НАПРАВЛЕНИЕ ОКИСЛИТЕЛЬНО-ВОССТАНОВИТЕЛЬНЫХ РЕАКЦИЙ

Направление самопроизвольного протекания реакции, в том числе и ОВР, определяется по знаку изменения свободной энергии Гиббса (ΔG⁰_х.р). Если в результате реакции свободная энергия системы убывает (ΔG⁰_х.р<0), то такая реакция термодинамически разрешена.

Для окислительно-восстановительных реакций существует взаимосвязь между изменением свободной энергии и электродвижущей силой (ЭДС):

ΔG⁰_х.р = -nFΔЕ⁰ . (3)

В этом уравнении n-число электронов, участвующих в ОВР, F 96500Кл/моль= =26,8 А∙час/моль – число Фарадея (эту величину часто называют одним Фарадеем), ΔЕ – ЭДС окислительно-восстановительной системы.

Условие самопроизвольности реакции ΔG⁰_х.р<0. В ур. (3) n и F -константы, следовательно, окислительно-восстановительная реакция термодинамически разрешена, если ΔЕ>0.

В свою очередь, ЭДС рассчитывается как разность потенциалов окислителя (Е_ок) и восстановителя (E_восс): ΔЕ= Е_ок – E_восс > 0. Из этого соотношения следует, что ОВР будет протекать самопроизвольно в прямом направлении, если Е_ок > E_восс.

Реальные ОВР начинают протекать самопроизвольно с заметной скоростью, если ЭДС системы превышает 0,4 В.

Пример 6. Для реакции

2KBr + PbO₂ + 4HNO₃ = Pb(NO₃)₂ + Br₂ + 2KNO₃ + 2H₂O

установить направление возможного протекания ее при стандартных условиях.

Решение. Запишем уравнение реакции в ионно-молекулярной форме:

2Br^- + PbO₂ + 4H⁺ = Pb²⁺ + Br₂ + 2H₂O.

Затем представим его в виде полуреакций с указанием табличных значений ОВ-потенциалов:

2Br^- - 2 ē = Br₂ E⁰(Br₂/Br^-) = 1,065 В,

восстановитель

PbO₂ + 4H⁺ + 2 ē = Pb²⁺ + 2H₂O E⁰(Pb²⁺/PbO₂)= 1,449 В

Окислитель

Потенциал окислителя Е⁰_окбольше, чем потенциал восстановителя Е⁰_восс, следовательно, приведенная реакция будет самопроизвольно протекать слева направо.

Задания

1. Методом ионно-электронных уравнений подберите коэффициенты в следующих окислительно-восстановительных реакциях. Укажите окислитель и восстановитель. Какой из элементов окисляется, какой восстанавливается?

1) Al + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄→ Al₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

2) Al + KMnO₄ + H₂SO₄→ Al₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

3) MnO₂ + KClO₃ + KOH→ K₂MnO₄ + KCl + H₂O

4) Bi₂O₃ + Br₂ + KOH→ KBiO₃ + KBr + H₂O

5) SnCl₂ + K₂Cr₂O₇ + HCl → SnCl₄ + CrCl₃ + KCl + H₂O

6) MgI₂ + H₂O₂ + H₂SO₄→ I₂ + MgSO₄ + H₂O

7) FeSO₄ + KClO₃ + H₂SO₄→Fe₂(SO₄)₃ + KCl + H₂O

8) KNO₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄→ KNO₃ + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

9) MnO₂ + O₂ + KOH→ K₂MnO₄ + H₂O

10) SO₂ + FeCl₃ + H₂O→ H₂SO₄ + FeCl₂ + HCl

11) H₂S + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄→ S + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + H₂O

12) H₂SO₃ + HIO₃→ H₂SO₄ + HI

13) Zn + KMnO₄ + H₂SO₄→ ZnSO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

