल्फेट ZnSO 4 के घोल से भरा है, जिसमें एक जिंक प्लेट नीचे है, और दाहिने बर्तन को कॉपर सल्फेट CuSO 4 के घोल से भरा गया है, जिसमें तांबे की प्लेट को उतारा गया है।

परस्पर क्रियासमाधान और प्लेट के बीच, जो इलेक्ट्रोड के रूप में कार्य करता है, इलेक्ट्रोड को विद्युत आवेश प्राप्त करने में मदद करता है। धातु और इलेक्ट्रोलाइट समाधान के बीच इंटरफेस में उत्पन्न होने वाले संभावित अंतर को कहा जाता है इलेक्ट्रोड क्षमता... इसका अर्थ और चिन्ह (+ या -) विलयन की प्रकृति और उसमें मौजूद धातु से निर्धारित होता है। जब धातुओं को उनके लवण के घोल में डुबोया जाता है, तो अधिक सक्रिय (Zn, Fe, आदि) ऋणात्मक रूप से आवेशित होते हैं, और कम सक्रिय (Cu, Ag, Au, आदि) धनात्मक रूप से आवेशित होते हैं।

बिजली के कंडक्टर के साथ जस्ता और तांबे की प्लेट के कनेक्शन का परिणाम सर्किट में उपस्थिति है विद्युत प्रवाहकंडक्टर के साथ जस्ता से तांबे की प्लेट में बहने के कारण।

इस मामले में, जस्ता में इलेक्ट्रॉनों की संख्या में कमी होती है, जिसकी भरपाई Zn 2+ के समाधान में संक्रमण से होती है, अर्थात। जिंक इलेक्ट्रोड घुल जाता है - एनोड (ऑक्सीकरण प्रक्रिया).

Zn - 2e - = Zn 2+

बदले में, तांबे में इलेक्ट्रॉनों की संख्या में वृद्धि की भरपाई समाधान में निहित तांबे के आयनों के निर्वहन से होती है, जिससे तांबे के इलेक्ट्रोड पर तांबे का संचय होता है - कैथोड (वसूली प्रक्रिया):

Cu 2+ + 2e - = Cu

इस प्रकार, तत्व में निम्नलिखित प्रतिक्रिया होती है:

Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu

Zn + CuSO 4 = ZnSO 4 + Cu

मात्रात्मक रूप से विशेषताएँ रेडोक्सप्रक्रियाएं एक सामान्य हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के सापेक्ष मापी गई इलेक्ट्रोड क्षमता की अनुमति देती हैं (इसकी क्षमता शून्य मानी जाती है)।

संकल्प करना मानक इलेक्ट्रोड क्षमता एक सेल का उपयोग करें, जिनमें से एक इलेक्ट्रोड परीक्षण के तहत धातु (या गैर-धातु) है, और दूसरा हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड है। तत्व के ध्रुवों पर पाया गया संभावित अंतर अध्ययन के तहत धातु की सामान्य क्षमता को निर्धारित करने के लिए उपयोग किया जाता है।

रेडॉक्स संभावित

रेडॉक्स क्षमता के मूल्यों का उपयोग तब किया जाता है जब जलीय या अन्य समाधानों में प्रतिक्रिया की दिशा निर्धारित करना आवश्यक होता है।

आइए प्रतिक्रिया करते हैं

2Fe 3+ + 2I - = 2Fe 2+ + I 2

ताकि आयोडाइड आयन और लौह आयन एक चालक के माध्यम से अपने इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान किया... Fe 3+ और I - के घोल वाले जहाजों में, हम रखते हैं निष्क्रिय (प्लैटिनम या कार्बन) इलेक्ट्रोडऔर आंतरिक और बाहरी सर्किट को बंद करें। परिपथ में विद्युत धारा उत्पन्न होती है। आयोडाइड आयन अपने इलेक्ट्रॉनों को दान करते हैं, जो कंडक्टर के साथ Fe 3+ नमक के घोल में डूबे हुए एक निष्क्रिय इलेक्ट्रोड में प्रवाहित होंगे:

2I - - 2e - = मैं 2

2Fe 3+ + 2e - = 2Fe 2+

अक्रिय इलेक्ट्रोड की सतह पर ऑक्सीकरण-कमी प्रक्रियाएं होती हैं। एक निष्क्रिय इलेक्ट्रोड और एक समाधान के बीच इंटरफेस में उत्पन्न होने वाली क्षमता और एक पदार्थ के ऑक्सीकृत और कम दोनों रूपों को शामिल करता है, संतुलन क्षमता कहलाता है रेडॉक्स संभावित।रेडॉक्स विभव का मान अनेकों पर निर्भर करता है कारकों, जैसे कि:

• पदार्थ की प्रकृति(ऑक्सीकरण और कम करने वाला एजेंट)
• ऑक्सीकृत और कम रूपों की एकाग्रता। 25 डिग्री सेल्सियस के तापमान और 1 एटीएम के दबाव पर। रेडॉक्स क्षमता के मूल्य का उपयोग करके गणना की जाती है नर्नस्ट समीकरण:

ई =ई ° + (आरटी /एनएफ)एलएन (सी ठीक है / सी सूरज), कहां

ई इस जोड़ी की रेडॉक्स क्षमता है;

ई ° - मानक क्षमता (मापा गया) सी ठीक =सी सूरज);

आर - गैस स्थिरांक (आर = 8.314 जे);

टी - पूर्ण तापमान, के

n - रेडॉक्स प्रक्रिया में दान या प्राप्त इलेक्ट्रॉनों की संख्या;

एफ - फैराडे स्थिरांक (एफ = ९६४८४.५६ सी / मोल);

सी ठीक - ऑक्सीकृत रूप की एकाग्रता (गतिविधि);

सी वोस - कम रूप की एकाग्रता (गतिविधि)।

ज्ञात डेटा को समीकरण में प्रतिस्थापित करने और दशमलव लघुगणक के पास जाने पर, हमें समीकरण का निम्नलिखित रूप मिलता है:

ई =ई ° + (0,059/ एन)एलजी (सी ठीक है /सी सूरज)

पर सी ठीक>सी सूरज, ई>ई °और इसके विपरीत यदि सी ठीक है< सी सूरज, फिर इ< ई °

• घोल की अम्लता।वाष्प के लिए, जिसके ऑक्सीकृत रूप में ऑक्सीजन होता है (उदाहरण के लिए, Cr 2 O 7 2-, CrO 4 2-, MnO 4 -), घोल के pH में कमी के साथ, रेडॉक्स क्षमता बढ़ जाती है, अर्थात। एच + बढ़ने के साथ क्षमता बढ़ती है। इसके विपरीत, एच + घटने के साथ रेडॉक्स क्षमता घट जाती है।
• तापमान।जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, इस जोड़े की रेडॉक्स क्षमता भी बढ़ती है।

मानक रेडॉक्स क्षमताएं विशेष संदर्भ पुस्तकों की तालिका में प्रस्तुत की जाती हैं। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि 25 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर जलीय घोल में केवल प्रतिक्रियाओं पर विचार किया जाता है। ऐसी तालिकाएँ कुछ निष्कर्ष निकालना संभव बनाती हैं:

• मानक रेडॉक्स क्षमता का परिमाण और संकेत, हमें यह अनुमान लगाने की अनुमति दें कि रासायनिक प्रतिक्रियाओं में परमाणु, आयन या अणु कौन से गुण (ऑक्सीकरण या कम करने) प्रदर्शित करेंगे, उदाहरण के लिए

ई °(एफ 2/2 एफ -) = +2.87 वी - सबसे मजबूत ऑक्सीकरण एजेंट

ई °(के + / के) = - 2.924 वी - सबसे मजबूत कम करने वाला एजेंट

इस जोड़ी की रिकवरी क्षमता जितनी अधिक होगी, उतना ही अधिक अंकीय मूल्यइसकी नकारात्मक क्षमता, और ऑक्सीकरण क्षमता जितनी अधिक होगी, सकारात्मक क्षमता उतनी ही अधिक होगी।

• यह निर्धारित करना संभव है कि एक तत्व के किस यौगिक में सबसे मजबूत ऑक्सीकरण या कम करने वाले गुण होंगे।
• ओवीआर की दिशा की भविष्यवाणी करना संभव है... यह ज्ञात है कि गैल्वेनिक सेल का संचालन होता है बशर्ते कि संभावित अंतर सकारात्मक हो। चयनित दिशा में ओआरआर प्रवाह भी संभव है यदि संभावित अंतर का सकारात्मक मूल्य हो। ओआरआर कमजोर ऑक्सीकरण एजेंटों और मजबूत एजेंटों को कम करने वाले एजेंटों की ओर बहता है, उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया

एसएन 2+ + 2Fe 3+ = Sn 4+ + 2Fe 2+

यह व्यावहारिक रूप से आगे की दिशा में बहती है, क्योंकि

ई °(एसएन 4+ / एसएन 2+) = +0.15 वी, और ई °(Fe 3+ / Fe 2+) = +0.77 V, अर्थात। ई °(एसएन 4+ / एसएन 2+)< ई °(फ़े 3+ / फ़े 2+)।

Cu + Fe 2+ = Cu 2+ + Fe

आगे की दिशा में असंभव है और केवल दाएं से बाएं ओर बहती है, क्योंकि

ई °(घन 2+ / घन) = +0.34 वी, और ई °(Fe 2+ / Fe) = - 0.44 V, अर्थात। ई °(फ़े 2+ / फ़े)< ई °(घन 2+ / घन)।

आरवीआर की प्रक्रिया में, प्रारंभिक पदार्थों की मात्रा कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप ऑक्सीकरण एजेंट का ई कम हो जाता है, और कम करने वाले एजेंट का ई बढ़ जाता है। प्रतिक्रिया के अंत में, अर्थात्। रासायनिक संतुलन की शुरुआत के साथ, दोनों प्रक्रियाओं की क्षमता समान हो जाती है।

• यदि, इन शर्तों के तहत, कई ओआरआर संभव हैं,फिर, सबसे पहले, प्रतिक्रिया रेडॉक्स क्षमता में सबसे बड़े अंतर के साथ आगे बढ़ेगी।
• संदर्भ डेटा का उपयोग करके, आप प्रतिक्रिया का EMF निर्धारित कर सकते हैं.

तो, प्रतिक्रिया के ईएमएफ का निर्धारण कैसे करें?

आइए कई प्रतिक्रियाओं पर विचार करें और उनके ईएमएफ को परिभाषित करें:

1. Mg + Fe 2+ = Mg 2+ + Fe
2. एमजी + 2एच + = एमजी 2+ + एच 2
3. Mg + Cu 2+ = Mg 2+ + Cu

ई °(एमजी 2+ / एमजी) = - 2.36 वी

ई °(2एच + / एच 2) = 0.00V

ई °(घन 2+ / घन) = +0.34 वी

ई °(Fe 2+ / Fe) = - 0.44 V

प्रतिक्रिया के ईएमएफ का निर्धारण करने के लिए,आपको ऑक्सीकरण एजेंट की क्षमता और कम करने वाले एजेंट की क्षमता के बीच अंतर खोजने की जरूरत है

ईएमएफ = ई 0 ठीक - ई 0 वसूली

1. ईएमएफ = - 0.44 - (- 2.36) = 1.92 वी
2. ईएमएफ = 0.00 - (- 2.36) = 2.36 वी
3. ईएमएफ = + 0.34 - (- 2.36) = 2.70 वी

उपरोक्त सभी प्रतिक्रियाएं आगे की दिशा में आगे बढ़ सकती हैं, क्योंकि उनका ईएमएफ> 0।

निरंतर संतुलन।

यदि प्रतिक्रिया की डिग्री निर्धारित करना आवश्यक हो जाता है, तो आप उपयोग कर सकते हैं निरंतर संतुलन।

उदाहरण के लिए, प्रतिक्रिया के लिए

Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu

लगाने से सामूहिक कार्रवाई का कानून, तुम लिख सकते हो

के = सी जेडएन 2+ / सी क्यू 2+

यहां संतुलन स्थिरांक Kजिंक और कॉपर आयनों की सांद्रता के संतुलन अनुपात को दर्शाता है।

संतुलन स्थिरांक के मान को लागू करके परिकलित किया जा सकता है नर्नस्ट समीकरण

ई =ई ° + (0,059/ एन)एलजी (सी ठीक है /सी सूरज)

हम समीकरण में Zn / Zn 2+ और Cu / Cu 2+ जोड़े की मानक क्षमता के मूल्यों को प्रतिस्थापित करते हैं, हम पाते हैं

ई 0 Zn / Zn2 + = -0.76 + (0.59/2) logC Zn / Zn2 and ई 0 Cu / Cu2 + = +0.34 + (0.59/2) logC Cu / Cu2 +

संतुलन की स्थिति में ई 0 Zn / Zn2 + = ई 0 Cu / Cu2 +, यानी।

0.76 + (0.59/2) logC Zn 2 = +0.34 + (0.59/2) logC Cu 2+, जहाँ से हम प्राप्त करते हैं

(०.५९ / २) (logC Zn २ - logC Cu २+) = ०.३४ - (-०.७६)

logK = लघुगणक (C Zn2 + / C Cu2 +) = 2 (0.34 - (-0.76)) / 0.059 = 37.7

संतुलन स्थिरांक का मान दर्शाता है कि प्रतिक्रिया लगभग अंत तक आगे बढ़ती है, अर्थात। जब तक कॉपर आयनों की सांद्रता जिंक आयनों की सांद्रता से 10 37.7 गुना कम हो जाती है।

निरंतर संतुलनतथा रेडॉक्स संभावितसामान्य सूत्र से संबंधित:

लॉगके = (ई 1 0 -ई 2 0) एन / 0.059, कहां

के - संतुलन स्थिरांक

ई 1 0 और ई 2 0 - क्रमशः ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट की मानक क्षमता

n कम करने वाले एजेंट द्वारा दान किए गए या ऑक्सीकरण एजेंट द्वारा लिए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या है।

अगर ई 1 0> ई 2 0, फिर लॉग करेंके> 0 और के> 1... नतीजतन, प्रतिक्रिया आगे की दिशा में (बाएं से दाएं) आगे बढ़ती है और यदि अंतर (ई 1 0 - ई 2 0) काफी बड़ा है, तो यह लगभग अंत तक जाता है।

इसके विपरीत, यदि ई 1 0< E 2 0 , то K будет очень мала ... प्रतिक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ती है, क्योंकि संतुलन दृढ़ता से बाईं ओर स्थानांतरित हो गया है। यदि अंतर (ई 1 0 - ई 2 0) महत्वहीन है, तो के 1 और यह प्रतिक्रिया अंत तक नहीं जाती है, जब तक कि इसके लिए आवश्यक शर्तें नहीं बनाई जाती हैं।

जानने संतुलन स्थिर मूल्यप्रयोगात्मक डेटा का सहारा लिए बिना, कोई भी रासायनिक प्रतिक्रिया की गहराई का न्याय कर सकता है। यह ध्यान में रखा जाना चाहिए कि मानक क्षमता के ये मूल्य प्रतिक्रिया के संतुलन की स्थापना की दर निर्धारित करने की अनुमति नहीं देते हैं।

रेडॉक्स विभव की सारणी के अनुसार लगभग 85,000 अभिक्रियाओं के लिए साम्यावस्था स्थिरांक ज्ञात करना संभव है।

गैल्वेनिक सेल का डायग्राम कैसे बनाते हैं?

