Окислительно-восстановительные реакции в химическом анализе

Реакции, протекающие с изменением степени окисления элементов, относятся к окислительно-восстановительным реакциям (ОВР).

Окислением называют процесс потери электронов восстановителем (атомом или ионом). Например, окисление имеет место при следующих превращениях:

Восстановлением называют процесс приобретения электронов окислителем (атомом или ионом). Например, восстановление имеет место при следующих превращениях:

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

Окислительные или восстановительные свойства выражены у различных веществ неодинаково. По сравнительной способности отдавать или приобретать электроны иногда вещества располагают в ряд окислителей или восстановителей Вот ряд наиболее распространенных окислителей (сила окислительной способности, но ряду убывает):

Восстановительные свойства важнейших восстановителей усиливаются по ряду.

С количественной стороны окислительно-восстановительные реакции характеризуют так называемыми окислительно-восстановительными потенциалами, выраженными в вольтах. Они являются проявлением неодинакового сродства атомов или ионов к электронам.

Величину потенциала металла рассчитывают по уравнению Нернста:

где (р° — стандартный электродный потенциал; а — активность иона металла (а = [Ме^и+]/); R — газовая постоянная, равная 8,314 ДжДК моль); Т — температура, К; /? — число е F— число Фарадея (96 494 Кл).

В любой окислительно-восстановительной реакции из окислителя и восстановителя образуются новые восстановитель и окислитель, например:

aside class="viderzhka__img" itemscope itemtype="http://schema.org/ImageObject">

Для определения направления реакции сравнивают потенциалы двух окислительных пар (табл. П4 приложения) Как очевидно, окислительный потенциал Fe^3t/Fe²⁺ больше окислительного потенциала Sn⁴⁺/Sn²⁺ (0,77 > 0,15).

Выбор направления реакции подчиняется следующему правилу: любая ОВР протекает в направлении от большего окислительного потенциала пары к меньшему или в сторону уменьшения ЭДС (ЭДС реакции: Е = <�р_ок — ср_в0С).

Пример 2.5. Определим, какие продукты образуются при реакции — SnCl₂ или Sn°?

Решение. Имеем следующие потенциалы:

ЭДС реакции Е = ср_ок — <�р_вос:

?, > Е_2у следовательно, образуется Sn²⁺.

Образуется тот продукт реакции, который определит максимальную величину ЭДС этой реакции.

Потенциал окислительно-восстановительной пары вычисляют по уравнению.

или, при участии ионов водорода:

где [Ох] и [Red| — концентрации окисленной и восстановленной форм; [ Н^ь] — концентрация водородных ионов; т — коэффициент при водородном ионе в уравнении реакции.

Пример 2.6. Вычислим величину электродного потенциала перманганата калия мри [Мп² ] = [Мп0₄ ] и концентрации ионов водорода, равной [Н⁺] = 10 ' моль/л. Решение. Уравнение реакции Для него имеем

Подставив значение (рм_п0-/м"^{2+ =} 1"51 В, число электронов п = 5 и приняв во внимание, что в момент равновесия [Мп0₄] = [Мп²⁺], получим.

Чтобы выяснить степень протекания той или иной реакции в определенном направлении, к состоянию равновесия между окислителем и восстановителем применяют закон действия масс. При этом константу равновесия окислительно-восстановительной реакции

вычисляют исходя из стандартных окислительно-восстановительных потенциалов обеих пар по уравнению.

Пример 2.7. Вычислим константу равновесия для окислительно-восстановительной реакции.

Решение. Величины стандартных окислительно-восстановительных потенциалов для обеих нар составляют <�р°(Се⁴⁺/Се³⁺) = 1,45 В, cp°(Fe³⁺/Fe²⁺) = 0,77 В. Подставив значения потенциалов в уравнение, получаем.

Большая величина константы равновесия указывает, что рассматриваемая реакция протекает достаточно полно слева направо.

Эквиваленты окислителей и восстановителей определяют делением молярной массы на число электронов в уравнении.

Так, при взаимодействии окислителя — бихромага калия К₂Сг., 0₇ (М = = 194,21) с восстановителем — сульфитом натрия Na₂SO_:j в кислой среде имеем.