5.1 Окислительно-восстановительные и электродные потенциалы
681.
682.
683. Окислительно-восстановительный потенциал характеризует окислительно-восстановительную активность вещества, стабильность степеней окисления веществ, возможные переходы между ними.
Чем меньше окислительно-восстановительный потенциал, тем сильнее восстановительные свойства, например: Li (E0 = -3.05 B), K (E0 = -2.93 B). Чем больше окислительно-восстановительный потенциал, тем сильнее окислительные свойства, например: Сl/Cl2 (E0 = 1.36 B), O3 (E0 = 1.51 B).
685.
Окислительно-восстановительный
потенциал является термодинамическим
параметром, т.к. определяет возможность
протекания процесса.
,
,
где Е – электродвижущая сила, F
– постоянная Фарадея, R
– газовая постоянная, Т - температура,
z – количество электронов.
687. MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn 2+ + 4H2O, Е = 1.51 В.
См = 1 М, [H+] = 5М, [Mn2+] = 0.01M, Т = 298 К.
Е (MnO4- / Mn 2+) = Е0 (MnO4- / Mn 2+) + (2.3*R*T / n*F) *ln (См MnO4- *См8H+) / См Mn 2+
Е (MnO4- / Mn 2+) = 1.51 + (2.3*8.31*298 / 5*96500) * ln (1*58 /0.01) = 1.72 В.
688. Cr2O7-2 + 14H+ + 6e- = 2Cr 3+ + 7H2O, Е = 1.33 В.
См = 1 М, [H+] = 5М, [Cr3+] = 0.1M, Т = 298 К.
Е (Cr2O7-2 / Cr 3+) = Е0 (Cr2O7-2/ Cr +3) + (2.3*R*T / n*F) *ln (См Cr2O7-2 *См14H+) / См Cr 2+
Е (Cr2O7-2 / Cr 3+) = 1.33 + (2.3*8.31*298 / 6*96500) * ln (1*514 /0.1) = 1.69 В.
689.
Дано W%(H2SO4) = 60% p = 1.50 г/мл T = 298 K E - ? |
SO42-
+ 8H+
+ 6e = S + 4H2O
E(SO42-/S)
= Eo(SO42-/S)
+
Найдем концентрацию серной кислоты: возьмем 1 литр раствора. m(р-ра H2SO4) = V*p = 1000*1.50 = 1500 грамм. m(H2SO4) = m(р-ра H2SO4)*W%/100% = 1500*60/100 = 900 грамм. Cм = m/(M*V) = 900/(98*1) = 9.2 моль/л. См(H2SO4) = См(SO42-) = 9.2, См(Н+) = 2См(H2SO4) = 18.4 моль/л. E(SO42-/S)
= 0.36 +
|
=
0.46 В
Полученный результат является приблизительным, поскольку вычисления ведутся из предположения, что серная кислота диссоциирует нацело.
690.
Дано W%(HNO3)=40% p = 1.25 г/мл T = 298 K E - ? |
NO3-
+ 4H+
+ 3e = NO + 2H2O
E(NO3-/NO)
= Eo(NO3-/NO)
+ Найдем концентрацию азотной кислоты: возьмем 1 литр раствора. m(р-ра HNO3) = V*p = 1000*1.25 = 1250 г. m(HNO3) = m(р-ра HNO3)*W%/100% = 1250*40/100 = 500 грамм. Cм = m/(M*V) = 500/(63*1) = 7.94 моль/л. См(HNO3) = См(NO3-) = См(Н+) = 7.94 моль/л. E(NO3-/NO)
= 0.96 +
|
=
1.048 В
Полученный результат является приблизительным, поскольку вычисления ведутся из предположения, что азотная кислота диссоциирует нацело. Кроме того невозможно учесть концентрацию выделяющегося NO, который влияет на положение равновесия данной реакции.
692. Cr2O72- + 14H+ + 6e - =2Cr3+ + 7H2O, = 1.33 B.
CrO42- + 4H2O + 3e - =Cr3+ +8OH -, = -0.13 B.
(окислителя) (восстановителя), в соответствии с этим правилом, хром является более сильным восстановителем в щелочной среде а более сильным окислителем – в кислой среде.
693. Более сильным восстановителем цинк является в щелочной среде, поскольку в ней он имеет потенциал Е0 (Zn2+ /Zn) = - 1.24 В, а в кислой Е0 = -0.76 В.
694. В кислой и нейтральной средах: Al 3+ + 3e - = Al, = - 0.67 B.
В щелочной среде: Al + 3OH - - 3e - = Al(OН)3 , = -2.30 B.