1. ईएमएफ तत्व- मान धनात्मक है, क्योंकि गैल्वेनिक सेल में कार्य किया जाता है।
2. बिजली उत्पन्न करनेवाली परिपथ का EMF मानक्या सभी चरणों के इंटरफेस पर संभावित छलांग का योग है, लेकिन, यह देखते हुए कि ऑक्सीकरण एनोड पर होता है, एनोड क्षमता का मूल्य कैथोड क्षमता के मूल्य से घटाया जाता है।

इस प्रकार, गैल्वेनिक सेल का परिपथ बनाते समय बाएंउस इलेक्ट्रोड को रिकॉर्ड करें जिस पर ऑक्सीकरण प्रक्रिया (एनोड),ए दायी ओर- इलेक्ट्रोड जिस पर पुनर्प्राप्ति प्रक्रिया (कैथोड)।

1. चरण सीमाएक पंक्ति द्वारा निरूपित - |
2. इलेक्ट्रोलाइट ब्रिजदो कंडक्टरों की सीमा पर दो पंक्तियों द्वारा इंगित किया जाता है - ||
3. समाधान जिसमें इलेक्ट्रोलाइट ब्रिज डूबा हुआ हैइसके बाईं और दाईं ओर लिखा जाता है (यदि आवश्यक हो, तो समाधान की एकाग्रता भी यहां इंगित की गई है)। एक ही चरण के घटक, इस मामले में, अल्पविराम द्वारा अलग किए गए हैं।

उदाहरण के लिए, आइए बनाते हैं गैल्वेनिक सेल सर्किट, जिसमें निम्नलिखित प्रतिक्रिया की जाती है:

फे 0 + सीडी 2+ = फे 2+ + सीडी 0

गैल्वेनिक सेल में, एनोड एक लोहे का इलेक्ट्रोड होता है, और कैथोड एक कैडमियम इलेक्ट्रोड होता है।

एनोडफे 0 | फे 2+ || सीडी 2+ | सीडी 0 कैथोड

आपको समाधान के साथ विशिष्ट समस्याएं मिलेंगी।

श्रेणियाँ ,

रेडॉक्स क्षमता के मूल्यों से, कोई रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की दिशा का न्याय कर सकता है। समीकरण (7.4) के आधार पर, जो गिब्स मुक्त ऊर्जा डीजी में परिवर्तन के लिए अर्ध-प्रतिक्रियाओं के संभावित अंतर से संबंधित है, और यह याद करते हुए कि किसी भी रासायनिक प्रक्रिया की संभावना डीजी के नकारात्मक मूल्य के कारण होती है, हम आकर्षित कर सकते हैं निम्नलिखित निष्कर्ष:

रेडॉक्स प्रतिक्रिया स्वचालित रूप से इस तरह की दिशा में आगे बढ़ेगी कि उच्च रेडॉक्स क्षमता वाली आधी प्रतिक्रिया कम क्षमता वाली आधी प्रतिक्रिया के संबंध में ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करती है।

इसी समय, यह ध्यान में रखा जाता है कि तालिकाओं में j 0 के मान एक दिशा में अर्ध-प्रतिक्रियाओं के लिए दिए जाते हैं - ऑक्सीकरण।

दूसरे शब्दों में, रेडॉक्स प्रतिक्रिया आगे बढ़ सकती है यदि संबंधित गैल्वेनिक सेल की अर्ध-प्रतिक्रियाओं का संभावित अंतर सकारात्मक है।

जैसे-जैसे प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है, अर्ध-प्रतिक्रियाओं में ऑक्सीकृत और कम रूपों की सांद्रता इस तरह से बदल जाती है कि ऑक्सीकरण एजेंट की क्षमता कम हो जाती है और कम करने वाले एजेंट की क्षमता बढ़ जाती है। नतीजतन, संभावित अंतर कम हो जाता है, प्रक्रिया की प्रेरक शक्ति कमजोर हो जाती है। रेडॉक्स प्रतिक्रिया तब तक जारी रहेगी जब तक कि अर्ध-प्रतिक्रियाओं की क्षमता बराबर नहीं हो जाती। जब विभव समान होते हैं, तो निकाय में रासायनिक संतुलन स्थापित हो जाता है।

पहले सन्निकटन के रूप में, पहले से ही अर्ध-प्रतिक्रियाओं की मानक क्षमता की तुलना करके, कोई इस प्रश्न को हल कर सकता है - उनमें से कौन दूसरे के संबंध में ऑक्सीकरण एजेंट या कम करने वाले एजेंट के कार्य को करने में सक्षम है। इसके लिए, मानक क्षमता एक दूसरे से काफी भिन्न होनी चाहिए। उदाहरण के लिए, जस्ता (j 0 = -0.76 V) तांबे (j 0 = +0.34 V) को कम कर देगा (विस्थापित) तांबे से जलीय घोलइस घोल के किसी भी साध्य सांद्रता पर इसके लवण। लेकिन, यदि मानक क्षमता के बीच का अंतर छोटा है (मानक क्षमता करीब हैं), तो समीकरण (7.2) के अनुसार सांद्रता को ध्यान में रखते हुए वास्तविक क्षमता की गणना करना आवश्यक है और उसके बाद ही प्रवाह की दिशा का प्रश्न तय करें इस रेडॉक्स का
टेलनी प्रतिक्रिया।

उदाहरण 12.प्रतिक्रिया की संभावना और दिशा स्थापित करें

2KBr + PbO 2 + 2H 2 SO 4 = Br 2 + PbSO 4 + K 2 SO 4 + 2H 2 O।

समाधान।प्रश्न का उत्तर देने के लिए, आइए प्रतिक्रिया को आयनिक रूप में लिखें, इसे अर्ध-प्रतिक्रियाओं में विभाजित करें, और अर्ध-प्रतिक्रियाओं की मानक क्षमताएँ लिखें:

2Br - + PbO 2 + 4H + = Pb 2+ + Br 2 + 2H 2 O।

१)बीआर २+२? = 2Br -; जे 0 = 1.09 बी,

2) पीबीओ 2 + 4 एच + + 2? = पंजाब 2+ + 2H 2 ओ; जे 0 = 1.46 बी।

व्यंजक के अनुसार (7.4) डीजे = जे ओके-ला - जे रेव-ला = 1.46 - 1.09 = 0.37 वी> 0।

इसलिए, डीजी< 0, т.е. реакция будет протекать слева направо. Из сопоставления потенциалов видно, что PbO 2 в кислой среде имеет больший потенциал, следовательно, он может окислить ионы Br - , которые образуют при этом Br 2 .

उदाहरण 13.रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की संभावना निर्धारित करें

ए) एचबीआरओ + एचआईओ = एचबीआरओ 3 + एचआई,

बी) एचबीआरओ + एचआईओ = एचबीआर + एचआईओ ३।

समाधान।आइए हम संगत अर्ध-प्रतिक्रियाओं और संगत विभवों को लिखें: अभिक्रिया के लिए a)

भाई 3 - + 5H + +4? = एचबीआरओ + 2 एच 2 ओ; जे 0 = 1.45 बी,

एचआईओ + एच + + 2 ई = आई - + एच 2 ओ; जे 0 = 0.99 बी।

समीकरण (7.3) का उपयोग करके, हम रेडॉक्स क्षमता का अंतर पाते हैं

डीजे 0 = जे 0 ओके-ला - जे 0 रेव-ला = 0.99 - 1.45 = -0.46 बी।

डीजे 0 . के बाद से< 0, то DG >0, इसलिए, प्रतिक्रिया असंभव है (यह विपरीत दिशा में आगे बढ़ती है)।

प्रतिक्रिया के लिए बी)

एचबीआरओ + एच + + 2? = बीआर - + एच 2 ओ; जे ० = १.३३ बी,

आईओ 3 - + 5 एच + + 4? = एचआईओ + 2 एच 2 ओ; जे 0 = 1.14।

डीजे 0 = जे 0 ओके-ला - जे 0 रिकवरी = 1.33 - 1.14 = 0.19 बी। चूंकि इस प्रतिक्रिया के लिए डीजे 0> 0, प्रतिक्रिया संभव है।

उदाहरण 14.क्या सीआर 2 ओ 7 2 में सीआर 3+ आयनों का ऑक्सीकरण संभव है - NO 3 - आयन की क्रिया से?

समाधान।ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में कार्य करते हुए, NO 3 आयन NO में कम हो जाता है, इसलिए हम निम्नलिखित अर्ध-प्रतिक्रियाओं की क्षमता की तुलना करेंगे:

नहीं 3 - + 4H + +3? = नहीं + 2 एच 2 ओ; जे 0 = 0.96 बी,

सीआर 2 ओ 7 2 - + 4 एच + + 6? = 2Cr 3+ + 7H 2 O; जे 0 = 1.33 बी।

डीजे 0 = जे 0 ओके-ला - जे 0 रेव-ला = 0.96 - 1.33 = -0.37 वी। डीजी> 0, यानी। NO 3 - आयन मानक परिस्थितियों में Cr 3+ -ion के संबंध में ऑक्सीकरण एजेंट नहीं हो सकता है।

इसके विपरीत, डाइक्रोमिक एसिड H 2 Cr 2 O 7 और इसके लवण ("डाइक्रोमेट्स") NO को HNO 3 में ऑक्सीकृत करते हैं।

= हमारी चर्चा =

ओवीआर प्रवाह मानदंड। मानक स्थितियां और मानक क्षमता

पद्धतिगत विकासशिक्षकों और छात्रों के लिए

ज्यादातर मामलों में, केमिस्ट (शुरुआती और काफी अनुभवी दोनों) को इस सवाल का जवाब देना होता है: क्या इन अभिकर्मकों के बीच एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया संभव है, और यदि संभव हो, तो ऐसी प्रतिक्रिया की पूर्णता क्या है? यह लेख इस समस्या को हल करने के लिए समर्पित है, जो अक्सर कठिनाइयों का कारण बनता है।यह ज्ञात है कि प्रत्येक ऑक्सीकरण एजेंट किसी दिए गए रूप को ऑक्सीकरण करने में सक्षम नहीं है। इस प्रकार, लेड डाइऑक्साइड PbO 2 आसानी से ब्रोमाइड आयन को एक अम्लीय माध्यम में PbO 2 + 2Br - + 4H + = Pb 2+ + Br 2 + 2H 2 O, आयरन (III) केशन द्वारा ब्रोमाइड आयन की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के अनुसार ऑक्सीकरण करता है। 2Fe 3+ + 2Br - ≠ 2Fe 2+ + Br 2 आगे नहीं बढ़ता है। ऐसे कई उदाहरणों पर विचार करने के बाद, यह निष्कर्ष निकालना आसान है कि विभिन्न ऑक्सीकरण एजेंट अपनी ऑक्सीकरण (ऑक्सीकरण) क्षमता में एक दूसरे से बहुत भिन्न हो सकते हैं। एक समान निष्कर्ष, निश्चित रूप से, पुनर्स्थापकों के संबंध में सत्य है। किसी दिए गए ऑक्सीकरण एजेंट (कम करने वाले एजेंट) की ऑक्सीकरण (कम करने) क्षमता अक्सर प्रतिक्रिया की स्थिति पर, विशेष रूप से, माध्यम की अम्लता पर महत्वपूर्ण रूप से निर्भर करती है। इस प्रकार, ब्रोमेट आयन ब्रोमाइड आयन को आसानी से ऑक्सीकृत कर देता है BrO 3 - + 5Br - + 6H + = 3Br 2 + 3H 2 O, यदि अम्लता काफी अधिक है, लेकिन ऑक्सीकरण कमजोर अम्लीय में नहीं होता है, और इससे भी अधिक एक में तटस्थ या क्षारीय वातावरण। विभिन्न ऑक्सीकरण एजेंटों की ऑक्सीकरण क्षमता, कम करने वाले एजेंटों की कम करने की क्षमता, ओआरपी के पाठ्यक्रम पर माध्यम की अम्लता के प्रभाव आदि के बारे में हमारे ज्ञान का स्रोत। अंततः अनुभव है। यह, निश्चित रूप से, हमारे अपने अनुभव के बारे में इतना नहीं है, जो हमेशा सीमित होता है, बल्कि कई पीढ़ियों के रसायनज्ञों के संचयी अनुभव के बारे में है, जिसने अब तक रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के एक कठोर और पूर्ण मात्रात्मक सिद्धांत का निर्माण किया है, जो सबसे सटीक प्रयोगों के अनुसार पूर्ण है।
MITHT के छात्रों द्वारा शारीरिक और आंशिक रूप से अध्ययन किया गया विश्लेषणात्मक रसायनशास्त्रओआरआर का थर्मोडायनामिक सिद्धांत ऑक्सीडेंट की एक स्पष्ट रैंकिंग के लिए इलेक्ट्रोड क्षमता और उनकी कठोर थर्मोडायनामिक गणना के परिणामों का उपयोग करता है और एजेंटों को उनकी ताकत से कम करता है और सटीक समीकरण तैयार करता है जो पहले से दी गई परिस्थितियों में किसी प्रतिक्रिया की संभावना और पूर्णता की भविष्यवाणी करने की अनुमति देता है।

इस मामले में, यह माना जाता है कि इंटरफेज़ सीमाओं पर प्रतिक्रियाएं तेजी से आगे बढ़ती हैं, और समाधान की मात्रा में - लगभग तुरंत। अकार्बनिक रसायन विज्ञान में, जहां प्रतिक्रियाओं में अक्सर आयन शामिल होते हैं, यह धारणा लगभग हमेशा उचित होती है (थर्मोडायनामिक रूप से संभव प्रतिक्रियाओं के कुछ उदाहरण जो वास्तव में गतिज कठिनाइयों के कारण आगे नहीं बढ़ते हैं, नीचे चर्चा की जाएगी)।

सामान्य और अकार्बनिक रसायन विज्ञान में ओवीआर का अध्ययन करते समय, हमारा एक कार्य छात्रों को सरल का सचेत उपयोग सिखाना है आरवीआर के सहज प्रवाह के लिए गुणात्मक मानदंडमानक परिस्थितियों में एक दिशा या किसी अन्य में और उनके पाठ्यक्रम की पूर्णतावास्तव में रासायनिक अभ्यास में उपयोग की जाने वाली स्थितियों के तहत (संभावित गतिज कठिनाइयों को ध्यान में रखे बिना)।

