روی (Zn) یک عنصر شیمیایی متعلق به گروه فلزات قلیایی خاکی است. در جدول تناوبی مندلیف عدد 30 است، یعنی بار هسته اتم، تعداد الکترون ها و پروتون ها نیز 30 است. روی در گروه دوم دوره چهارم قرار دارد. با شماره گروه، می توانید تعداد اتم هایی را که در ظرفیت یا سطح انرژی خارجی آن قرار دارند - به ترتیب 2 تعیین کنید.
روی به عنوان یک فلز قلیایی معمولی
روی یک نماینده معمولی فلزات است؛ در حالت عادی، رنگ خاکستری مایل به آبی دارد؛ به راحتی در هوا اکسید می شود و یک لایه اکسید (ZnO) روی سطح به دست می آورد.
به عنوان یک فلز آمفوتریک معمولی، روی با اکسیژن اتمسفر برهمکنش می‌کند: 2Zn+O2=2ZnO - بدون دما، با تشکیل یک لایه اکسید. هنگامی که گرم می شود، یک پودر سفید تشکیل می شود.
خود اکسید با اسیدها واکنش می دهد و نمک و آب تشکیل می دهد:
2ZnO+2HCl=ZnCl2+H2O.
با محلول های اسیدی اگر روی با خلوص معمولی باشد، معادله واکنش HCl Zn در زیر است.
Zn+2HCl= ZnCl2+H2 - معادله مولکولی واکنش.
Zn (شارژ 0) + 2H (شارژ +) + 2Cl (شارژ -) = روی (شارژ +2) + 2Cl (شارژ -) + 2H (شارژ 0) - معادله کامل واکنش یونی روی HCl.
Zn + 2H(+) = Zn(2+) +H2 - S.I.U. (معادله واکنش یونی به اختصار).
واکنش روی با اسید هیدروکلریک
این معادله واکنش برای HCl روی از نوع ردوکس است. این را می توان با این واقعیت ثابت کرد که بار روی و H2 در طول واکنش تغییر کرد، یک تظاهرات کیفی از واکنش مشاهده شد و وجود یک عامل اکسید کننده و یک عامل احیا کننده مشاهده شد.
در این مورد، H2 یک عامل اکسید کننده است، زیرا c. O. هیدروژن قبل از شروع واکنش "+" بود و بعد از آن "0" شد. او با اهدای 2 الکترون در فرآیند کاهش شرکت کرد.
روی یک عامل کاهنده است، در اکسیداسیون شرکت می کند، 2 الکترون می پذیرد و c.o را افزایش می دهد. (حالت اکسیداسیون).
همچنین یک واکنش جایگزین است. این شامل 2 ماده بود، یک روی ساده و دیگری پیچیده - HCl. در نتیجه واکنش، 2 ماده جدید و همچنین یک ماده ساده - H2 و یک پیچیده - ZnCl2 تشکیل شد. از آنجایی که روی در سری فعالیت فلزات قبل از H2 قرار دارد، آن را از ماده ای که با آن واکنش می دهد جابجا کرد.
روی (Zn) یک عنصر شیمیایی متعلق به گروه فلزات قلیایی خاکی است. در جدول تناوبی مندلیف عدد 30 است، یعنی بار هسته اتم، تعداد الکترون ها و پروتون ها نیز 30 است. روی در گروه دوم دوره چهارم قرار دارد. با شماره گروه، می توانید تعداد اتم هایی را که در ظرفیت یا سطح انرژی خارجی آن قرار دارند - به ترتیب 2 تعیین کنید.
روی به عنوان یک فلز قلیایی معمولی
روی یک نماینده معمولی فلزات است؛ در حالت عادی، رنگ خاکستری مایل به آبی دارد؛ به راحتی در هوا اکسید می شود و یک لایه اکسید (ZnO) روی سطح به دست می آورد.
به عنوان یک فلز آمفوتریک معمولی، روی با اکسیژن اتمسفر برهمکنش می‌کند: 2Zn+O2=2ZnO - بدون دما، با تشکیل یک لایه اکسید. هنگامی که گرم می شود، یک پودر سفید تشکیل می شود.
