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La mitad-ecuaciones para la combustión de dióxido de azufre

Dada la siguiente ecuación redox:

$$\ce{2SO2(g) + O2(g) <=> 2SO3(g)}$$

$\ce{SO2}$ es que se oxida a $\ce{SO3}$ $\ce{O2}$ está siendo reducido a $\ce{SO3}$.

Me imaginé una manera de escribir la mitad de ecuaciones:

La oxidación de la mitad de reacción: $$\ce{SO2 + H2O -> SO3 + 2H+ + 2e-}$$

Reducción de la mitad de reacción: $$\ce{O2 + 4H+ + 4e- -> 2H2O}$$

Después de equilibrar y sumando, me sale: $$\ce{2SO2 + 2H2O + O2 + 4H+ -> 2SO3 + 2H2O + 4H+}$$

Por la cancelación de $\ce{H2O}$ $\ce{H+}$ se obtiene la deseada ecuación redox. La mitad de las ecuaciones necesitan la presencia de agua y medio ácido al principio, pero, en realidad, tenemos ni el agua ni un medio ácido.
Existe una mejor forma de construir la mitad de las ecuaciones que no requieren ningún tipo de material extra en el principio? Me refiero a la real la mitad de las ecuaciones que expresan cómo la combustión se realiza en la realidad. Pensé que no necesitamos agua y ácido a realizar. En la sección "preparación" aquí no mencionar el agua o el ácido.
Además, supongo que el oxígeno debe tener trióxido de azufre como la correspondiente forma reducida en lugar de agua.
¿Estoy equivocada?

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maccullt Puntos 1555

Orthocresol ya suficientemente señaló, que de media las reacciones de un libro de mantenimiento de la herramienta para los electrones. Cuando se habla de la electrólisis puede ser una coincidencia superposición entre medio de las reacciones y del mecanismo global, pero a medida que el texto se debe indicar, esto no es necesariamente cierto.
Muchas de las reacciones que parecen simples a primera vista, pero en el segundo aspecto que aparecen como altamente complejos sistemas de los diferentes equilibrios. En realidad la mayoría de aspecto sencillo reacciones son a menudo los que están cuidadosamente complejo.

De hecho, me refiero a la real la mitad de las ecuaciones que expresan cómo la combustión se realiza en la realidad. Pensé que no necesitamos agua y ácido a realizar. Estoy equivocando?

Puesto que usted ha estado preguntando acerca de "el verdadero medio de reacciones" pensé en darle un poco más de información sobre el mecanismo.

He encontrado una bastante antigua publicación sobre los mecanismos de la formación de óxidos de azufre durante la combustión.[1] Para el propósito de ilustrar la complejidad que esto será suficiente, pero estoy bastante seguro de que hay más modernos enfoques y cinéticos y mecanísticos de los estudios disponibles en la actualidad.

La propia reacción procede solamente a temperaturas moderadas (400-600 °C) y es ligeramente exotérmica. $$\ce{SO2 + 1/2O2 <=> SO3 (g) + $99.0$~kJ}$$ Debido a que la reacción se produce muy lentamente, los catalizadores son necesarios. Aquí entra en juego lo que se encuentra en Orthocresol la respuesta: una de las especies que le proporciona oxígeno(-2) iones. En la práctica se utiliza $\ce{V2O5}$ catalizadores, por ejemplo, en la síntesis de ácido sulfúrico.[2]
Sulfurtrioxide es muy hydroscopic, lo que indica, que las reacciones que se propone no puede suceder, ya que se hidrolizar inmediatamente en la presencia de agua. $$\ce{SO3 + H2O -> H2SO4(l)}$$

Sulfurtrioxide tiene muchas modificaciones, más comúnmente existe como $\ce{(SO3)3}$ unidades en fase sólida. La condensación es también uno de los impulsores de esta reacción, en la fase gaseosa en el equilibrio entre la $\ce{SO2}$, $\ce{O2}$, y $\ce{SO3}$ no sería enteramente en el lado de los productos.
También hay una variedad de otros sulfuroxides que son posiblemente implicados en este complejo equilibrio. Esto es debido al hecho de que sulfurtrioxide es un poderoso oxidante.