सबसे पहले, आइए हम अपने आप से निम्नलिखित प्रश्न पूछें: किसी विशेष अर्ध-प्रतिक्रिया में भाग लेने वाले ऑक्सीकरण एजेंट की ऑक्सीकरण क्षमता किस पर निर्भर करती है, उदाहरण के लिए, MnO 4 - + 8H + + 5e = Mn 2+ + 4H 2 O ? यद्यपि हम परंपरागत रूप से समान चिह्न का उपयोग करते हैं, न कि उत्क्रमणीयता चिह्न का, जब हम अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरणों और आयनिक OVR समीकरणों को समग्र रूप से लिखते हैं, वास्तव में, सभी प्रतिक्रियाएं रासायनिक रूप से एक डिग्री या किसी अन्य के लिए प्रतिवर्ती होती हैं, और इसलिए, संतुलन की स्थिति में साथ समान गतिप्रत्यक्ष और विपरीत दोनों प्रतिक्रियाएँ हमेशा होती हैं।
ऑक्सीकरण एजेंट एमएनओ 4 की एकाग्रता में वृद्धि - बढ़ जाती है, जैसा कि से जाना जाता है स्कूल पाठ्यक्रमरसायन विज्ञान, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की दर, अर्थात। संतुलन में दाईं ओर बदलाव की ओर जाता है; कम करने वाले एजेंट के ऑक्सीकरण की पूर्णता बढ़ जाती है। ले चेटेलियर के सिद्धांत का प्रयोग स्वाभाविक रूप से उसी निष्कर्ष की ओर ले जाता है।
इस प्रकार, एक ऑक्सीकरण एजेंट की ऑक्सीकरण क्षमता हमेशा इसकी एकाग्रता में वृद्धि के साथ बढ़ती है।
यह निष्कर्ष काफी तुच्छ और लगभग स्वतः स्पष्ट प्रतीत होता है।
हालाँकि, ठीक उसी तरह से तर्क करते हुए, हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि एक अम्लीय माध्यम में परमैंगनेट आयन की ऑक्सीकरण क्षमता हाइड्रोजन आयनों की सांद्रता में वृद्धि के साथ बढ़ेगी और Mn 2+ केशन की सांद्रता में वृद्धि के साथ घटेगी ( विशेष रूप से, प्रतिक्रिया के रूप में समाधान में इसके संचय के साथ) ...
सामान्य स्थिति में, ऑक्सीकरण एजेंट की ऑक्सीकरण क्षमता अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरण में दिखाई देने वाले सभी कणों की सांद्रता पर निर्भर करती है। साथ ही, इसकी वृद्धि, अर्थात्। अर्ध-प्रतिक्रिया के बाईं ओर कणों की सांद्रता में वृद्धि से ऑक्सीडाइज़र कमी प्रक्रिया को बढ़ावा मिलता है; इसके दाहिनी ओर कणों की सांद्रता में वृद्धि, इसके विपरीत, इस प्रक्रिया को रोकती है।
एक कम करने वाले एजेंट के ऑक्सीकरण और सामान्य रूप से रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं के संबंध में बिल्कुल वही निष्कर्ष निकाला जा सकता है (यदि वे आयनिक रूप में लिखे गए हैं)।

रेडॉक्स क्षमता

ऑक्सीकरण एजेंट की ऑक्सीकरण क्षमता का एक मात्रात्मक माप (और, साथ ही, इसके कम रूप की कम करने की क्षमता) इलेक्ट्रोड φ (इलेक्ट्रोड क्षमता) की विद्युत क्षमता है, जिस पर इसकी कमी की आधा प्रतिक्रिया और संबंधित अपचित रूप के ऑक्सीकरण की विपरीत अर्ध-प्रतिक्रिया एक साथ और समान दरों पर होती है।
यह रेडॉक्स क्षमता एक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के संबंध में मापा जाता है और ऑक्सीडाइज्ड फॉर्म-रिड्यूस फॉर्म पेयर की विशेषता है (इसलिए, अभिव्यक्ति "ऑक्सीकरण एजेंट क्षमता" और "कम करने वाले एजेंट क्षमता", सख्ती से बोल रहे हैं, गलत हैं)। जोड़ी की क्षमता जितनी अधिक होगी, ऑक्सीकरण एजेंट की ऑक्सीकरण क्षमता उतनी ही अधिक स्पष्ट होगी और, तदनुसार, कम करने वाले एजेंट की कम करने की क्षमता कमजोर होगी।
और इसके विपरीत: कम क्षमता (अप करने के लिए नकारात्मक मान), कम रूप के कम करने वाले गुण अधिक स्पष्ट होते हैं और कमजोर इसके साथ संयुग्मित ऑक्सीडेंट के ऑक्सीकरण गुण होते हैं।
भौतिक रसायन विज्ञान पाठ्यक्रम में इलेक्ट्रोड के प्रकार, एक मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के डिजाइन और क्षमता को मापने के तरीकों पर विस्तार से चर्चा की गई है।

नर्नस्ट समीकरण

एक अम्लीय माध्यम में परमैंगनेट आयन की कमी की अर्ध-प्रतिक्रिया के अनुरूप रेडॉक्स क्षमता की निर्भरता (और, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, एक में परमैंगनेट आयन में एमएन 2+ केशन के ऑक्सीकरण की एक साथ आधा प्रतिक्रिया अम्लीय माध्यम) को निर्धारित करने वाले उपरोक्त कारकों पर नर्नस्ट समीकरण φ (एमएनओ 4 -, एच + / एमएन 2+) = φ ओ (एमएनओ 4 -, एच + / एमएन 2+) द्वारा मात्रात्मक रूप से वर्णित किया गया है + आर टी / 5एफएलएन 8 /। सामान्य तौर पर, नर्नस्ट समीकरण आमतौर पर सशर्त रूप में लिखा जाता है φ (ऑक्स / रेड) = ओ (ऑक्स / रेड) + आर टी/(एनएफ) एलएन / ऑक्सीडाइज़र कमी ऑक्स + . की अर्ध-प्रतिक्रिया के सशर्त संकेतन के अनुरूप नी- = लाल

संकेत के तहत प्रत्येक सांद्रता प्राकृतिकनर्नस्ट समीकरण में अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरण में दिए गए कण के स्टोइकोमेट्रिक गुणांक के अनुरूप शक्ति तक बढ़ा दिया जाता है, एन- ऑक्सीकारक द्वारा स्वीकृत इलेक्ट्रॉनों की संख्या, आर- सार्वभौमिक गैस स्थिरांक, टी- तापमान, एफफैराडे संख्या है।

प्रतिक्रिया के दौरान प्रतिक्रिया पोत में रेडॉक्स क्षमता को मापें, अर्थात। किसी भी संतुलन की स्थिति में, यह असंभव है, क्योंकि क्षमता को मापते समय, इलेक्ट्रॉनों को कम करने वाले एजेंट से ऑक्सीकरण एजेंट को सीधे नहीं, बल्कि इलेक्ट्रोड को जोड़ने वाले धातु कंडक्टर के माध्यम से स्थानांतरित किया जाना चाहिए। इस मामले में, बाहरी (क्षतिपूर्ति) संभावित अंतर के आवेदन के कारण इलेक्ट्रॉन हस्तांतरण दर (वर्तमान ताकत) को बहुत कम रखा जाना चाहिए। दूसरे शब्दों में, इलेक्ट्रोड विभव का मापन केवल संतुलन स्थितियों में ही संभव है, जब ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट के बीच सीधे संपर्क को बाहर रखा जाता है।
इसलिए, नेर्नस्ट समीकरण में वर्ग कोष्ठक, हमेशा की तरह, संतुलन (माप की शर्तों के तहत) कण सांद्रता को दर्शाते हैं। हालांकि प्रतिक्रिया के दौरान रेडॉक्स जोड़े की क्षमता को मापा नहीं जा सकता है, लेकिन वर्तमान वाले को नर्नस्ट समीकरण में प्रतिस्थापित करके उनकी गणना की जा सकती है, अर्थात। समय के एक निश्चित क्षण के अनुरूप सांद्रता।
यदि हम प्रतिक्रिया के रूप में क्षमता में परिवर्तन पर विचार करते हैं, तो पहले ये प्रारंभिक सांद्रता हैं, फिर सांद्रता जो समय पर निर्भर करती हैं, और अंत में, प्रतिक्रिया की समाप्ति के बाद, संतुलन।
जैसे-जैसे प्रतिक्रिया आगे बढ़ती है, नर्नस्ट समीकरण द्वारा गणना की गई ऑक्सीडेंट क्षमता कम हो जाती है, जबकि दूसरी छमाही प्रतिक्रिया के अनुरूप कम करने वाले एजेंट की क्षमता, इसके विपरीत, बढ़ जाती है। जब ये क्षमताएँ बराबर हो जाती हैं, तो प्रतिक्रिया रुक जाती है, और सिस्टम रासायनिक संतुलन की स्थिति में आ जाता है।

मानक रेडॉक्स क्षमता

नर्नस्ट समीकरण के दाईं ओर पहला पद मानक रेडॉक्स क्षमता है, अर्थात। मानक स्थितियों के तहत संभावित मापा या अधिक बार गणना की जाती है।
मानक स्थितियों के तहत, एक समाधान में सभी कणों की एकाग्रता 1 mol / L के बराबर होती है, और समीकरण के दाईं ओर दूसरा शब्द गायब हो जाता है।
गैर-मानक स्थितियों के तहत, जब कम से कम एक सांद्रता 1 mol / L के बराबर नहीं होती है, तो नर्नस्ट समीकरण द्वारा निर्धारित क्षमता मानक एक से भिन्न होती है। गैर-मानक स्थितियों के तहत संभावित को अक्सर कहा जाता है वास्तविक क्षमता.
कड़ाई से बोलते हुए, "विद्युत रासायनिक क्षमता" शब्द की सिफारिश नहीं की जाती है, क्योंकि इसे एक और मात्रा (आयन की रासायनिक क्षमता का योग और इसकी विद्युत क्षमता द्वारा इसके आवेश के उत्पाद) को सौंपा जाता है, जो छात्रों को इस दौरान मिलेंगे भौतिक रसायन। यदि एक या अधिक गैसें ORR में भाग लेती हैं, तो उनकी मानक अवस्थाएँ 1 atm = 101300 Pa के दाब पर अवस्थाएँ होती हैं। मानक राज्यों और मानक क्षमता का निर्धारण करते समय तापमान मानकीकृत नहीं है और कोई भी हो सकता है, लेकिन संदर्भ पुस्तकों में मानक क्षमता की तालिकाएं संकलित की जाती हैं टी= 298 K (25 C के बारे में)।

छात्र को पदार्थों की मानक अवस्थाओं को सामान्य परिस्थितियों से अलग करना चाहिए जिनमें अनिवार्य रूप से उनके साथ कुछ भी सामान्य नहीं है ( आर= 1 एटीएम, टी= २७३ K), जिससे, आदर्श गैसों के लिए अवस्था समीकरण का उपयोग करते हुए पीवी = एनआरटी, यह अन्य स्थितियों में मापी गई गैसों की मात्रा देने के लिए प्रथागत है।

अवरोही क्रम में संकलित मानक क्षमता की तालिका, विशिष्ट रूप से ऑक्सीडेंट (यानी। विभिन्न रेडॉक्स जोड़े के ऑक्सीकृत रूप) उनकी ताकत के अनुसार। उसी समय, पुनर्स्थापकों को शक्ति द्वारा क्रमबद्ध किया जाता है ( पुनर्गठित भाप रूपों).

मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया की दिशा के लिए मानदंड।

यदि प्रतिक्रिया मिश्रण में ओआरपी के दौरान प्रारंभिक सामग्री और उनके द्वारा बनाए गए प्रतिक्रिया उत्पाद दोनों होते हैं, या दूसरे शब्दों में, दो ऑक्सीकरण एजेंट और दो कम करने वाले एजेंट होते हैं, तो प्रतिक्रिया की दिशा निर्धारित होती है कि कौन से ऑक्सीकरण एजेंट इन शर्तों के तहत, नर्नस्ट समीकरण के अनुसार, मजबूत हो जाता है।
मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया की दिशा निर्धारित करना विशेष रूप से आसान है, जब इसमें भाग लेने वाले सभी पदार्थ (कण) अपनी मानक अवस्था में होते हैं। जाहिर है, उच्च मानक क्षमता वाले जोड़े का ऑक्सीडाइज़र इन परिस्थितियों में मजबूत हो जाता है।
यद्यपि मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया की दिशा विशिष्ट रूप से इससे निर्धारित होती है, हम इसे पहले से जाने बिना प्रतिक्रिया समीकरण लिख सकते हैं या अधिकार(मानक स्थितियों के तहत प्रतिक्रिया वास्तव में हमारे द्वारा स्वीकार की जाती है, अर्थात आगे की दिशा में) या सही नहीं(प्रतिक्रिया हमारे द्वारा ली गई विपरीत दिशा में जा रही है)।
OVR समीकरण का कोई भी रिकॉर्ड एक निश्चित अनुमान लगाता है ऑक्सीडाइज़र का विकल्पसमीकरण के बाईं ओर। यदि मानक परिस्थितियों में यह ऑक्सीकरण एजेंट अधिक मजबूत होता है, तो प्रतिक्रिया आगे बढ़ेगी सीधेदिशा, यदि नहीं - in उलटना.
एक रेडॉक्स जोड़ी की मानक क्षमता, जिसमें हमने जो ऑक्सीकरण एजेंट चुना है, वह ऑक्सीकृत रूप है, कहा जाएगा आक्सीकारक क्षमताо ठीक है, और एक अन्य जोड़ी की मानक क्षमता, जिसमें कम किया गया रूप हमारे द्वारा चुना गया कम करने वाला एजेंट है, है एजेंट क्षमता को कम करना Sun . के बारे में

मात्रा о = φ о ОК - о BC कहलाती है मानक रेडॉक्स संभावित अंतर.
इन पदनामों की शुरूआत के बाद प्रतिक्रिया दिशा मानदंडमानक परिस्थितियों में, आप एक साधारण रूप दे सकते हैं:

यदि o> 0, मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया आगे की दिशा में आगे बढ़ती है; अगर के बारे में< 0, то в обратном. छात्र को यह समझना चाहिए कि वास्तव में, मानक परिस्थितियों में, प्रतिक्रियाएं कभी नहीं की जाती हैं, यदि केवल इसलिए कि प्रतिक्रिया उत्पाद प्रतिक्रिया मिश्रण में शुरू में अनुपस्थित हैं।
यदि हम जानबूझकर मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया करना चाहते हैं, तो भी यह आसान नहीं होगा। दरअसल, मान लीजिए कि हमने किसी तरह मानक प्रतिक्रिया की स्थिति प्रदान की (यानी, इसमें भाग लेने वाले सभी पदार्थों की मानक अवस्थाएं) समय के पहले क्षण में।
लेकिन जैसे ही प्रतिक्रिया शुरू होती है, स्थितियां मानक नहीं रह जाएंगी, क्योंकि सभी सांद्रता बदल जाएगी।
फिर भी, हम मानक परिस्थितियों में मानसिक रूप से प्रतिक्रिया के पाठ्यक्रम की कल्पना कर सकते हैं। इसके लिए, प्रतिक्रिया मिश्रण की मात्रा को बहुत बड़ा (सीमा में - असीम रूप से बड़ा) माना जाना चाहिए, फिर प्रतिक्रिया के दौरान पदार्थों की एकाग्रता नहीं बदलेगी। इस मानदंड का वास्तविक अर्थ मानक स्थितियों के तहत दो ऑक्सीडेंट की ताकत की तुलना करना है: यदि o> 0, तो आयनिक ओआरपी समीकरण के बाईं ओर ऑक्सीडाइज़र समीकरण के दाईं ओर दूसरे ऑक्सीडाइज़र से अधिक मजबूत होता है।

ओवीआर की पूर्णता के लिए मानदंड (या ओवीआर की रासायनिक अपरिवर्तनीयता की कसौटी)

о> 0 पर आगे की दिशा में आगे बढ़ने वाली प्रतिक्रिया की पूर्णता की डिग्री о के मान पर निर्भर करती है। आगे बढ़ने के लिए प्रतिक्रिया के लिए लगभग पूरी तरह सेया "अंत तक", यानी। प्रारंभिक कणों (आयनों, अणुओं) में से कम से कम एक के समाप्त होने तक, या, दूसरे शब्दों में, कि यह था रासायनिक रूप से अपरिवर्तनीय, यह आवश्यक है कि मानक क्षमता का अंतर काफी बड़ा था।
ध्यान दें कि कोई भी प्रतिक्रिया, उसकी रासायनिक उत्क्रमणीयता की परवाह किए बिना, हमेशा होती है थर्मोडायनामिक रूप से अपरिवर्तनीययदि यह एक परखनली या अन्य रासायनिक रिएक्टर में प्रवाहित होता है, अर्थात एक प्रतिवर्ती गैल्वेनिक सेल या अन्य विशेष उपकरण के बाहर)। कई मैनुअल के लेखक ओआरआर की पूर्णता के लिए एक मानदंड के रूप में ओ> 0.1 वी की स्थिति पर विचार करते हैं। कई प्रतिक्रियाओं के लिए, यह स्थिति सही है, हालांकि, ओआरआर की पूर्णता (अधिक सटीक, प्रतिक्रिया की डिग्री) ) o के दिए गए मान पर, इसके आयनिक समीकरण में स्टोइकोमेट्रिक गुणांकों के साथ-साथ अभिकर्मकों की प्रारंभिक सांद्रता पर निर्भर करता है।
नर्नस्ट समीकरण का उपयोग करके गणना, जो आपको खोजने की अनुमति देता है OVR का संतुलन स्थिरांक, और सामूहिक क्रिया का नियम दर्शाता है कि प्रतिक्रियाएं निश्चित रूप से o> 0.4 पर रासायनिक रूप से अपरिवर्तनीय हैं।
इस मामले में, प्रतिक्रिया हमेशा होती है, अर्थात। किसी के लिए आरंभिक स्थितियां(बेशक, अब हम मानक स्थितियों के बारे में बात नहीं कर रहे हैं), आगे की दिशा में अंत तक जाता है।
पूरी तरह से इसी तरह, अगर के बारे में< – 0,4 В, реакция всегда протекает до конца, но в обратном направлении.
ऐसी प्रतिक्रियाओं की दिशा और पूर्णता बदलें, अर्थात। रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती प्रतिक्रियाओं के विपरीत, सभी इच्छाओं के साथ उन्हें नियंत्रित करना असंभव है, जिसके लिए< Δφ о < 0,4 В или –0,4 В < Δφ о < 0.