خود اکسید با اسیدها واکنش می دهد و نمک و آب تشکیل می دهد:
2ZnO+2HCl=ZnCl2+H2O.
با محلول های اسیدی اگر روی با خلوص معمولی باشد، معادله واکنش HCl Zn در زیر است.
Zn+2HCl= ZnCl2+H2 - معادله مولکولی واکنش.
Zn (شارژ 0) + 2H (شارژ +) + 2Cl (شارژ -) = روی (شارژ +2) + 2Cl (شارژ -) + 2H (شارژ 0) - معادله کامل واکنش یونی روی HCl.
Zn + 2H(+) = Zn(2+) +H2 - S.I.U. (معادله واکنش یونی به اختصار).
واکنش روی با اسید هیدروکلریک
این معادله واکنش برای HCl روی از نوع ردوکس است. این را می توان با این واقعیت ثابت کرد که بار روی و H2 در طول واکنش تغییر کرد، یک تظاهرات کیفی از واکنش مشاهده شد و وجود یک عامل اکسید کننده و یک عامل احیا کننده مشاهده شد.
در این مورد، H2 یک عامل اکسید کننده است، زیرا c. O. هیدروژن قبل از شروع واکنش "+" بود و بعد از آن "0" شد. او با اهدای 2 الکترون در فرآیند کاهش شرکت کرد.
روی یک عامل کاهنده است، در اکسیداسیون شرکت می کند، 2 الکترون می پذیرد و c.o را افزایش می دهد. (حالت اکسیداسیون).
همچنین یک واکنش جایگزین است. این شامل 2 ماده بود، یک روی ساده و دیگری پیچیده - HCl. در نتیجه واکنش، 2 ماده جدید و همچنین یک ماده ساده - H2 و یک پیچیده - ZnCl2 تشکیل شد. از آنجایی که روی در سری فعالیت فلزات قبل از H2 قرار دارد، آن را از ماده ای که با آن واکنش می دهد جابجا کرد.
وقت آن است که ادامه دهیم. همانطور که می دانیم، معادله یونی کامل باید پاک شود. لازم است ذراتی که در سمت راست و چپ معادله وجود دارند حذف شوند. گاهی اوقات به این ذرات «یون ناظر» می گویند. آنها در واکنش شرکت نمی کنند.
در اصل، هیچ چیز پیچیده ای در این بخش وجود ندارد. فقط باید مراقب باشید و متوجه شوید که در برخی موارد ممکن است معادلات کامل و کوتاه با هم مطابقت داشته باشند (برای جزئیات بیشتر به مثال 9 مراجعه کنید).
مثال 5. معادلات یونی کامل و کوتاهی را که برهمکنش اسید سیلیسیک و هیدروکسید پتاسیم را در محلول آبی توضیح می دهد بنویسید.
راه حل. بیایید به طور طبیعی با معادله مولکولی شروع کنیم:
H 2 SiO 3 + 2KOH = K 2 SiO 3 + 2H 2 O.
اسید سیلیسیک یکی از نمونه های نادر اسیدهای نامحلول است. ما آن را به شکل مولکولی می نویسیم. KOH و K 2 SiO 3 را به صورت یونی می نویسیم. به طور طبیعی، H 2 O را به شکل مولکولی می نویسیم:
H2SiO3+ 2K++ 2OH - = 2K++ SiO 3 2- + 2H 2 O.
می بینیم که یون های پتاسیم در طول واکنش تغییر نمی کنند. این ذرات در فرآیند شرکت نمی کنند، باید آنها را از معادله حذف کنیم. معادله یونی کوتاه مورد نظر را بدست می آوریم:
H 2 SiO 3 + 2OH - = SiO 3 2- + 2H 2 O.
همانطور که می بینید، این فرآیند به برهمکنش اسید سیلیسیک با یون های OH منجر می شود. یون‌های پتاسیم در این مورد هیچ نقشی ندارند: ما می‌توانیم KOH را با هیدروکسید سدیم یا هیدروکسید سزیم جایگزین کنیم و همین فرآیند در فلاسک واکنش رخ می‌دهد.
مثال 6. اکسید مس (II) در اسید سولفوریک حل شد. یک معادله یونی کامل و کوتاه برای این واکنش بنویسید.