14) KMnO₄ + KBr + H₂SO₄ → MnSO₄ + Br₂ + K₂SO₄ + H₂O

15) SO₂ + KMnO₄ + H₂O → K₂SO₄ + MnO₂ + H₂SO₄

16) KI + KMnO₄ + KOH → I₂ + K₂MnO₄ + H₂O

17) MnO₂ + H₂SO₄→ MnSO₄ + O₂ + H₂O

18) FeSO₄ + KMnO₄ + H₂SO₄ → Fe₂(SO₄)₃ + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

19) Na₂SO₃ + KMnO₄ + KOH → KNO₃ + K₂MnO₄ + Na₂SO₄ +H₂O

20) K₂S + KMnO₄ + H₂SO₄ → S + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

21) NaCrO₂ + H₂O₂ + NaOH→ Na₂CrO₄ + H₂O

22) P + HNO₃ + H₂O → H₃PO₄ + NO

23) KMnO₄ + H₂S + H₂SO₄ → S + MnSO₄ + K₂SO₄ + H₂O

24) Fe₂O₃ + KNO₃ + KOH→ K₂FeO₄ + KNO₂ + H₂O

25) I₂ + KOH → KI + KIO₃ + H₂O

26) KIO₃ + H₂O₂ + H₂SO₄→ O₂ + I₂ + K₂SO₄ + H₂O

27) Al + KOH + H₂O →K[Al(OH)₄] + H₂

28) SnCl₂ +KMnO₄ + HCl → SnCl₄ + MnCl₂ +H₂O

29) Cl₂ + KI + KOH → KCl + KIO₃ + H₂O

30) SnCl₂ +FeCl₃ → SnCl₄ + FeCl₂

 

2. Методом электронно-ионных уравненийсоставьте полные уравнения реакций, учитывая, что либо окислитель, либо восстановитель являются также и средой. Обоснуйте на основании стандартных окислительно-восстановительных потенциалов возможность протекания данных реакций.