पहले मामले में, मानक परिस्थितियों में, प्रतिक्रिया हमेशा आगे की दिशा में आगे बढ़ती है। इसका मतलब यह है कि समय के प्रारंभिक क्षण में प्रतिक्रिया उत्पादों की अनुपस्थिति में, प्रतिक्रिया सभी अधिक (यानी हमेशा भी) आगे की दिशा में आगे बढ़ेगी, लेकिन अंत तक नहीं।
प्रतिक्रिया के एक अधिक पूर्ण पाठ्यक्रम की सुविधा है अधिकएक या अधिक अभिकर्मक और प्रतिक्रिया के क्षेत्र से वापसीएक तरह से या इसके किसी अन्य उत्पाद।
उनकी रासायनिक उत्क्रमणीयता के बावजूद ऐसी प्रतिक्रियाओं का काफी पूर्ण पाठ्यक्रम प्राप्त करना अक्सर संभव होता है।
दूसरी ओर, आमतौर पर ऐसी स्थितियाँ बनाना भी संभव है जिनके तहत ऐसी प्रतिक्रिया विपरीत दिशा में आगे बढ़ेगी। ऐसा करने के लिए, "अभिकर्मकों" की उच्च सांद्रता बनाना आवश्यक है (अब तक हम उन्हें मानते थे उत्पादोंप्रतिक्रिया), अपने "उत्पादों" की अनुपस्थिति में प्रतिक्रिया शुरू करें (अर्थात। अभिकर्मकों, प्रतिक्रिया के प्रत्यक्ष क्रम में) और प्रतिक्रिया के दौरान उनकी एकाग्रता को यथासंभव कम बनाए रखने का प्रयास करें।

इसी तरह सामान्य दृष्टि सेके बारे में के साथ रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती ORR पर विचार करना संभव है< 0. Вместо этого обсудим возможности управления конкретной химической реакцией Cu (т) + 2H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO 2(г) + 2H 2 O или в ионном виде: Cu (т) + 4H + + SO 4 2- = Cu 2+ + SO 2(г) + 2H 2 O с Δφ о = – 0,179 В. В стандартных условиях, когда концентрации ионов H + , SO 4 2- , Cu 2+ в водном растворе равны 1 моль/л, а давление SO 2 составляет 1 атм, эта реакция протекает в обратном направлении, т.е. диоксид серы восстанавливает катион Cu 2+ до порошка металлической меди.
सबसे पहले ध्यान दें कि हम अभी तक किसी भी केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के बारे में बात नहीं कर रहे हैं।
दूसरा, केवल . का उपयोग करके एक मानक आयन सांद्रता समाधान बनाएं सल्फ्यूरिक एसिडऔर कॉपर सल्फेट असंभव है, और अगर हम इस समस्या को हल करना चाहते हैं (और क्यों?) तो हमें पदार्थों के अन्य संयोजनों का उपयोग करना होगा, उदाहरण के लिए, NaHSO 4 + CuCl 2 या HCl + CuSO 4, क्लोराइड आयनों के संभावित प्रभाव की उपेक्षा प्रतिक्रिया के क्रम में।
तांबे के धनायनों की कमी SO 2 के दबाव में वृद्धि और प्रतिक्रिया क्षेत्र से H + और SO 4 2- आयनों को हटाने से सुगम होती है (उदाहरण के लिए, Ba (OH) 2, Ca (OH) 2 जोड़कर, आदि।)।
इस मामले में, एक उच्च - 100% के करीब - तांबे की कमी पूर्णता प्राप्त की जा सकती है। दूसरी ओर, सल्फ्यूरिक एसिड की सांद्रता में वृद्धि, प्रतिक्रिया क्षेत्र से सल्फर डाइऑक्साइड और पानी को हटाने या बाद वाले को किसी अन्य तरीके से बांधने से प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया में योगदान होता है, और पहले से ही पहले के दौरान प्रयोगशाला कार्यछात्र सीधे सल्फर डाइऑक्साइड की रिहाई के साथ केंद्रित सल्फ्यूरिक एसिड के साथ तांबे की बातचीत का निरीक्षण कर सकते हैं।
चूँकि अभिक्रिया केवल अंतरापृष्ठ पर होती है, इसलिए इसकी दर कम होती है। इस तरह के विषम (यह कहना अधिक सटीक होगा - हेटरोफ़ेज़) प्रतिक्रियाएं हमेशा बेहतर होती हैं (अर्थ में - तेज़) गर्म होने पर। मानक क्षमता पर तापमान का प्रभाव छोटा होता है और आमतौर पर इस पर विचार नहीं किया जाता है। इस प्रकार, प्रतिवर्ती OVR को आगे और पीछे दोनों दिशाओं में किया जा सकता है। इस कारण से, उन्हें कभी-कभी कहा जाता है द्विपक्षीय, और हमें इस शब्द को स्वीकार करना चाहिए, जो दुर्भाग्य से, व्यापक वितरण प्राप्त नहीं हुआ है, अधिक सफल है, खासकर जब से यह उन अवधारणाओं के सामंजस्य से उत्पन्न होने वाली कठिनाइयों को शामिल नहीं करता है जिनमें कुछ भी सामान्य नहीं है रासायनिकतथा thermodynamicप्रतिवर्तीता और अपरिवर्तनीयता (एक छात्र के लिए यह समझना मुश्किल है कि सामान्य परिस्थितियों में कोई भी रासायनिक रूप से प्रतिवर्ती प्रतिक्रिया थर्मोडायनामिक रूप से अपरिवर्तनीय रूप से आगे बढ़ती है, लेकिन इस समझ के बिना, रासायनिक थर्मोडायनामिक्स की कई शाखाओं का सही अर्थ उसके लिए लगभग दुर्गम है)।
हम यह भी नोट करते हैं कि दोनों दिशाओं में, प्रतिवर्ती ओआरआर किसी भी अन्य रासायनिक प्रतिक्रियाओं की तरह अनायास (या, दूसरे शब्दों में, थर्मोडायनामिक रूप से अपरिवर्तनीय) आगे बढ़ते हैं।
गैर-सहज OVR केवल इलेक्ट्रोलिसिस या बैटरी चार्जिंग के दौरान होता है। इसलिए, शायद यह अधिक सही होगा कि प्रतिक्रियाओं के सहज पाठ्यक्रम को एक दिशा या किसी अन्य में पारित करने का उल्लेख न करें, बल्कि इसके बजाय सहज और गैर-सहज प्रक्रियाओं की अवधारणाओं का विश्लेषण करें।

आयन इंटरेक्शन में काइनेटिक कठिनाइयाँ

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, समाधान की पूरी मात्रा में होने वाले आयनों की भागीदारी के साथ प्रतिक्रियाएं लगभग हमेशा बहुत तेज़ी से आगे बढ़ती हैं। हालाँकि, अपवाद भी हैं। इस प्रकार, लोहे (III) धनायन 6Fe 3+ + 2NH 4 + N 2 + 6Fe 2+ + 8H + द्वारा अम्लीय माध्यम में अमोनियम धनायन की ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया थर्मोडायनामिक रूप से संभव है (Δφ о = 0.499 V), लेकिन में तथ्य यह नहीं जाता है।

कारण गतिज कठिनाइयाँयहाँ ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट के धनायनों का कूलम्ब प्रतिकर्षण है, जो उन्हें एक दूसरे के पास ऐसी दूरी पर आने से रोकता है जिस पर एक इलेक्ट्रॉनिक संक्रमण संभव है। इसी कारण से (लेकिन पहले से ही आयनों के कूलम्ब प्रतिकर्षण के कारण), नाइट्रेट आयन द्वारा आयोडाइड आयन का ऑक्सीकरण अम्लीय माध्यम में नहीं होता है, हालांकि इस प्रतिक्रिया के लिए o = 0.420 V।
जस्ता जोड़ने के बाद, तंत्र में तटस्थ अणु दिखाई देते हैं नाइट्रस तेजाब, जो कुछ भी आयोडाइड आयनों को ऑक्सीकरण करने से नहीं रोकता है।

1. संदर्भ डेटा का सहारा लिए बिना, स्थापित करें कि किस माध्यम (अम्लीय या क्षारीय) में निम्नलिखित रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं पूरी तरह से आगे बढ़ती हैं: ए) सीएल 0 → सीएल-आई + सीएल + आई बी) ब्र 0 → ब्र-आई + बीआर + वी। ... अम्लीय और क्षारीय मीडिया में इन प्रतिक्रियाओं के 0 की गणना करके अपने उत्तर की पुष्टि करें। 2. निम्नलिखित रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं (मानक ओआरपी शर्तों) में भाग लेने वाले कणों की मानक स्थिति और मानक शर्तों के तहत इन प्रतिक्रियाओं की दिशा को इंगित करें: ए) 2 केएमएनओ 4 + 3 एच 2 ओ 2 = 2 एमएनओ 2 (एस) + 3 ओ 2> ( g) + 2H 2 O + 2KOH b) Br 2 (p) + SO 2 (d) + 2H 2 O = 2HBr + H 2 SO 4 c) 2Al (s) + 2NaOH + 6H 2 O = 2Na + 3H 2 ( डी) डी) 2Сr 3+ + 6CO 2 (g) + 15H 2 O = Cr 2 O 7 2– + 8H 3 O + + 3H 2 C 2 O 4। 3. Fe (III) किस रूप में प्रबल ऑक्सीकारक है - Fe 3+ धनायन के रूप में या 3-आयन के रूप में? कम किए गए रूप क्रमशः Fe 2+ और 4– हैं। 4. Co (II) किस रूप में प्रबल अपचायक गुण प्रदर्शित करता है - Co 2+ धनायन या 2+ धनायन के रूप में? ऑक्सीकृत रूप क्रमशः o 3+ और 3+ हैं। 5. क्या अम्लीय माध्यम में निम्नलिखित प्रक्रियाओं के लिए पोटेशियम डाइक्रोमेट का ऑक्सीकरण एजेंट के रूप में उपयोग करना संभव है: ए) 2 एफ - 2 इ- = एफ 2 बी) 2बीआर - - 2 इ- = बीआर 2 सी) एचएनओ 2 + एच 2 ओ - 2 इ- = नहीं 3 - + 3 एच + डी) एमएन 2+ + 4 एच 2 ओ - 5 इ- = एमएनओ 4 - + 8 एच + ई) एच 2 एस - 2 इ- = एस + 2 एच +। 6. स्थापित करें कि क्या एक जलीय घोल तैयार करना संभव है जिसमें निम्नलिखित पदार्थ एक साथ हों: ए) पोटेशियम परमैंगनेट और पोटेशियम सल्फाइट बी) पोटेशियम परमैंगनेट और पोटेशियम सल्फेट सी) 3– और बीआर 2 डी) केएनओ 2 और एचआई ई) एच 2 एसओ 4 और एचसीएल... अगर उत्तर नहीं है, तो ओआरपी समीकरण के साथ इसका समर्थन करें। विकास को प्रोफेसर द्वारा संकलित किया गया था। वी.ए. मिखाइलोव और कला। रेव एल.आई. मॉस्को स्टेट एकेडमी ऑफ फाइन केमिकल टेक्नोलॉजी के अकार्बनिक रसायन विज्ञान विभाग के निर्णय के अनुसार पोक्रोव्स्काया। एम.वी. लोमोनोसोव।

विषय पर व्यावहारिक अभ्यास

"ऑक्सीडेटिव-रिड्यूसिंग
प्रतिक्रियाएं और इलेक्ट्रोकेमिकल
प्रक्रियाएं "

अनुशासन के लिए "रसायन विज्ञान"

अध्ययन गाइड

चेरेपोवेट्स

"रसायन विज्ञान" विषय में "रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं और विद्युत रासायनिक प्रक्रियाओं" विषय पर व्यावहारिक कक्षाएं: पाठ्यपुस्तक। विधि। भत्ता। चेरेपोवेट्स: GOU VPO ChGU, 2005.45 पी।

रसायन विज्ञान विभाग, प्रोटोकॉल संख्या 11 दिनांक 09.06.2004 की बैठक में विचार किया गया।

उच्च व्यावसायिक शिक्षा के राज्य शैक्षिक संस्थान, ChGU के धातुकर्म और रसायन विज्ञान संस्थान के संपादकीय और प्रकाशन आयोग द्वारा अनुमोदित, 21 जून, 2004 के प्रोटोकॉल नंबर 6।

संकलनकर्ता: ओ.ए. कैल्को - कैंडी। तकनीक। विज्ञान, एसोसिएट प्रोफेसर; एन.वी. कुनीना

समीक्षक: टी.ए. ओकुनेवा, एसोसिएट प्रोफेसर (जीओयू वीपीओ सीएचएसयू);

जी.वी. कोज़लोवा, के.डी. रसायन विज्ञान।, एसोसिएट प्रोफेसर (जीओयू वीपीओ सीएचएसयू)

वैज्ञानिक संपादक:जी.वी. कोज़लोवा - कैंड। रसायन विज्ञान, एसोसिएट प्रोफेसर

© जीओयू वीपीओ चेरेपोवेट्स स्टेट

वियना विश्वविद्यालय, 2005

परिचय

मैनुअल में संक्षिप्त सैद्धांतिक जानकारी, समस्या समाधान के उदाहरण और विकल्प शामिल हैं परीक्षण कार्यसामान्य रसायन विज्ञान के पाठ्यक्रम के "रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं और विद्युत रासायनिक प्रक्रियाओं" विषय पर। प्रशिक्षण मैनुअल की सामग्री रासायनिक और इंजीनियरिंग विशिष्टताओं के लिए अनुशासन "रसायन विज्ञान" के राज्य मानक से मेल खाती है।

ऑक्सीकरण-कमी प्रतिक्रियाएं

पदार्थों में तत्वों की ऑक्सीकरण अवस्था में परिवर्तन के साथ आगे बढ़ने वाली अभिक्रियाएँ कहलाती हैं रेडोक्स.