راه حل. پایه ای اکسیدهاواکنش با اسیدها برای تشکیل نمک و آب:
H 2 SO 4 + CuO = CuSO 4 + H 2 O.
معادلات یونی مربوطه در زیر آورده شده است. من فکر می کنم در این مورد نیازی به اظهار نظر در مورد چیزی نیست.
2H++ SO 4 2-+ CuO = Cu 2 + + SO 4 2-+H2O
2H + + CuO = Cu 2 + + H 2 O
مثال 7. با استفاده از معادلات یونی، برهمکنش روی با اسید کلریدریک را شرح دهید.
راه حل. فلزات ایستاده در محدوده ولتاژدر سمت چپ هیدروژن، آنها با اسیدها واکنش می دهند تا هیدروژن آزاد کنند (ما در مورد خواص خاص اسیدهای اکسید کننده صحبت نمی کنیم):
Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2.
معادله یونی کامل را می توان به راحتی نوشت:
روی + 2H + + 2Cl -= Zn 2+ + 2Cl -+H2.
متأسفانه هنگام حرکت به سمت یک معادله کوتاه در وظایفی از این نوع، دانش آموزان اغلب اشتباه می کنند. مثلا روی را از دو طرف معادله حذف می کنند. این یک اشتباه بزرگ است! در سمت چپ یک ماده ساده وجود دارد، اتم های روی بدون بار. در سمت راست یون های روی را می بینیم. اینها اشیاء کاملاً متفاوت هستند! حتی گزینه های خارق العاده تری نیز وجود دارد. به عنوان مثال، یون های H+ در سمت چپ خط کشیده شده اند و مولکول های H2 در سمت راست خط کشیده شده اند. دلیل این امر این است که هر دو هیدروژن هستند. اما پس از آن، با پیروی از این منطق، می‌توانیم برای مثال فرض کنیم که H2، HCOH و CH4 "یک چیز" هستند، زیرا همه این مواد حاوی هیدروژن هستند. ببینید چقدر می تواند پوچ باشد!
به طور طبیعی، در این مثال ما می توانیم (و باید!) فقط یون های کلر را پاک کنیم. جواب نهایی را می گیریم:
Zn + 2H + = Zn 2 + + H 2 .
برخلاف تمام مثال‌هایی که در بالا مورد بحث قرار گرفت، این واکنش ردوکس است (در طول این فرآیند یک تغییر رخ می‌دهد حالت های اکسیداسیون). اما برای ما، این کاملا غیر اصولی است: الگوریتم کلی برای نوشتن معادلات یونی در اینجا به کار خود ادامه می دهد.
مثال 8. مس در محلول آبی نیترات نقره قرار داده شد. فرآیندهای رخ داده در محلول را شرح دهید.
راه حل. فلزات فعال تر (آنهایی که در سمت چپ هستند محدوده ولتاژ) آنهایی که کمتر فعال هستند را از محلول نمکهایشان جابجا می کند. مس در سری ولتاژ سمت چپ نقره قرار دارد، بنابراین، Ag را از محلول نمک جابجا می کند:
Сu + 2AgNO 3 = Cu(NO 3) 2 + 2Ag↓.
معادلات یونی کامل و کوتاه در زیر آورده شده است:
مس 0 + 2 Ag + + 2NO 3 -= Cu 2+ + 2NO 3 -+ 2Ag↓ 0 ,
Cu 0 + 2Ag + = Cu 2+ + 2Ag↓ 0.
مثال 9. معادلات یونی را که برهمکنش محلول های آبی هیدروکسید باریم و اسید سولفوریک را توصیف می کند بنویسید.
راه حل. ما در مورد یک واکنش خنثی سازی صحبت می کنیم که برای همه شناخته شده است؛ معادله مولکولی را می توان بدون مشکل نوشت:
Ba(OH) 2 + H 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2H 2 O.
معادله یونی کامل:
Ba 2 + + 2OH - + 2H + + SO 4 2- = BaSO 4 ↓ + 2H 2 O.