1) KI + H₂SO₄/конц/→ I₂ + H₂S + K₂SO₄ + H₂O

2) KBr + H₂SO₄/конц/→ Br₂ + S + K₂SO₄ + H₂O

3) NaBr + H₂SO₄/конц/→ Br₂ + SO₂ + Na₂SO₄ + H₂O

4) Mg + H₂SO₄/конц/→ MgSO₄ + S + H₂O

5) Al + H₂SO₄/конц/→ Al₂(SO₄)₃ + H₂S + H₂O

6) Cu + H₂SO₄/конц/→ CuSO₄ + SO₂ + H₂O

7) Ag + H₂SO₄/конц/→ Ag₂SO₄ + SO₂ + H₂O

8) HCl/конц/ + MnO₂→ Cl₂ + MnCl₂ + H₂O

9) HCl/конц/ + KMnO₄→Cl₂ + MnCl₂ + KCl + H₂O

10) HCl/конц/ + PbO₂→ Cl₂ + PbCl₂ + H₂O

11) HCl/конц/ + CrO₃ → Cl₂ + CrCl₃ + H_­2O

12) HCl/конц/ + K₂Cr₂O₇→ Cl₂ + CrCl₃ + KCl + H₂O

13) Zn + H₂SO₄/конц/ → ZnSO₄ + H₂S + H₂O

14) CuS + HNO₃→ S + Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

15) Cu₂O + HNO₃→ Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

16) CuS + HNO₃/конц/→ H₂SO₄ + Cu(NO₃)₂ + NO₂ + H₂O

17) FeS + HNO₃/конц/→ Fe(NO₃)₂ + H₂SO₄ + NO₂ + H₂O

18) MnS + HNO₃→ S + NO + Mn(NO₃)₂ + H₂O

19) FeSO₄ + HNO₃→ Fe₂(SO₄)₃ + Fe(NO₃)₃ + NO₂ + H₂O

20) MnS + HNO₃/конц/→H₂SO₄ + NO₂ + Mn(NO₃)₂ + H₂O

21) Ag + HNO₃/конц/→ AgNO₃ + NO₂ + H₂O

22) Zn + HNO₃→ Zn(NO₃)₂ + NO + H₂O

23) Mg + HNO₃/очень разб./→ Mg(NO₃)₂ + NH₄NO₃ + H₂O

24) Fe + HNO₃→ Fe(NO₃)₃ + NO + H₂O

25) S + HNO₃→ H₂SO₄ + NO

26) H₂S + HNO₃→ S + NO₂ + H₂O

27) Cu + HNO₃/разб/→ Cu(NO₃)₂ + NO + H₂O

28) Sn + HNO₃/конц/→ H₂SnO₃ + NO₂ + H₂O

29) Fe + H₂SO₄/конц/→ Fe₂(SO₄)₃ + SO₂ + H₂O

30) K₂S + HNO₃→ S + NO + KNO₃ +H₂O

 

3. Окислительно- восстановительная реакция выражается ионным уравнением. Укажите, какой ион является окислителем, какой – восстановителем. Составьте ионно-электронные и молекулярные уравнения.

1) Bi + NO₃^– + H⁺ → Bi ⁺³ + NO + H₂O

2) Fe⁺² + ClO₃^– + H⁺ → Fe⁺³ + Cl^– + H₂O

3) Cr⁺³ + BiO₃^– + H⁺ → Bi ⁺³+ Cr₂O₇^2- + H₂O

4) SO₂ + Cr₂O₇^2- + H⁺ → Cr⁺³ + SO₄^2-+ H₂O

5) Cl^– + MnO₄^–+ H⁺ → Cl₂ + Mn⁺² + H₂O

6) H₂O₂ + MnO₄^–+ H⁺ → O₂ + Mn⁺² + H₂O

7) I^– + NO₂^– + H⁺ → I₂ + NO + H₂O

8) Br^–+ Cr₂O₇^2- + H⁺ → Cr⁺³+ Br₂+ H₂O

9) I^– + H₂O₂ + H⁺ → I₂ + H₂O

10) Cl₂ + OH^– → Cl^– + ClO₃^–+ H₂O

11) H₂S + MnO₄^–+ H⁺ → S + Mn⁺² + H₂O

12) Cl^– + MnO₂ + H⁺ → Cl₂ + Mn⁺² + H₂O

13) Mg + NO₃^– + H⁺ → Mg ⁺² + NH₄⁺ + H₂O

14) ClO₃^–+ SO₃^2- + + H⁺ → Cl^–+ SO₄^2- + H₂O

15) NO₂^– + MnO₄^–+ H⁺ → NO₃^– + Mn⁺² + H₂O

16) Br₂ + OH^– → Br^– + BrO₃^–+ H₂O

17) Sn⁺² + BrO₃^– + H⁺ → Br₂+ Sn⁺⁴+ H₂O

18) Cu + NO₃^– + H⁺ → Cu ⁺² + NO₂ + H₂O

19) Cr₂O₇^2- + H⁺ + Fe⁺² → Cr⁺³+ Fe⁺³ + H₂O

20) Br^– + MnO₄^–+ H⁺ → Br₂ + Mn⁺² + H₂O

21) Pb + NO₃^– + H⁺ → Pb ⁺² + NO + H₂O

22) Mn⁺² + ClO₃^–+ OH^– → MnO₄^2–+ Cl^–+ H₂O

23) Bi + NO₃^– + H⁺ → Bi³⁺ + NO + H₂O

24) Cr₂O₇^2– + I^– + H⁺ → Cr³⁺ + I₂ + H₂O

25) CrO₂^- + Br₂ + OH^-→ CrO₄ ^2– Br^- + H₂O

26) SO₃^2– + Ag₂О + OH^– → SO₄^2– + Ag + H₂O

27) Fe²⁺ + MnO₄^– + H⁺ → Fe³⁺ + Mn²⁺ + H₂O

28) MnO₄^– + I^– + H⁺ → I₂ + Mn²⁺ + H₂O

29) MnO₄^– + SO₃^- + H₂O → MnO₂ + SO₄^2- + OH^-

30) MnO₄^– + OH^– +SO₃^2– → SO₄^2– + MnO₄^2– + H₂O