ऑक्सीकरण अवस्थातत्व (CO) किसी दिए गए परमाणु से दूसरे (ऋणात्मक CO) या किसी दिए गए परमाणु से दूसरे (धनात्मक CO) में विस्थापित इलेक्ट्रॉनों की संख्या कहलाता है। रासायनिक यौगिकया आयन।

1. एक साधारण पदार्थ में किसी तत्व का CO शून्य के बराबर होता है, उदाहरण के लिए:,।

2. एक आयनिक यौगिक में एक परमाणु आयन के रूप में एक तत्व का CO आयन के आवेश के बराबर होता है, उदाहरण के लिए:,,।

3. सहसंयोजक के साथ यौगिकों में ध्रुवीय बंधनऋणात्मक CO का परमाणु होता है सबसे बड़ा मूल्यइलेक्ट्रोनगेटिविटी (ईओ), और कुछ तत्वों के लिए निम्नलिखित सीओ विशेषता हैं:

- फ्लोरीन के लिए - "-1";

- ऑक्सीजन के लिए - "-2", पेरोक्साइड के अपवाद के साथ, जहां CO = -1, सुपरऑक्साइड (CO = -1/2), ओजोनाइड्स (CO = -1/3) और F 2 (CO = +2);

क्षार और क्षारीय पृथ्वी धातुओं के लिए, क्रमशः CO = +1 और +2।

4. एक उदासीन अणु में सभी तत्वों के CO का बीजगणितीय योग शून्य होता है, और एक आयन में - आयन का आवेश।

पदार्थों में अधिकांश तत्व चर CO प्रदर्शित करते हैं। उदाहरण के लिए, आइए विभिन्न पदार्थों में नाइट्रोजन के CO का निर्धारण करें:

किसी भी रेडॉक्स प्रतिक्रिया (ORR) में दो युग्मित प्रक्रियाएं होती हैं:

1. ऑक्सीकरणएक कण द्वारा इलेक्ट्रॉनों को छोड़ने की प्रक्रिया है, जिससे एक तत्व के सीओ में वृद्धि होती है:

2. स्वास्थ्य लाभएक कण द्वारा इलेक्ट्रॉनों को स्वीकार करने की प्रक्रिया है, जो एक तत्व के सीओ में कमी के साथ होती है:

वे पदार्थ जो ऑक्सीकरण के दौरान अपने इलेक्ट्रॉन दान करते हैं, कहलाते हैं संरक्षणकर्ताओं, और पदार्थ जो अपचयन प्रक्रिया में इलेक्ट्रॉन प्राप्त करते हैं वे हैं oxidants... यदि हम द्वारा निरूपित करते हैं ओहपदार्थ का ऑक्सीकृत रूप, और के माध्यम से लाल- बहाल, फिर किसी भी ओवीआर को दो प्रक्रियाओं के योग के रूप में दर्शाया जा सकता है:

लाल 1 – एन® ऑक्स 1 (ऑक्सीकरण);

ऑक्स 2 + एन ® लाल 2 (वसूली)।

परमाणुओं के कुछ रेडॉक्स गुणों की अभिव्यक्ति कई कारकों पर निर्भर करती है, जिनमें से सबसे महत्वपूर्ण तत्व की स्थिति है आवर्त सारणी, पदार्थ में इसका सीओ, प्रतिक्रिया में अन्य प्रतिभागियों द्वारा प्रदर्शित गुणों की प्रकृति। रेडॉक्स गतिविधि के अनुसार, पदार्थों को सशर्त रूप से तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है:

1. विशिष्ट कम करने वाले एजेंट- यह है सरल पदार्थजिनके परमाणुओं में कम ईओ मान होते हैं (उदाहरण के लिए, धातु, हाइड्रोजन, कार्बन), साथ ही ऐसे कण जिनमें उनके लिए न्यूनतम (निम्नतम) ऑक्सीकरण अवस्था में परमाणु होते हैं (उदाहरण के लिए, एक यौगिक में क्लोरीन)।

2. विशिष्ट ऑक्सीडेंट- ये सरल पदार्थ हैं, जिनमें से परमाणुओं को एक उच्च ईओ (उदाहरण के लिए, फ्लोरीन और ऑक्सीजन) के साथ-साथ कणों की विशेषता होती है, जिनमें उच्चतम (अधिकतम) सीओ (उदाहरण के लिए, एक यौगिक में क्रोमियम) में परमाणु होते हैं।

3. गुणों के रेडॉक्स द्वैत वाले पदार्थ,- ये कई गैर-धातुएं हैं (उदाहरण के लिए, सल्फर और फास्फोरस), साथ ही मध्यवर्ती सीओ में तत्व युक्त पदार्थ (उदाहरण के लिए, एक यौगिक में मैंगनीज)।

वे अभिक्रियाएँ जिनमें ऑक्सीकारक और अपचायक होते हैं विभिन्न पदार्थकहा जाता है आणविक... उदाहरण के लिए:

कुछ प्रतिक्रियाओं में, ऑक्सीकरण और कम करने वाले एजेंट एक ही अणु के तत्वों के परमाणु होते हैं जो प्रकृति में भिन्न होते हैं, ऐसे ओआरपी को कहा जाता है इंट्रामोलीक्युलर, उदाहरण के लिए:

वे अभिक्रियाएँ जिनमें ऑक्सीकारक और अपचायक एक ही तत्व का परमाणु होता है, जो एक ही पदार्थ का भाग होता है, कहलाती है अनुपातहीन प्रतिक्रिया(स्व-ऑक्सीकरण-स्व-उपचार), उदाहरण के लिए:

आरवीआर समीकरणों में गुणांक का चयन करने के कई तरीके हैं, जिनमें से सबसे आम इलेक्ट्रॉनिक संतुलन विधितथा आयन-इलेक्ट्रॉनिक समीकरण विधि(अन्यथा अर्ध-प्रतिक्रिया विधि) दोनों विधियां दो सिद्धांतों के कार्यान्वयन पर आधारित हैं:

1. सिद्धांत सामग्री संतुलन- प्रतिक्रिया से पहले और बाद में सभी तत्वों के परमाणुओं की संख्या समान होनी चाहिए;

2. सिद्धांत इलेक्ट्रॉनिक संतुलन- कम करने वाले एजेंट द्वारा दान किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या ऑक्सीकरण एजेंट द्वारा दान किए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या के बराबर होनी चाहिए।

इलेक्ट्रॉनिक संतुलन विधि सार्वभौमिक है, अर्थात इसका उपयोग किसी भी स्थिति में होने वाले आरवीआर को बराबर करने के लिए किया जा सकता है। अर्ध-प्रतिक्रिया विधि केवल ऐसी रेडॉक्स प्रक्रियाओं के लिए समीकरण तैयार करने के लिए लागू होती है जो समाधान में होती हैं। हालांकि, इलेक्ट्रॉनिक बैलेंस पद्धति पर इसके कई फायदे हैं। विशेष रूप से, इसका उपयोग करते समय, तत्वों के ऑक्सीकरण राज्यों को निर्धारित करने की आवश्यकता नहीं होती है, इसके अलावा, समाधान में माध्यम की भूमिका और कणों की वास्तविक स्थिति को ध्यान में रखा जाता है।

इलेक्ट्रॉनिक संतुलन विधि का उपयोग करके प्रतिक्रिया समीकरण तैयार करने के मुख्य चरणइस प्रकार हैं:

यह स्पष्ट है कि सीओ मैंगनीज (घटता) और लोहे में (बढ़ता) बदलता है। इस प्रकार, KMnO4 एक ऑक्सीकरण एजेंट है और FeSO4 एक कम करने वाला एजेंट है।

2. ऑक्सीकरण और अपचयन की अर्ध-अभिक्रियाएँ बनाएँ:

(स्वास्थ्य लाभ)

(ऑक्सीकरण)

3. गुणक के रूप में गुणांकों को इलेक्ट्रॉनों के सामने स्थानांतरित करके, उन्हें स्वैप करके प्राप्त और दिए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या को संतुलित करें:

½´ 1½´ 2

½´ 5½´ 10

यदि गुणांक एक दूसरे के गुणज हैं, तो उन्हें प्रत्येक को सबसे बड़े सामान्य गुणज से विभाजित करके कम किया जाना चाहिए। यदि गुणांक विषम हैं, और कम से कम एक पदार्थ के सूत्र में परमाणुओं की संख्या सम है, तो गुणांकों को दोगुना किया जाना चाहिए।

तो, विचाराधीन उदाहरण में, इलेक्ट्रॉनों के सामने गुणांक विषम (1 और 5) हैं, और सूत्र Fe 2 (SO 4) 3 में दो लोहे के परमाणु होते हैं, इसलिए गुणांक दोगुना हो जाता है।

4. रिकॉर्ड समग्र प्रतिक्रियाइलेक्ट्रॉनिक संतुलन। इस मामले में, प्राप्त और दिए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या समान होनी चाहिए और समीकरण के इस चरण में घटनी चाहिए।

5. अभिक्रिया के आण्विक समीकरण में गुणांकों को व्यवस्थित कीजिए तथा लुप्त पदार्थों को जोड़िए। इस मामले में, सीओ को बदलने वाले तत्वों के परमाणुओं वाले पदार्थों के सामने गुणांक इलेक्ट्रॉनिक संतुलन की कुल प्रतिक्रिया से लिया जाता है, और शेष तत्वों के परमाणुओं को सामान्य तरीके से बराबर किया जाता है, निम्नलिखित अनुक्रम का पालन करते हुए:

- धातु परमाणु;

- अधातुओं के परमाणु (ऑक्सीजन और हाइड्रोजन को छोड़कर);

- हाइड्रोजन परमाणु;

- ऑक्सीजन परमाणु।

माना उदाहरण के लिए

2KMnO 4 + 10FeSO 4 + 8H 2 SO 4 =
= 2MnSO 4 + 5Fe 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + 8H 2 O।

आयन-इलेक्ट्रॉनिक समीकरणों की विधि द्वारा प्रतिक्रियाओं को बराबर करते समयक्रियाओं के निम्नलिखित क्रम का पालन करें:

1. प्रतिक्रिया की योजना लिखें, तत्वों के सीओ निर्धारित करें, ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट की पहचान करें। उदाहरण के लिए:

क्रोमियम में सीओ परिवर्तन (घटता है) और लोहे में (बढ़ता है)। इस प्रकार, K 2 Cr 2 O 7 एक ऑक्सीकरण एजेंट है, और Fe एक कम करने वाला एजेंट है।

2. प्रतिक्रिया की आयनिक योजना को रिकॉर्ड करें। जिसमें मजबूत इलेक्ट्रोलाइट्सआयनों के रूप में दर्ज किए जाते हैं, और कमजोर इलेक्ट्रोलाइट्स, अघुलनशील और खराब घुलनशील पदार्थ, साथ ही गैसों को आणविक रूप में छोड़ दिया जाता है। विचाराधीन प्रक्रिया के लिए

के + + सीआर 2 ओ + फे + एच + + एसओ® सीआर 3+ + एसओ + फे 2+ + एच 2 ओ

3. आयनिक अर्ध-अभिक्रियाओं के समीकरण बनाइए। ऐसा करने के लिए, पहले उन तत्वों के परमाणुओं वाले कणों की संख्या को बराबर करें जिन्होंने अपने सीओ को बदल दिया है:

ए) अम्लीय मीडिया एच 2 ओ और (या) एच + में;

बी) तटस्थ मीडिया एच 2 ओ और एच + (या एच 2 ओ और ओएच -) में;

सी) क्षारीय मीडिया एच 2 ओ और (या) ओएच - में।

Cr 2 O + 14H + ® 2Cr 3+ + 7H 2 O

फिर एक निश्चित संख्या में इलेक्ट्रॉनों को जोड़कर या घटाकर आवेशों को बराबर किया जाता है:

12+ + 6 ē ® 6+

फे 0 - 2 ē ® फे 2+

4. इलेक्ट्रॉनिक संतुलन की विधि में वर्णित प्राप्त और दिए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या को संतुलित करें

12+ + 6 ē ® 6+ ½´2½´1

फे 0 - 2 ē ® फे 2+ ½´6½´3

5. आयन-इलेक्ट्रॉनिक संतुलन की कुल प्रतिक्रिया रिकॉर्ड करें:

सीआर 2 ओ + 14 एच + + 6 ē + 3Fe - 6 ē ® 2Cr 3+ + 7H 2 O + 3Fe 2+

6. प्रतिक्रिया के आणविक समीकरण में गुणांक रखें:

K 2 Cr 2 O 7 + 3Fe + 7H 2 SO 4 = Cr 2 (SO 4) 3 + 3FeSO 4 + K 2 SO 4 + 7H 2 O

दाढ़ समकक्ष द्रव्यमान की गणना एमएन एस OVR में ऑक्सीकरण एजेंट या कम करने वाले एजेंट को सूत्र के अनुसार किया जाना चाहिए

एमई =, (1)

कहां एम – दाढ़ जनपदार्थ, जी / मोल; एन- ऑक्सीकरण या कमी प्रक्रिया में शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या।

उदाहरण: आयन-इलेक्ट्रॉनिक संतुलन की विधि द्वारा प्रतिक्रिया को समान करें, ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट के दाढ़ समकक्ष द्रव्यमान की गणना करें

2 एस 3 + एचएनओ 3 ® एच 3 एएसओ 4 + एच 2 एसओ 4 + नहीं . के रूप में

समाधान

हम तत्वों के ऑक्सीकरण राज्यों को निर्धारित करते हैं, हम ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट की पहचान करते हैं

वी यह प्रोसेसऑक्सीकरण एजेंट - НNO 3, कम करने वाला एजेंट - 2 एस 3 के रूप में।

हम एक आयनिक प्रतिक्रिया योजना तैयार करते हैं

2 S 3 + H + + NO ® H + + AsO + SO + NO . के रूप में

हम आयन-इलेक्ट्रॉनिक अर्ध-प्रतिक्रियाओं को लिखते हैं और प्राप्त और दिए गए इलेक्ट्रॉनों की संख्या को संतुलित करते हैं:

0 – 28ē ® 28+ ½´3

3+ + 3ē ® 0 ½´28

हम अर्ध-प्रतिक्रियाओं को जोड़ते हैं और सारांश योजना को सरल बनाते हैं:

3As 2 S 3 + 60H 2 O + 28NO + 112H + ®
® 6AsO + 9SO + 120H + + 28NO + 56H 2 O

3As 2 S 3 + 4H 2 O + 28NO ® 6AsO + 9SO + 8H + + 28NO

हम गुणांक को आणविक समीकरण में स्थानांतरित करते हैं और प्रत्येक तत्व के परमाणुओं की संख्या को बराबर करते हैं:

3As 2 S 3 + 28HNO 3 + 4H 2 O = 6H 3 AsO 4 + 9H 2 SO 4 + 28NO

हम सूत्र (1) के अनुसार ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट के दाढ़ समकक्ष द्रव्यमान की गणना करते हैं:

एमई, आक्सीकारक = जी / मोल;

एमउह, कम करने वाला एजेंट = जी / मोल।

बहु-संस्करण समस्या संख्या १

विकल्पों में से एक के लिए, आयन-इलेक्ट्रॉनिक समीकरणों की विधि का उपयोग करके ओआरआर को बराबर करें। प्रतिक्रिया के प्रकार का निर्धारण करें और ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट के दाढ़ समकक्ष द्रव्यमान की गणना करें:

1.Zn + HNO 3 = Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O

2. FeSO 4 + KClO 3 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + KCl + H 2 O

3. Al + Na 2 MoO 4 + HCl = MoCl 3 + AlCl 3 + NaCl + H 2 O

4.एसबी 2 ओ 3 + एचबीआरओ 3 = एसबी 2 ओ 5 + एचबीआर

5. Fe + HNO 3 = Fe (NO 3) 3 + NO + H 2 O

6. Fe + HNO 3 = Fe (NO 3) 2 + NO 2 + H 2 O

7.Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 S + H 2 O

8. Zn + HNO 3 = Zn (NO 3) 2 + NO + H 2 O

9.सी + एच 2 एसओ 4 = सीओ + एसओ 2 + एच 2 ओ

10.पी + एचएनओ 3 + एच 2 ओ = एच 3 पीओ 4 + नहीं

11.पीबी + पीबीओ 2 + एच 2 एसओ 4 = पीबीएसओ 4 + एच 2 ओ

12. Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + SO 2 + H 2 O

13.सी + एचएनओ 3 = सीओ 2 + एनओ + एच 2 ओ

14. ना 2 एस + एचएनओ 3 = एस + नानो 3 + एनओ + एच 2 ओ

15.केएमएनओ 4 + एचसीएल = एमएनसीएल 2 + सीएल 2 + केसीएल + एच 2 ओ

16.केआईओ 3 + केआई + एच 2 एसओ 4 = आई 2 + के 2 एसओ 4 + एच 2 ओ

17.एस + एचएनओ 3 = एच 2 एसओ 4 + नहीं 2 + एच 2 ओ

18.Al + H 2 SO 4 = Al 2 (SO 4) 3 + SO 2 + H 2 O

19. FeSO 4 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + + H 2 O

20.के 2 सीआर 2 ओ 7 + एचसीएल = सीआरसीएल 3 + सीएल 2 + केसीएल + एच 2 ओ

21. Zn + HNO 3 = Zn (NO 3) 2 + N 2 O + H 2 O

22. K 2 SO 3 + Br 2 + H 2 O = K 2 SO 4 + HBr

23. के 2 सीआर 2 ओ 7 + केआई + एच 2 एसओ 4 = सीआर 2 (एसओ 4) 3 + आई 2 + के 2 एसओ 4 + एच 2 ओ

24. Zn + H 3 AsO 3 + HCl = AsH 3 + ZnCl 2 + H 2 O

25. HI + H 2 SO 4 = I 2 + H 2 S + H 2 O

26. सीआर 2 (एसओ 4) 3 + के 2 एसओ 4 + आई 2 + एच 2 ओ = के 2 सीआर 2 ओ 7 + केआई + एच 2 एसओ 4

27. एमएनओ 2 + केबीआर + एच 2 एसओ 4 = बीआर 2 + एमएनएसओ 4 + एच 2 ओ

28. HClO + FeSO 4 + H 2 SO 4 = Fe 2 (SO 4) 3 + Cl 2 + H 2 O

29. केएमएनओ 4 + के 2 एस + एच 2 एसओ 4 = एस + एमएनएसओ 4 + के 2 एसओ 4 + एच 2 ओ

30. CuCl + K 2 Cr 2 O 7 + HCl = CuCl 2 + CrCl 3 + KCl + H 2 O

ओवीआर प्रवाह की दिशा

किसी भी रासायनिक प्रक्रिया की तरह, आइसोबैरिक-इज़ोटेर्मल स्थितियों के तहत सहज ओआरआर की संभावना और पूर्णता का अनुमान सिस्टम डी की गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन के संकेत से लगाया जा सकता है। जीप्रक्रिया के दौरान। अनायास जब पी, टी = =आगे की दिशा में स्थिरांक, प्रतिक्रियाएँ हो सकती हैं जिसके लिए D जी < 0.

रेडॉक्स प्रक्रिया की गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन भी विद्युत कार्य के बराबर है जो सिस्टम इलेक्ट्रॉनों को कम करने वाले एजेंट से ऑक्सीकरण एजेंट में स्थानांतरित करने के लिए करता है, अर्थात

जहां घ इ- रेडॉक्स प्रक्रिया का ईएमएफ, वी; एफ- फैराडे स्थिरांक ( एफ= ९६ ४८५ "९६ ५०० सी/मोल); एन- इस प्रक्रिया में शामिल इलेक्ट्रॉनों की संख्या।

समीकरण (2) से यह निम्नानुसार है कि आगे की दिशा में ओआरआर के सहज प्रवाह की स्थिति रेडॉक्स प्रक्रिया के ईएमएफ का सकारात्मक मूल्य है (डी इ> ०)। मानक परिस्थितियों में ओवीआर के ईएमएफ की गणना समीकरण के अनुसार की जानी चाहिए

सिस्टम की मानक रेडॉक्स क्षमताएं कहां हैं। उनके मूल्यों को प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है और संदर्भ साहित्य में दिया जाता है (कुछ प्रणालियों के लिए, परिशिष्ट की तालिका 1 में रेडॉक्स क्षमताएं दी गई हैं)।

उदाहरण 1 ओआरआर प्रवाह की दिशा निर्धारित करें, जिसकी आयनिक योजना इस प्रकार है:

Fe 3+ + Cl - "Fe 2+ + Cl 2

समाधान

इस प्रक्रिया में, Fe 3+ आयन एक ऑक्सीकरण एजेंट है, और Cl आयन एक कम करने वाला एजेंट है। टेबल आवेदन के 1 में, हम अर्ध-प्रतिक्रियाओं की क्षमता पाते हैं:

फ़े 3+ + 1 ē = फे 2+, इ= 0.77 वी;

सीएल 2 + 2 ē = 2Cl -, इ= 1.36 वी.

सूत्र (3) का उपयोग करके, हम EMF की गणना करते हैं:

D . के मान के बाद से इ 0 < 0, то реакция идет самопроизвольно в обратном направлении.

उदाहरण 2. क्या FeCl3 के साथ H2S को मौलिक सल्फर में ऑक्सीकृत करना संभव है?

समाधान

आइए एक आयनिक प्रतिक्रिया योजना बनाएं:

फे 3+ + एच 2 एस ® फे 2+ + एस + एच +

इस प्रक्रिया में Fe 3+ आयन एक ऑक्सीकरण एजेंट की भूमिका निभाता है, और H 2 S अणु एक कम करने वाले एजेंट की भूमिका निभाता है।

हम संबंधित अर्ध-प्रतिक्रियाओं की रेडॉक्स क्षमता पाते हैं: इ= 0.77 वी; इ= ०.१७ वी.

ऑक्सीकरण एजेंट की क्षमता कम करने वाले एजेंट की क्षमता से अधिक है; इसलिए, लोहे (III) क्लोराइड का उपयोग करके हाइड्रोजन सल्फाइड को ऑक्सीकरण किया जा सकता है।

बहु-संस्करण समस्या संख्या 2

आयन-इलेक्ट्रॉनिक समीकरण विधि का उपयोग करके रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं में से एक को बराबर करें। मानक रेडॉक्स संभावित तालिका का उपयोग करके, ईएमएफ और डी की गणना करें जीप्रतिक्रिया, और इस ओआरआर के प्रवाह की दिशा भी इंगित करें:

1. CuS + H 2 O 2 + HCl = CuCl 2 + S + H 2 O

2.HIO 3 + H 2 O 2 = I 2 + O 2 + H 2 O

3.आई 2 + एच 2 ओ 2 = एचआईओ 3 + एच 2 ओ

4. Cr 2 (SO 4) 3 + Br 2 + NaOH = Na 2 CrO 4 + NaBr + Na 2 SO 4 + H 2 O

5.एच 2 एस + सीएल 2 + एच 2 ओ = एच 2 एसओ 4 + एचसीएल

6.I 2 + NaOH = NaI + NaIO + H 2 O

7. ना 2 सीआर 2 ओ 7 + एच 2 एसओ 4 + ना 2 एसओ 3 = सीआर 2 (एसओ 4) 3 + ना 2 एसओ 4 + एच 2 ओ

8.एच 2 एस + एसओ 2 = एस + एच 2 ओ

9.I 2 + NaOH = NaI + NaIO 3 + H 2 O

10. एमएनसीओ 3 + केसीएलओ 3 = एमएनओ 2 + केसीएल + सीओ 2

11. ना 2 एस + ओ 2 + एच 2 ओ = एस + नाओएच

12.पीबीओ 2 + एचएनओ 3 + एच 2 ओ 2 = पीबी (संख्या 3) 2 + ओ 2 + एच 2 ओ

13.पी + एच 2 ओ + एग्नो 3 = एच 3 पीओ 4 + एजी + एचएनओ 3

14.पी + एचएनओ 3 = एच 3 पीओ 4 + नहीं 2 + एच 2 ओ

15. एचएनओ 2 + एच 2 ओ 2 = एचएनओ 3 + एच 2 ओ

16. द्वि (NO 3) 3 + NaClO + NaOH = NaBiO 3 + NaNO 3 + NaCl + H 2 O

17.केएमएनओ 4 + एचबीआर + एच 2 एसओ 4 = एमएनएसओ 4 + एचबीआरओ + के 2 एसओ 4 + एच 2 ओ

18.एच 2 एसओ 3 + एच 2 एस = एस + एसओ 2 + एच 2 ओ

19. NaCrO 2 + PbO 2 + NaOH = Na 2 CrO 4 + Na 2 PbO 2 + H 2 O

20. NaSeO 3 + KNO 3 = Na 2 SeO 4 + KNO 2

21. केएमएनओ 4 + केओएच = के 2 एमएनओ 4 + ओ 2 + एच 2 ओ

22. पीबी + NaOH + एच 2 ओ = ना 2 + एच 2

23. PbO 2 + HNO 3 + Mn (NO 3) 2 = Pb (NO 3) 2 + HMnO 4 + H 2 O

24. एमएनओ 2 के + 2 एसओ 4 + केओएच = केएमएनओ 4 + के 2 एसओ 3 + एच 2 ओ

25. नहीं + एच 2 ओ + एचसीएलओ = एचएनओ 3 + एचसीएल

26. नहीं + एच 2 एसओ 4 + सीआरओ 3 = एचएनओ 3 + सीआर 2 (एसओ 4) 3 + एच 2 ओ

27. एमएनसीएल 2 + केबीआरओ 3 + केओएच = एमएनओ 2 + केबीआर + केसीएल + एच 2 ओ

28. सीएल 2 + केओएच = केसीएलओ + केसीएल + एच 2 ओ

29. CrCl 3 + NaClO + NaOH = Na 2 CrO 4 + NaCl + H 2 O

30. एच 3 पीओ 4 + एचआई = एच 3 पीओ 3 + आई 2 + एच 2 ओ

बिजली उत्पन्न करनेवाली तत्व

रासायनिक प्रतिक्रिया की ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित करने की प्रक्रियाएँ कार्य का आधार हैं रासायनिक वर्तमान स्रोत(मारो)। एचआईटी में गैल्वेनिक सेल, संचायक और ईंधन सेल शामिल हैं।

बिजली उत्पन्न करनेवाली सेलरासायनिक प्रतिक्रिया की ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में प्रत्यक्ष रूपांतरण के लिए एक उपकरण कहा जाता है, जिसमें अभिकर्मक (ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट) सीधे तत्व की संरचना में शामिल होते हैं और इसके संचालन के दौरान खपत होते हैं। अभिकर्मकों के सेवन के बाद, तत्व अब काम नहीं कर सकता है, अर्थात यह एकल-उपयोग एचआईटी है।

यदि ऑक्सीकरण एजेंट और कम करने वाले एजेंट को सेल के बाहर संग्रहीत किया जाता है और इसके संचालन के दौरान उन इलेक्ट्रोड को आपूर्ति की जाती है जो खपत नहीं होते हैं, तो ऐसा तत्व लंबे समय तक काम कर सकता है और कहा जाता है ईंधन सेल।

संचायकों का प्रचालन प्रतिवर्ती ओवीआर पर आधारित है। बाहरी वर्तमान स्रोत की कार्रवाई के तहत, ओआरआर विपरीत दिशा में बहता है, जबकि डिवाइस रासायनिक ऊर्जा जमा (संचित) करता है। इस प्रक्रिया को कहा जाता है बैटरी चार्ज... बैटरी तब संग्रहीत रासायनिक ऊर्जा को विद्युत ऊर्जा में परिवर्तित कर सकती है (प्रक्रिया बैटरी डिस्चार्ज) बैटरी को चार्ज करने और डिस्चार्ज करने की प्रक्रिया कई बार की जाती है, यानी यह एक पुन: प्रयोज्य हिट है।

एक गैल्वेनिक सेल में दो आधे सेल (रेडॉक्स सिस्टम) होते हैं, जो एक धातु कंडक्टर द्वारा परस्पर जुड़े होते हैं। अर्ध-कोशिका (अन्यथा इलेक्ट्रोड) अक्सर एक धातु है जिसे आयनों वाले घोल में रखा जाता है जिसे कम या ऑक्सीकृत किया जा सकता है। प्रत्येक इलेक्ट्रोड को एक निश्चित मूल्य की विशेषता होती है सशर्त इलेक्ट्रोड क्षमता ई, जो मानक परिस्थितियों में संभावित के संबंध में प्रयोगात्मक रूप से निर्धारित किया जाता है मानक हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड(एसवीई)।

यूएचई एक गैस इलेक्ट्रोड है जिसमें हाइड्रोजन गैस के संपर्क में प्लैटिनम होता है ( आर= 1 एटीएम) और एक समाधान जिसमें हाइड्रोजन आयनों की गतिविधि ए= 1 मोल / डीएम 3. हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड में संतुलन समीकरण द्वारा परिलक्षित होता है

धातु इलेक्ट्रोड की क्षमता की गणना करते समय, धातु आयनों की गतिविधि को उनकी दाढ़ की एकाग्रता के लगभग बराबर माना जा सकता है ए"[मैं एन + ];

2) हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड के लिए

.

जहां पीएच पानी का पीएच है।

गैल्वेनिक सेल में, कम संभावित मान वाले इलेक्ट्रोड को कहा जाता है एनोडऔर एक "-" चिह्न द्वारा इंगित किया गया है। कम करने वाले एजेंट कणों को एनोड पर ऑक्सीकृत किया जाता है। उच्च क्षमता वाले इलेक्ट्रोड को कहा जाता है कैथोडऔर एक "+" चिह्न द्वारा इंगित किया गया है। कैथोड पर ऑक्सीडेंट कणों की कमी होती है। एक अपचायक से एक ऑक्सीकरण एजेंट में इलेक्ट्रॉनों का संक्रमण एक धातु कंडक्टर के साथ होता है, जिसे कहा जाता है बाहरी सर्किट... OVR, जो एक गैल्वेनिक सेल के संचालन को रेखांकित करता है, कहलाता है वर्तमान बनाने वाली प्रतिक्रिया.

तत्व के संचालन की मुख्य विशेषता इसका ईएमएफ डी है इ, जिसकी गणना कैथोड और एनोड की क्षमता के बीच अंतर के रूप में की जाती है

डी इ = इकैथोड - इएनोड (६)

चूंकि कैथोड की क्षमता हमेशा एनोड की क्षमता से अधिक होती है, यह सूत्र (6) से निम्नानुसार है कि एक कार्यशील गैल्वेनिक सेल में डी इ > 0.