زمان ترسیم یک معادله کوتاه فرا رسیده است، و در اینجا یک جزئیات جالب روشن می شود: در واقع، چیزی برای کاهش وجود ندارد. ما ذرات یکسان را در سمت راست و چپ معادله مشاهده نمی کنیم. چه باید کرد؟ به دنبال یک اشتباه هستید؟ نه اینجا اشتباهی نیست وضعیتی که ما با آن مواجه شدیم غیر معمول است، اما کاملا قابل قبول است. در اینجا هیچ یون ناظری وجود ندارد. همه ذرات در واکنش شرکت می کنند: هنگامی که یون های باریم و آنیون سولفات با هم ترکیب می شوند، رسوبی از سولفات باریم تشکیل می شود و هنگامی که یون های H + و OH - برهم کنش می کنند، یک الکترولیت ضعیف (آب) تشکیل می شود.
"اما اجازه بده!" -تعریف میکنی - "چگونه می توانیم یک معادله یونی کوتاه بنویسیم؟"
به هیچ وجه! می توان گفت که معادله کوتاه با معادله کامل منطبق است، می توانید دوباره معادله قبلی را بازنویسی کنید، اما معنای واکنش تغییر نمی کند. بیایید امیدوار باشیم که گردآورندگان گزینه های آزمون یکپارچه دولتی شما را از چنین سوالات "لغزنده" نجات دهند، اما، در اصل، شما باید برای هر سناریویی آماده باشید.
وقت آن است که خودتان کار را شروع کنید. من به شما پیشنهاد می کنم کارهای زیر را انجام دهید:
تمرین 6. برای واکنش های زیر معادلات مولکولی و یونی (کامل و کوتاه) بنویسید:
- Ba(OH) 2 + HNO 3 =
- Fe + HBr =
- Zn + CuSO 4 =
- SO2 + KOH =
نحوه حل تکلیف 31 در امتحان دولتی واحد در شیمی
در اصل، ما قبلاً در مورد الگوریتم حل این مشکل صحبت کرده ایم. تنها مشکل این است که تکلیف آزمون یکپارچه دولتی تا حدودی ... غیرمعمول فرموله شده است. لیستی از چندین ماده به شما پیشنهاد می شود. شما باید دو ترکیب را انتخاب کنید که بین آنها یک واکنش امکان پذیر است، معادلات مولکولی و یونی بنویسید. به عنوان مثال، وظیفه را می توان به صورت زیر فرموله کرد:
مثال 10. محلول های آبی هیدروکسید سدیم، هیدروکسید باریم، سولفات پتاسیم، کلرید سدیم و نیترات پتاسیم موجود است. دو ماده را انتخاب کنید که می توانند با یکدیگر واکنش نشان دهند. معادله مولکولی واکنش و همچنین معادلات یونی کامل و کوتاه را بنویسید.
راه حل. به یاد آوردن ویژگی های کلاس های اصلی ترکیبات معدنی، به این نتیجه می رسیم که تنها واکنش ممکن، برهمکنش محلول های آبی هیدروکسید باریم و سولفات پتاسیم است:
Ba(OH) 2 + K 2 SO 4 = BaSO 4 ↓ + 2KOH.
معادله یونی کامل:
Ba 2+ + 2OH- + 2K++ SO 4 2- = BaSO 4 ↓ + 2K+ + 2OH-.
معادله یونی مختصر:
Ba 2 + + SO 4 2- = BaSO 4 ↓.
به هر حال، به یک نکته جالب توجه کنید: معادلات یونی کوتاه در این مثال و در مثال 1 از قسمت اولاین مقاله در نگاه اول، این عجیب به نظر می رسد: مواد کاملا متفاوت واکنش نشان می دهند، اما نتیجه یکسان است. در واقع، هیچ چیز عجیبی در اینجا وجود ندارد: معادلات یونی به دیدن ماهیت واکنش کمک می کند، که می تواند در زیر پوسته های مختلف پنهان شود.
و یک لحظه بیایید سعی کنیم مواد دیگری را از لیست پیشنهادی گرفته و معادلات یونی ایجاد کنیم. خوب، برای مثال، تعامل نیترات پتاسیم و کلرید سدیم را در نظر بگیرید. بیایید معادله مولکولی را بنویسیم:
KNO 3 + NaCl = NaNO 3 + KCl.