Echemos un vistazo a algunas de las reacciones que intervienen en la formación. La propia reacción más probable es que procede a través de un radical de la vía en la fase de gas, con $M$ ser un catalizador de algún tipo (puede ser la pared o alguna molécula inerte): $$\begin{align} \ce{SO2 + O2 &<=> SO3 + O}\\ \ce{SO2 + O + %#%#% &<=> SO3 + %#%#%} \end{align}$$

Una reacción importante que perturba el equilibrio es $M$n$M$n-1$$\ce{SO_{$$

También encontré una publicación sobre el mecanismo de la troposfera y las cosas se ponen aún más complicado que hay.[3] La razón de que es la dilución, una cantidad razonable de las moléculas en los estados excitados, y varias otras especies de que se trate. Este tema se convirtió en interesante debido a la contaminación del aire y la lluvia ácida.
Sólo les estoy dando un par de ejemplos y dejando de lado un montón de detalles, como se dijo anteriormente, este es para propósitos ilustrativos. $$\begin{align} \ce{SO2 + O2 &<=> SO4}\\ \ce{SO4 + O2 &<=> SO3 + O3}\\ \ce{SO2 + SO2 &<=> SO3 + SO}\\ \ce{SO2 + O3 &<=> SO3 + O2}\\ &\text{etc.} \end{align}$$

Tan pronto como se considere especies que normalmente están disponibles en la troposfera, por ejemplo,$} + O <=> SO_{$, $} + O2}.$, $\ce{N2}$, $\ce{NO}$, $\ce{H2}$, etc, las cosas se ponen realmente complicado.

Conclusión

Usted no puede escribir la mitad de reacción de las ecuaciones de equilibrio. La mitad de las reacciones, en general, no representan el mecanismo de reacción; son sólo una herramienta para generar reacción general de las ecuaciones.
El mecanismo de la reacción es mucho más compleja que sólo dos medias reacciones.
No se confunden, no necesita agua para realizar la combustión, sin embargo, necesitamos algún tipo de catalizador, que es capaz de absorber el exceso de unión de la energía.


Referencias

  1. Arthur Levy, Earl L. Merryman, William Thomas Reid, Environ. Sci. Technol., 1970, 4 (8), 653-662.
  2. Arnold F. Holleman, Nils Wiberg, Egon Wiberg: Lehrbuch der Anorganischen Chemie. 102. Auflage. De Gruyter: 2008. (en alemán)
    Versión en inglés: Nils Wiberg, A. F. Holleman, Egon Wiberg (Eds.): Holleman-Wiberg de la Química Inorgánica. 1ª Edición. Academic press: 2001. (Amazon, Google libros)

  3. Jack G. Calvert, Fu Su, Jan W. Bottenheim, Otto P. Strausz, Atmosférica Environ., 1978, 12 (1-3), 197-226.

3voto

user16683 Puntos 46

Esa es una pregunta muy interesante, y muestra algunas buenas ideas de su parte, así que felicitaciones en que la primera.

La respuesta es simple, no, no hay manera de que usted puede construir la mitad-ecuaciones que no involucran a los "extras" de las especies". Basta con pensar en la oxidación de la mitad de la reacción. Desde $\ce{SO2}$ $\ce{SO3}$ tienen diferentes números de oxígeno, necesita alguna manera, el balance de oxígeno:

$$\ce{SO2 + $\text{oxígeno(-2)-que contengan especies}$ -> SO3 + 2e-}$$

El problema es que no hay oxígeno(-2)-que contengan especies en la reacción, aparte de $\ce{SO2}$$\ce{SO3}$, por supuesto! Así que el "más cercano" que podía llegar a un puro juego de la mitad de reacciones serían:

$$\begin{align} \ce{2SO2 + 2O^2-} &\ce{-> 2SO3 + 4e-} \\ \ce{O2 + 4e-} &\ce{-> 2O^2-} \end{align}$$

pero incluso eso implica alguna extraña óxido de iones que la combustión estrictamente no necesita.

El problema real es que ellos son sólo una manera formal de representación de las reacciones redox. La forma en que se enseña a equilibrar la mitad de reacciones, que consiste en la adición de $\ce{H2O}$$\ce{H+}$, sólo se aplica para el caso de una celda electroquímica en la solución acuosa.

Los mitad-reacciones que están tratando de construir no representan lo que está pasando en la reacción. Así, el problema no es que no se puede construir "pura" de la mitad de reacciones. El problema es más de que usted está tratando de interpretar la mitad de reacciones erróneamente. La mitad de reacciones son simplemente una herramienta para 1) recuento de transferencia de electrones 2) construir una correcta ecuación total después de la cancelación de duplicados de las especies - nada más que eso.

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