गैल्वेनिक कोशिकाओं को आरेखों के रूप में लिखने की प्रथा है जिसमें एक ऊर्ध्वाधर रेखा चरण सीमा (धातु - समाधान) का प्रतिनिधित्व करती है, और दो ऊर्ध्वाधर रेखाएं दो समाधानों के बीच की सीमा का प्रतिनिधित्व करती हैं। व्यवहार में, समाधान के बीच विद्युत संपर्क का उपयोग करके प्रदान किया जाता है सॉल्ट ब्रिज- इलेक्ट्रोलाइट समाधान के साथ यू-आकार की ट्यूब।

उदाहरण 1. एक निकल इलेक्ट्रोड की क्षमता निर्धारित करें यदि समाधान में Ni 2+ आयनों की सांद्रता 0.02 N है।

समाधान

समाधान में निकल आयनों की दाढ़ सांद्रता निर्धारित करें:

= मोल / डीएम 3,

कहां जेड= 2 Ni 2+ आयनों की तुल्यता संख्या है।

इ= - 0.250 वी। सूत्र (4) के अनुसार, हम निकल इलेक्ट्रोड की क्षमता की गणना करते हैं

उदाहरण 2. किसी विलयन में OH-आयनों की सांद्रता ज्ञात कीजिए, यदि इस विलयन में रखे हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड का विभव -0.786 V है।

समाधान

सूत्र (5) से हम घोल का pH निर्धारित करते हैं:

.

तब जल का हाइड्रॉक्सिल सूचकांक है

आरओह = 14 - आरएच = 14 - 13.32 = 0.68।

अत: OH आयनों की सांद्रता के बराबर होती है

तिल / डीएम 3.

उदाहरण 3. एक आरेख बनाएं, इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं के समीकरण लिखें और क्रमशः 0.1 एम और 0.05 एम के बराबर पीबी 2+ और क्यू 2+ आयनों की सांद्रता के साथ समाधान में डूबे हुए लीड और तांबे इलेक्ट्रोड से बने गैल्वेनिक सेल के ईएमएफ की गणना करें। .

समाधान

टेबल से। 2 एप्लिकेशन जो हम चुनते हैं इइन धातुओं में से 0 और सूत्र (5) का उपयोग करके हम उनकी क्षमता की गणना करते हैं:

कॉपर इलेक्ट्रोड की क्षमता लेड इलेक्ट्रोड की क्षमता से अधिक होती है, जिसका अर्थ है कि Pb एनोड है और Cu कैथोड है। नतीजतन, तत्व में निम्नलिखित प्रक्रियाएं होती हैं:

एनोड पर: पीबी - 2 ® पीबी 2+;

कैथोड पर: Cu 2+ + 2 ® Cu;

वर्तमान बनाने वाली प्रतिक्रिया: Pb + Cu 2+ = Pb 2+ + Cu;

तत्व आरेख: (-) पंजाब २+ ½½ घन २+ ½ घन (+)।

सूत्र (6) का उपयोग करके, हम किसी दिए गए गैल्वेनिक सेल का ईएमएफ निर्धारित करते हैं:

डी इ= ०.२९८ - (-०.१५६) = ०.४५४ वी.

बहु-संस्करण समस्या संख्या 3

एक आरेख बनाएं, इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं के समीकरण लिखें और धातु आयनों की निर्दिष्ट एकाग्रता के साथ समाधान में डूबी पहली और दूसरी धातुओं से बने गैल्वेनिक सेल के ईएमएफ की गणना करें (तालिका 1)। डी की गणना करें जीवर्तमान बनाने वाली प्रतिक्रिया।

तालिका एक

बहुभिन्नरूपी कार्य संख्या 3 . के लिए प्रारंभिक डेटा तालिका

उन प्रक्रियाओं पर विचार करें जो धातु की प्लेट (इलेक्ट्रोड) को पानी में डुबोने पर देखी जाएंगी। चूंकि सभी पदार्थ कुछ हद तक घुलनशील होते हैं, ऐसी प्रणाली में धातु के पिंजरों को उनके बाद के जलयोजन के साथ समाधान में बदलने की प्रक्रिया शुरू हो जाएगी। इस मामले में जारी किए गए इलेक्ट्रॉन इलेक्ट्रोड पर बने रहेंगे, इसे नकारात्मक चार्ज प्रदान करेंगे। एक नकारात्मक चार्ज इलेक्ट्रोड समाधान से धातु के पिंजरों को आकर्षित करेगा, जिसके परिणामस्वरूप सिस्टम में एक संतुलन स्थापित किया जाएगा:

एम एम एन + + ने -,

जिसमें इलेक्ट्रोड पर ऋणात्मक आवेश होगा, और आसन्न विलयन परत धनात्मक होगी। उपरोक्त समीकरण एक अर्ध-प्रतिक्रिया का वर्णन करता है, जिसके लिए ऑक्सीकृत रूप M n + धनायन है, और घटा हुआ रूप धातु M परमाणु है।

चावल। 26. इंटरफेस पर संभावित अंतर के तंत्र

इलेक्ट्रोड - समाधान।

यदि विचाराधीन प्रणाली में एक नमक पेश किया जाता है, जो पृथक्करण के दौरान M n + धनायनों को साफ करता है, तो संतुलन विपरीत प्रतिक्रिया की दिशा में बदल जाएगा। एकाग्रता एम एन + के पर्याप्त उच्च मूल्य पर, इलेक्ट्रोड पर धातु आयनों को जमा करना संभव हो जाता है, जो इस मामले में एक सकारात्मक चार्ज प्राप्त करेगा, जबकि इलेक्ट्रोड सतह से सटे समाधान परत में आयनों की अधिकता नकारात्मक होगी आरोपित। इलेक्ट्रोड चार्ज का संकेत अंततः धातु की रासायनिक गतिविधि द्वारा निर्धारित किया जाएगा, जो एक नकारात्मक चार्ज की उपस्थिति में योगदान देता है, और समाधान में धातु के धनायन की एकाग्रता, वृद्धि जिसमें एक सकारात्मक की उपस्थिति में योगदान होता है चार्ज। हालांकि, किसी भी मामले में, इस तरह की प्रणाली में एक इलेक्ट्रिक डबल लेयर बनती है और इलेक्ट्रोड - सॉल्यूशन इंटरफेस (चित्र 26) पर एक संभावित छलांग होती है। इलेक्ट्रोड-समाधान इंटरफेस पर संभावित छलांग को इलेक्ट्रोड क्षमता कहा जाता है।

हमारे उदाहरण में, इलेक्ट्रोड की धातु में रासायनिक परिवर्तन हुए। इलेक्ट्रोड क्षमता उत्पन्न होने के लिए यह स्थिति आवश्यक नहीं है। यदि किसी अक्रिय इलेक्ट्रोड (ग्रेफाइट या प्लेटिनम) को किसी अर्ध-प्रतिक्रिया के ऑक्सीकृत और अपचित रूप (RP और VF) वाले विलयन में डुबोया जाता है, तो इलेक्ट्रोड-समाधान इंटरफ़ेस पर एक संभावित छलांग भी लगेगी। इस मामले में इलेक्ट्रोड क्षमता का उद्भव अर्ध-प्रतिक्रिया के दौरान निर्धारित किया जाएगा:

ओएफ + ने - डब्ल्यूएफ

चूंकि इलेक्ट्रॉनों का आदान-प्रदान इलेक्ट्रोड की सतह के माध्यम से होता है, जो इस मामले में एक मध्यस्थ की भूमिका निभाता है, प्रत्यक्ष प्रतिक्रिया की ओर संतुलन में बदलाव इलेक्ट्रोड पर एक सकारात्मक चार्ज की उपस्थिति में योगदान देगा, और रिवर्स प्रतिक्रिया की ओर - एक नकारात्मक। इस मामले में, इलेक्ट्रोड रासायनिक रूप से नहीं बदलेगा; यह केवल इलेक्ट्रॉनों के स्रोत या रिसीवर के रूप में काम करेगा। इस प्रकार, किसी भी रेडॉक्स प्रतिक्रिया को एक निश्चित मूल्य द्वारा वर्णित किया जा सकता है रेडॉक्स संभावित – किसी पदार्थ के ऑक्सीकृत और अपचित रूप वाले विलयन में डूबे एक निष्क्रिय इलेक्ट्रोड की सतह पर उत्पन्न होने वाला संभावित अंतर।

इलेक्ट्रोड क्षमता का मूल्य ऑक्सीकरण और कम रूपों की प्रकृति और एकाग्रता के साथ-साथ तापमान पर भी निर्भर करता है। यह निर्भरता नर्नस्ट समीकरण द्वारा व्यक्त की जाती है:

,

जहां आर सार्वभौमिक गैस स्थिरांक है, पूर्ण तापमान है, n ऑक्सीकृत रूप के कम रूप में संक्रमण के अनुरूप इलेक्ट्रॉनों की संख्या है, एफ फैराडे संख्या (96485 सी मोल -1), सी ऑक्स और सी है लाल ऑक्सीकरण और कम रूपों की सांद्रता हैं, x और y अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरण में गुणांक हैं, E˚ मानक स्थितियों के लिए संदर्भित इलेक्ट्रोड क्षमता है (p = 101.326 kPa, T = 298 K, C ox = C लाल = 1 मोल / एल)। मान मानक इलेक्ट्रोड क्षमता कहलाते हैं।

298 K के तापमान पर, नर्नस्ट समीकरण आसानी से एक सरल रूप में बदल जाता है:

इलेक्ट्रोड क्षमता के निरपेक्ष मूल्यों को मापना असंभव है, हालांकि, एक मानक के रूप में लिए गए दूसरे के साथ मापी गई क्षमता की तुलना करके इलेक्ट्रोड क्षमता के सापेक्ष मूल्यों को निर्धारित करना संभव है। हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की मानक क्षमता का उपयोग ऐसी संदर्भ क्षमता के रूप में किया जाता है। हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड एक प्लैटिनम प्लेट है जो झरझरा प्लैटिनम (प्लैटिनम ब्लैक) की एक परत से ढकी होती है और 298 K के तापमान पर 1 mol / L की हाइड्रोजन केशन गतिविधि के साथ सल्फ्यूरिक एसिड के घोल में डूबी होती है। प्लैटिनम प्लेट हाइड्रोजन से संतृप्त होती है 101.326 kPa (चित्र 27) के दबाव में। प्लेटिनम द्वारा अवशोषित हाइड्रोजन प्लैटिनम की तुलना में अधिक सक्रिय होता है और इलेक्ट्रोड ऐसा व्यवहार करता है जैसे कि यह हाइड्रोजन से बना हो। नतीजतन, आधी प्रतिक्रिया के कारण सिस्टम में एक इलेक्ट्रोड क्षमता उत्पन्न होती है

2 2Н ® 2Н + + 2е -

इस क्षमता को पारंपरिक रूप से शून्य के बराबर लिया जाता है। यदि इस या उस अर्ध-प्रतिक्रिया का ऑक्सीकृत रूप हाइड्रोजन धनायन की तुलना में अधिक सक्रिय ऑक्सीकरण एजेंट है, तो इस अर्ध-प्रतिक्रिया की इलेक्ट्रोड क्षमता का मान सकारात्मक होगा, अन्यथा यह नकारात्मक होगा। मानक इलेक्ट्रोड क्षमता के मान लुक-अप तालिकाओं में दिए गए हैं।

चावल। 27. हाइड्रोजन इलेक्ट्रोड की संरचना का आरेख।

नर्नस्ट समीकरण विभिन्न परिस्थितियों में इलेक्ट्रोड क्षमता के मूल्यों की गणना करने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, अर्ध-प्रतिक्रिया की इलेक्ट्रोड क्षमता निर्धारित करना आवश्यक है:

एमएनओ 4 - + 8 एच + + 5 ई - = एमएन 2+ + 4 एच 2 ओ,

यदि तापमान 320 K है, और MnO 4 -, Mn 2+ और H + की सांद्रता क्रमशः 0.800 है; 0.0050 और 2.00 मोल / एल। इस अर्ध-अभिक्रिया के लिए E˚ का मान 1.51 V है। तदनुसार,

रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं की दिशा। चूंकि इलेक्ट्रोड क्षमता अनुपात द्वारा गिब्स मुक्त ऊर्जा में परिवर्तन से जुड़ी है:

रेडॉक्स प्रक्रियाओं की दिशा निर्धारित करने के लिए इलेक्ट्रोड क्षमता का उपयोग किया जा सकता है।

रेडॉक्स प्रतिक्रियाओं को अर्ध-प्रतिक्रिया के अनुरूप होने दें:

एक्स (1) + एन 1 ई - = वाई (1); G ° 1 = -n 1 FE ° 1,

एक्स (2) + एन 2 ई - = वाई (2); ΔG ° 2 = -n 2 FE ° 2

यह बिल्कुल स्पष्ट है कि इन अर्ध-प्रतिक्रियाओं में से एक को बाएँ से दाएँ (अपचयन प्रक्रिया) और दूसरी को दाएँ से बाएँ (ऑक्सीकरण प्रक्रिया) की ओर बढ़ना चाहिए। विचाराधीन अभिक्रिया के लिए गिब्स ऊर्जा में परिवर्तन अर्ध-अभिक्रियाओं के इलेक्ट्रोड विभव में अंतर द्वारा निर्धारित किया जाएगा।

G ° = aΔG ° 2 - bΔG ° 1 = -nF (E ° 2 - E ° 1);

जहां a और b ऐसे कारक हैं जो प्रतिक्रिया के दौरान दान किए गए और संलग्न इलेक्ट्रॉनों की संख्या को बराबर करते हैं (n = a 1 = bn 2)। प्रतिक्रिया के लिए स्वतःस्फूर्त रूप से आगे बढ़ने के लिए, ΔG का मान ऋणात्मक होना चाहिए, और यह तब होगा जब E2>E1. इस प्रकार, ओआरडी की प्रक्रिया में, जिसके लिए इलेक्ट्रोड क्षमता अधिक होती है, दो ऑक्सीकृत रूपों से कम हो जाती है, और जिसके लिए इलेक्ट्रोड क्षमता कम होती है, दो कम रूपों से ऑक्सीकृत होती है।

उदाहरण।मानक परिस्थितियों में प्रतिक्रिया की दिशा निर्धारित करें:

एमएनओ 4 - + 5Fe 2+ + 8H + = Mn 2+ + 5Fe 3+ + 4H 2 O

आइए हम दो ऑक्सीकृत रूपों के संक्रमण के लिए समीकरणों को कम करते हैं और संदर्भ तालिकाओं का उपयोग करते हुए, हम इलेक्ट्रोड क्षमता के संबंधित मूल्यों को पाते हैं:

Fe 3+ + 1e - = Fe 2+ │5 ई ° 1 = 0.77 बी

एमएनओ 4 - + 8 एच + + 5 ई - = एमएन 2+ + 4 एच 2 ओ │1 ई ° 2 = 1.51 वी

चूंकि E°2>E°1, दूसरी अर्ध-प्रतिक्रिया बाएं से दाएं प्रवाहित होगी, और पहली अर्ध-प्रतिक्रिया दाएं से बाएं प्रवाहित होगी। इस प्रकार, प्रक्रिया एक सीधी प्रतिक्रिया की दिशा में आगे बढ़ेगी।

बिजली उत्पन्न करनेवाली सेल

रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं, जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, इलेक्ट्रॉनों को कम करने वाले एजेंट से ऑक्सीकरण एजेंट में स्थानांतरित करने के साथ हैं। यदि हम अंतरिक्ष में ऑक्सीकरण और कमी की प्रक्रियाओं को अलग करते हैं, तो इलेक्ट्रॉनों का एक निर्देशित प्रवाह प्राप्त करना संभव है, अर्थात। बिजली। वे उपकरण जिनमें रेडॉक्स प्रतिक्रिया की रासायनिक ऊर्जा विद्युत धारा की ऊर्जा में परिवर्तित होती है, रासायनिक धारा स्रोत या गैल्वेनिक सेल कहलाती है।.