تا اینجا همه چیز به اندازه کافی قابل قبول به نظر می رسد، و ما به معادله یونی کامل می رویم:
K + + NO 3 - + Na + + Cl - = Na + + NO 3 - + K + + Cl - .
ما شروع به حذف موارد غیر ضروری و کشف یک جزئیات ناخوشایند می کنیم: همه چیز در این معادله "اضافی" است. تمام ذرات موجود در سمت چپ را در سمت راست می یابیم. این یعنی چی؟ آیا این ممکن است؟ بله، شاید، به سادگی هیچ واکنشی در این مورد وجود ندارد. ذراتی که در ابتدا در محلول وجود داشتند در آن باقی خواهند ماند. بدون واکنش!
ببینید، ما با آرامش در معادله مولکولی مزخرف نوشتیم، اما نتوانستیم معادله یونی کوتاه را "فریب دهیم". این درست زمانی است که فرمول ها از ما باهوش تر هستند! به یاد داشته باشید: اگر هنگام نوشتن یک معادله یونی کوتاه، نیاز به حذف همه مواد پیدا کردید، به این معنی است که یا اشتباه کرده اید و سعی می کنید چیزی اضافی را "کاهش دهید" یا این واکنش اصلا امکان پذیر نیست.
مثال 11. کربنات سدیم، سولفات پتاسیم، برومید سزیم، اسید هیدروکلریک، نیترات سدیم. از لیست ارائه شده، دو ماده را انتخاب کنید که می توانند با یکدیگر واکنش دهند، معادله مولکولی واکنش و همچنین معادلات یونی کامل و مختصر را بنویسید.
راه حل. لیست زیر شامل 4 نمک و یک اسید است. نمک ها تنها در صورتی قادر به واکنش با یکدیگر هستند که واکنش تولید رسوب کند، اما هیچ یک از نمک های ذکر شده قادر به تشکیل رسوب در واکنش با نمک دیگری از این لیست نیستند (این واقعیت را با استفاده از جدول حلالیت!) اسید تنها در صورتی می تواند با نمک واکنش نشان دهد که نمک توسط اسید ضعیف تری تشکیل شده باشد. اسیدهای سولفوریک، نیتریک و هیدروبرومیک را نمی توان با عمل HCl جابجا کرد. تنها گزینه معقول برهمکنش اسید هیدروکلریک با کربنات سدیم است.
Na 2 CO 3 + 2HCl = 2NaCl + H 2 O + CO 2
لطفاً توجه داشته باشید: به جای فرمول H 2 CO 3 که از نظر تئوری باید در طی واکنش تشکیل می شد، H 2 O و CO 2 را می نویسیم. این درست است، زیرا اسید کربنیک حتی در دمای اتاق نیز بسیار ناپایدار است و به راحتی به آب و دی اکسید کربن تجزیه می شود.
هنگام نوشتن معادله کامل یونی، در نظر می گیریم که دی اکسید کربن یک الکترولیت نیست:
2Na + + CO 3 2- + 2H + + 2Cl - = 2Na + + 2Cl - + H 2 O + CO 2.
با حذف مقدار اضافی، یک معادله یونی کوتاه بدست می آوریم:
CO 3 2- + 2H + = H 2 O + CO 2.
حالا کمی آزمایش کنید! سعی کنید، همانطور که در مسئله قبلی انجام دادیم، معادلات یونی برای واکنش های غیرممکن ایجاد کنید. به عنوان مثال، کربنات سدیم و سولفات پتاسیم یا برومید سزیم و نیترات سدیم را در نظر بگیرید. مطمئن شوید که معادله یونی کوتاه دوباره "خالی" است.
- بیایید به 6 مثال دیگر از حل وظایف USE-31 نگاه کنیم،
- ما در مورد نحوه نوشتن معادلات یونی در مورد واکنش های ردوکس پیچیده بحث خواهیم کرد،
- اجازه دهید مثال هایی از معادلات یونی مربوط به ترکیبات آلی را بیاوریم،
- اجازه دهید واکنش‌های تبادل یونی را که در یک محیط غیر آبی رخ می‌دهند، بررسی کنیم.
