Влияние различных факторов на направление протекания окислительно-восстановительных реакций

Окислительно-восстановительная реакция протекает в том направлении, в котором осуществляется полуреакция с более высоким значением потенциала. Поэтому факторы, влияющие на величину потенциала, оказывают воздействие и на направление протекания ОВР. К таким факторам относятся:

1. Концентрация потенциалопределяющих ионов;

2. Величина рН раствора;

3. Температура раствора;

4. Величина ПР малорастворимого продукта реакции;

5. Величина константы нестойкости образующегося комплексного иона.

Рассмотрим характер влияния каждого из этих факторов на направление протекания ОВР.

Влияние концентраций потенциалопределяющих ионов

Изменяя значения концентраций ионов в растворе, можно изменить направление протекания ОВР.

Пример 1.9.9. Определите направление протекания реакции

Sn⁰ + Pb²⁺ ↔ Sn²⁺ + Pb⁰

при следующих значениях концентраций ионов:

а) с(Pb²⁺) = 1 моль/дм³; с(Sn²⁺) = 1 моль/ дм³;

б) с(Pb²⁺) = 0,15 моль/ дм³; с(Sn²⁺) = 1,5 моль/ дм³.

Решение.

1. Рассчитаем значения равновесных электродных потенциалов для случая а) и определим направление реакции:

Аналогично рассчитаем потенциал пары :

Поскольку электродный потенциал пары больше потенциала пары , то ионы свинца являются окислителями по отношению к олову и указанная реакция протекает слева направо.

2. Рассчитаем равновесные потенциалы для случая б) и определим направление реакции:

В данном случае электродный потенциал больше у пары , поэтому ионы олова Sn²⁺ будут являться окислителями по отношению к свинцу и указанная ОВР в данных условиях протекает справа налево.

Влияние величины рН раствора

Изменяя значение рН раствора, можно изменить направление протекания ОВР, если в ней принимают участие ионы Н⁺ или ОН^–.

Пример 1.9.10. Изменится ли направление протекания реакции в системе

K₃AsO₄ + KI + H₂SO₄ ↔ K₃AsO₃ + I₂ + K₂SO₄ + H₂O

при изменении рН раствора от 0 до 8, если концентрации ионов AsO₄^3–, AsO₃^3–, I^– и молекул I₂ в растворе равны 1 моль/дм³?

Решение.

1. Данная ОВР осуществляется благодаря протеканию двух полуреакций:

а) AsO₄ ^3– + 2H⁺ + 2ē → AsO₃^3– + H₂O; E^о = 0,57 В;

б) I₂ + 2ē → 2I^–; E^о = 0,54 В.

Поскольку в полуреакции а) принимают участие ионы водорода, ее потенциал зависит от величины рН раствора. В полуреакции б) ионы Н⁺ не участвуют, поэтому ее потенциал не зависит от величины рН.

2. Рассчитаем потенциал полуреакции а) при рН, равном 0, и определим направление ОВР.

Если рН раствора равно 0, то концентрация ионов водорода равна 1 моль/дм³. Тогда:

Поскольку при рН, равном 0, потенциал полуреакции а) больше потенциала полуреакции б), арсенат-ионы будут проявлять окислительные, а иодид-ионы – восстановительные свойства, и указанная реакция в целом протекает слева направо.

3. Рассчитаем потенциал полуреакции а) при рН, равном 8, и определим направление ОВР.

Если рН раствора равен 8, то концентрация ионов водорода составляет 1 · 10^–8 моль/ дм³. Тогда

Поскольку при рН, равном 8, потенциал полуреакции «а» меньше потенциала полуреакции б), то арсенит-анионы будут проявлять восстановительные, а молекулы I₂ – окислительные свойства. Это значит, что в данных условиях указанная реакция протекает справа налево.