सबसे सरल मामले में, एक गैल्वेनिक सेल में दो अर्ध-कोशिकाएँ होती हैं - संबंधित लवण के घोल से भरे बर्तन, जिसमें धातु के इलेक्ट्रोड विसर्जित होते हैं। अर्ध-कोशिकाएं एक यू-आकार की ट्यूब (साइफन) से जुड़ी होती हैं जो इलेक्ट्रोलाइट समाधान से भरी होती हैं, या एक अर्ध-पारगम्य झिल्ली होती है, जो आयनों को एक अर्ध-कोशिका से दूसरे में जाने की अनुमति देती है। यदि इलेक्ट्रोड बाहरी कंडक्टर से जुड़े नहीं हैं, तो अर्ध-कोशिकाएं संतुलन की स्थिति में हैं, इलेक्ट्रोड पर एक निश्चित चार्ज द्वारा प्रदान की जाती हैं। यदि सर्किट बंद हो जाता है, तो संतुलन गड़बड़ा जाता है, क्योंकि इलेक्ट्रॉन कम इलेक्ट्रोड क्षमता वाले इलेक्ट्रोड से उच्च इलेक्ट्रोड क्षमता वाले इलेक्ट्रोड की ओर बढ़ना शुरू कर देंगे। नतीजतन, सिस्टम में एक रेडॉक्स प्रतिक्रिया शुरू हो जाएगी, और इलेक्ट्रोड पर एक बड़े संभावित मूल्य के साथ कमी की प्रक्रिया होगी, और कम संभावित मूल्य के साथ इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण प्रक्रिया होगी। जिस इलेक्ट्रोड पर अपचयन अभिक्रिया होती है उसे कैथोड कहते हैं; जिस इलेक्ट्रोड पर ऑक्सीकरण प्रतिक्रिया होती है वह एनोड है।

चावल। 28. कॉपर-जिंक गैल्वेनिक सेल की संरचना का आरेख।

एक उदाहरण के रूप में, डैनियल-जैकोबी सेल पर विचार करें, जिसमें इन धातुओं के सल्फेट्स के घोल में डूबे हुए तांबे और जस्ता इलेक्ट्रोड होते हैं (चित्र 28)। इस तत्व में, ऑक्सीकृत रूप Zn 2+ और Cu 2+ हैं, कम किए गए रूप जस्ता और तांबे हैं। सिस्टम के लिए अर्ध-प्रतिक्रिया समीकरण इस प्रकार हैं:

Zn 2+ + 2e - = Zn 0; ई ° 1 = -0.76 बी

घन 2+ + 2e - = घन 0; ई ° 2 = 0.34 बी

चूंकि ई ° 2> ई ° 1, दूसरी अर्ध-प्रतिक्रिया बाएं से दाएं प्रवाहित होगी, और पहली - दाएं से बाएं, यानी। सिस्टम में प्रतिक्रिया आगे बढ़ेगी:

Zn + Cu 2+ = Zn 2+ + Cu

यह प्रक्रिया तब तक जारी रहेगी जब तक कि जिंक इलेक्ट्रोड घुल नहीं जाता या सभी कॉपर आयन कम नहीं हो जाते। कॉपर-जिंक सेल के मामले में, कैथोड एक कॉपर इलेक्ट्रोड होता है (इस पर Cu 2+ आयन धातु कॉपर में कम हो जाते हैं), और एनोड एक जिंक इलेक्ट्रोड होता है (इस पर जिंक परमाणु Zn 2+ आयनों में ऑक्सीकृत होते हैं। ) तत्व का इलेक्ट्रोमोटिव बल कैथोड और एनोड की इलेक्ट्रोड क्षमता के बीच के अंतर के बराबर है:

Δई = ई कैथोड - ई एनोड

मानक शर्तों के तहत, E = ०.३४ - (-०७६) = १.१० (बी)।

गैल्वेनिक कोशिकाओं का आरेख रिकॉर्ड करने के लिए, नीचे दिए गए फॉर्म का उपयोग करें:

एनोड एनोड विलयन कैथोड विलयन कैथोड

एनोड और कैथोड समाधान के लिए, गैल्वेनिक सेल के संचालन की शुरुआत के समय संबंधित आयनों की एकाग्रता को इंगित करें। तो, डेनियल-जैकोबी तत्व CuSO 4 और ZnSO 4 की सांद्रता 0.01 mol / l के बराबर है जो निम्नलिखित योजना से मेल खाती है:

Zn Zn 2+ (0.01 M) ││ Cu 2+ (0.01 M) │ Cu

गैल्वेनिक कोशिकाओं के ईएमएफ को मापकर, कुछ अर्ध-प्रतिक्रियाओं की मानक इलेक्ट्रोड क्षमता निर्धारित की जाती है। उदाहरण के लिए, अर्ध-प्रतिक्रियाओं को स्थापित करना आवश्यक है:

Fe 3+ + 1e - = Fe 2+

ऐसा करने के लिए, यह एक गैल्वेनिक सेल को इकट्ठा करने के लिए पर्याप्त है:

Pt│H 2 (g) (101.3 kPa), H + (1M) ││Fe 3+ (1M), Fe 2+ (1M) │Pt

और इसके ईएमएफ को मापें, बाद वाला 0.77 वी है। इसलिए:

ई ° (Fe +3 / Fe +2) = DE + E ° (H + / H) = 0.77 V + 0 = +0.77 V

इलेक्ट्रोलीज़

इलेक्ट्रोलाइट समाधान के माध्यम से एक विद्युत प्रवाह पारित करना या पिघलना, रेडॉक्स प्रतिक्रियाएं करना संभव है जो स्वचालित रूप से आगे नहीं बढ़ते हैं। बाहरी स्रोत से विद्युत प्रवाह के प्रवाह द्वारा किए गए इलेक्ट्रोड पर अलग ऑक्सीकरण और कमी की प्रक्रिया को इलेक्ट्रोलिसिस कहा जाता है।

इलेक्ट्रोलिसिस में, एनोड सकारात्मक इलेक्ट्रोड होता है, जिस पर ऑक्सीकरण प्रक्रिया होती है, और कैथोड नकारात्मक इलेक्ट्रोड होता है, जिस पर कमी की प्रक्रिया होती है। नाम "एनोड" और "कैथोड", इसलिए, इलेक्ट्रोड चार्ज से संबंधित नहीं हैं: इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, एनोड सकारात्मक होता है, और कैथोड नकारात्मक होता है, और इसके विपरीत गैल्वेनिक सेल के संचालन के दौरान। इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया में, एनोड एक ऑक्सीकरण एजेंट है, और कैथोड एक कम करने वाला एजेंट है। मात्रात्मक रूप से, इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया एम। फैराडे (1833) के नियमों द्वारा वर्णित है:

1. इलेक्ट्रोड पर छोड़े गए पदार्थ का द्रव्यमान विलयन या पिघले हुए विद्युत की मात्रा के समानुपाती होता है।

2. इलेक्ट्रोड पर किसी भी पदार्थ के बराबर का एक मोल छोड़ने के लिए उतनी ही बिजली की खपत होती है।

फैराडे के नियम सामान्यतः निम्नलिखित समीकरण द्वारा व्यक्त किए जाते हैं:

जहां एम इलेक्ट्रोलिसिस उत्पाद का द्रव्यमान है, मैं वर्तमान ताकत है, टी वर्तमान मार्ग का समय है, एफ 96485 सी के बराबर स्थिर है। मोल -1 (फैराडे संख्या), एम ई - पदार्थ के बराबर द्रव्यमान।

जैसा कि पहले ही उल्लेख किया गया है, समाधान और पिघला हुआ इलेक्ट्रोलाइट्स दोनों इलेक्ट्रोलिसिस के अधीन हैं। सबसे सरल प्रक्रिया पिघलने का इलेक्ट्रोलिसिस है। इस मामले में, कैथोड पर धनायन कम हो जाता है, और इलेक्ट्रोलाइट आयन एनोड पर ऑक्सीकृत हो जाता है। उदाहरण के लिए, सोडियम क्लोराइड का इलेक्ट्रोलिसिस समीकरणों के अनुसार आगे बढ़ता है:

कैथोडिक प्रक्रिया: Na + + 1e - = Na | 2

इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण: 2NaCl = 2Na + Cl 2

समाधानों का इलेक्ट्रोलिसिस बहुत अधिक जटिल है, क्योंकि इस मामले में पानी के अणु इलेक्ट्रोलिसिस से गुजर सकते हैं। इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, पानी को निम्नलिखित अर्ध-प्रतिक्रियाओं के अनुसार ऑक्सीकृत और कम किया जा सकता है:

1. जल वसूली (कैथोडिक प्रक्रिया):

2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH -; ई ° = -0.83 वी

2. पानी का ऑक्सीकरण (एनोडिक प्रक्रिया):

2H 2 O - 4e - = 4H + + O 2; ई ° = 1.23 वी

इसलिए, जलीय घोलों के इलेक्ट्रोलिसिस में इलेक्ट्रोड क्षमता के विभिन्न मूल्यों के साथ इलेक्ट्रोड प्रक्रियाओं के बीच प्रतिस्पर्धा होती है। आदर्श मामले में, इलेक्ट्रोड क्षमता के उच्चतम मूल्य के साथ एक आधा प्रतिक्रिया कैथोड पर होनी चाहिए, और इलेक्ट्रोड क्षमता के न्यूनतम मूल्य के साथ एक आधा प्रतिक्रिया एनोड पर होनी चाहिए। हालांकि, वास्तविक प्रक्रियाओं के लिए, इलेक्ट्रोड क्षमता का मूल्य बातचीत की प्रकृति को प्रभावित करने वाला एकमात्र कारक नहीं है।

ज्यादातर मामलों में, प्रतिस्पर्धी इलेक्ट्रोलिसिस प्रतिक्रियाओं के बीच चुनाव निम्नलिखित नियमों के आधार पर किया जा सकता है:

1. यदि मानक इलेक्ट्रोड विभव की श्रेणी में धातु हाइड्रोजन के दायीं ओर है, तो धातु कैथोड पर अपचित हो जाती है।

2. यदि मानक इलेक्ट्रोड क्षमता की श्रृंखला में धातु एल्यूमीनियम (समावेशी) के बाईं ओर है, तो पानी की कमी के कारण कैथोड पर हाइड्रोजन छोड़ा जाता है।

3. यदि मानक इलेक्ट्रोड विभवों की श्रेणी में कोई धातु एल्युमिनियम और हाइड्रोजन के बीच स्थान लेती है, तो कैथोड पर धातु और हाइड्रोजन का समानांतर अपचयन होता है।

4. यदि इलेक्ट्रोलाइट में ऑक्सीजन युक्त एसिड, हाइड्रॉक्सिल या फ्लोराइड आयन के आयन होते हैं, तो पानी एनोड पर ऑक्सीकृत हो जाता है। अन्य सभी मामलों में, एनोड पर इलेक्ट्रोलाइट आयन का ऑक्सीकरण होता है। एनोड पर कम करने वाले एजेंटों के ऑक्सीकरण के इस क्रम को इस तथ्य से समझाया गया है कि अर्ध-प्रतिक्रियाएं:

एफ 2 + 2 ई - = 2 एफ -

एक बहुत ही उच्च इलेक्ट्रोड क्षमता (ई ° = 2.87 वी) से मेल खाती है, और यह लगभग कभी महसूस नहीं किया जाता है कि क्या एक और प्रतिस्पर्धी प्रतिक्रिया संभव है। ऑक्सीजन युक्त आयनों के लिए, उनके ऑक्सीकरण का उत्पाद आणविक ऑक्सीजन है, जो एक उच्च ओवरवॉल्टेज (प्लैटिनम इलेक्ट्रोड पर 0.5 वी) से मेल खाता है। इस कारण से, क्लोराइड के जलीय घोलों के इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान, क्लोरीन आयनों को एनोड पर ऑक्सीकृत किया जाता है, हालांकि इलेक्ट्रोड की अर्ध-प्रतिक्रिया क्षमता है

2Cl - - 2e - = Cl 2; ई ° = 1.36V

पानी के ऑक्सीकरण की इलेक्ट्रोड क्षमता से अधिक (ई ° = 1.23 वी)।

इलेक्ट्रोलिसिस प्रक्रिया भी इलेक्ट्रोड की सामग्री से प्रभावित होती है। इलेक्ट्रोलिसिस (ग्रेफाइट, प्लैटिनम) और इलेक्ट्रोलिसिस के दौरान रासायनिक परिवर्तनों से गुजरने वाले सक्रिय इलेक्ट्रोड के दौरान निष्क्रिय इलेक्ट्रोड के बीच अंतर किया जाता है।

आइए समाधानों के इलेक्ट्रोलिसिस के कुछ उदाहरणों पर विचार करें।

उदाहरण 1... अक्रिय इलेक्ट्रोड के साथ कॉपर (II) सल्फेट के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस।

CuSO 4 = Cu 2+ + SO

कैथोडिक प्रक्रिया: Cu 2+ + 2e - = Cu | 2

इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण: 2Cu 2+ + 2H 2 O = 2Cu + 4H + + O 2

या 2СuSO 4 + 2H 2 O = 2Cu + 2H 2 SO 4 + O 2

उदाहरण 2... कॉपर एनोड के साथ कॉपर सल्फेट के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस।

कैथोडिक प्रक्रिया: u 2+ + 2e - = Cu

एनोडिक प्रक्रिया: Cu 0 - 2e - = Cu 2+

एनोड से कैथोड में कॉपर के स्थानांतरण के लिए इलेक्ट्रोलिसिस को कम किया जाता है।

उदाहरण 3... अक्रिय इलेक्ट्रोड के साथ सोडियम सल्फेट के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस।

ना 2 SO 4 = 2Na + + SO

कैथोडिक प्रक्रिया: 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - | 2

एनोडिक प्रक्रिया: 2H 2 O - 4e - = 4H + + O 2 | 1

इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण: 2H 2 O = 2H 2 + O 2

इलेक्ट्रोलिसिस पानी के अपघटन के लिए कम हो जाता है।

उदाहरण 4... अक्रिय इलेक्ट्रोड के साथ सोडियम क्लोराइड के जलीय घोल का इलेक्ट्रोलिसिस।

NaCl = Na + + Cl -

कैथोडिक प्रक्रिया: 2H 2 O + 2e - = H 2 + 2OH - | 1

एनोडिक प्रक्रिया: 2Cl - - 2e - = Cl 2 | 1

इलेक्ट्रोलिसिस समीकरण: 2Cl - + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2OH -

या 2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Cl 2

कई सक्रिय धातुओं (एल्यूमीनियम, मैग्नीशियम, क्षार और) प्राप्त करने के लिए उद्योग में इलेक्ट्रोलिसिस का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्षारीय पृथ्वी धातु), हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, क्लोरीन, सोडियम हाइड्रॉक्साइड, हाइड्रोजन पेरोक्साइड, पोटेशियम परमैंगनेट और कई अन्य व्यावहारिक रूप से महत्वपूर्ण पदार्थ। धातुओं को जंग से बचाने के लिए टिकाऊ धातु की फिल्मों को लगाने के लिए इलेक्ट्रोलिसिस का उपयोग किया जाता है।

कोलाइडल समाधान