Чем меньше потенциал восстановителя, тем больше будет разница между ним и потенциалом окислителя, в соответствии с этим правилом, алюминий является более сильным восстановителем в щелочной среде.
695. Согласно правилу, Е(окислителя) должно быть > Е(восстановителя). Перхлораты в качестве окислителей целесообразно использовать в кислой среде, т.к. максимальный потенциал Е = 1.58 В. хлораты используют в щелочной среде (Е = 1.49 В). Хлориты – в кислой среде (Е = 1.21 В). Гипохлориты - в кислой (Е = 1.63 В).
696. Электроны, находящиеся в объеме металла при контакте его с раствором соли могут переходить в раствор или в металл – возникает заряд. Он называется двойным электрическим слоем и зависит от потенциала металла, концентрации соли и природы металла.
697. Электродные потенциалы металлов и их ионизационные потенциалы определяются различными методами. Ионизационные определяются спектральными методами, а электродные – относительно стандартного водородного электрода, поэтому значения этих двух величин не совпадают.
698. В ряду напряжений металлы расположены в порядке убывания их отрицательных и возрастания положительных потенциалов. Ряд обладает свойствами:
каждый из находящихся в ряду металлов вытесняет из растворов их солей все металлы, следующие за ним. Поэтому кадмий будет вытеснять медь и серебро, но не вытеснит цинк и магний. В свою очередь кадмий вытеснит любой металл, стоящий слева от него, это может быть калий, магний, алюминий, железо и др.
все металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода вытесняют его из растворов кислот.
восстановительная способность металлов падает слева направо.
701. I (0.62 B) … Br (1.09) … Cl (1.36) … F (2.87)
Ряд обладает свойствами: чем правее стоит элемент, тем сильнее его окислительная способность.
702.
HCl + O2 = Cl2 + 2H2O 2Cl-1 – 1e- = Cl2 (E = 1.36 В) O2 + 4H+ + 4e- = 2H2O (Е = 1.23 В) Согласно правилу, Е(окислителя) должно быть > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является O2 - реакция протекает в обратном направлении. |
H3PO4 + HI = H3PO3 +I2 PO4 3- + 2H+ +2e- = PO3 3- + H2O , (E = -0.28 В) 2I -1 - 2e– = I2 (Е = 0.62 В) , Е(окислителя) > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является H3PO4 - реакция протекает в обратном направлении. |
703.
2HCl + 2HNO3 = 2NO + Cl2 + 2H2O 2Cl-1 – 1e- = Cl2 (E = 1.36 В) NO3- + 4H+ + 3e- = NO + 2H2O (Е = 0.96 В) Согласно правилу, Е(окислителя) должно быть > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является HNO3 - реакция протекает в обратном направлении. |
2FeSO4 + 2I2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 +4HI Fe 2+ - 1e- = Fe 3+ (E = 0.77 В) I2 + 2e– = 2I -1 (Е = 0.62 В) Е(окислителя) > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является I2 - реакция протекает в обратном направлении. |
704.
2KMnO4 + 8KBr + 4H2O = 2MnO2 + 4Br2 + 8KOH MnO4- + 2H2O + 3e- = MnO2 + 4OH- , E = 1.23 В 2Br- -2e- = Br2 , Е = 1.09 В Согласно правилу, Е(окислителя) должно быть > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является KMnO4 - реакция протекает в прямом направлении. |
2KMnO4 +6Ag + H2O = 2MnO2 + 3Ag2O + 2KOH MnO4- + 2H2O + 3e- = MnO2 + 4OH- , E = 1.23 В 2Ag + 2OH- –2e = Ag2О + H2O, Е = 0.79 В Е(окислителя) > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является KMnO4 - реакция протекает в прямом направлении. |
705.
H3PO3 + SnCl2 + H2O = H3PO4 + Sn + 2HCl PO3 3- + H2O -2e- = PO4 3- + 2H+, E = -0.28 В Sn2+ +2e- = Sn , Е = -0.14 В Согласно правилу, Е(окислителя) должно быть > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является SnCl2 - реакция протекает в прямом направлении. |
SnCl2 + I2 + KCl = SnCl4 + KI Sn2+ -2e- = Sn4+ , Е = 0.15 В, I2 +2e- = 2I-, Е = 0.62 В Е(окислителя) > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является иод - реакция протекает в прямом направлении. |
706.
Se + 2H2SO4 + H2O = H2SeO3 + H2SO3 Se + 6OH-– 4e- = SeO32- + 3H2O , (E = -0.37В) SO4-2 + H2O + 2e- = SO32- + 2OH- , (Е = -0.93 В) Согласно правилу, Е(окислителя) должно быть > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является H2SO4 - реакция протекает в обратном направлении. |
Cu + Br2 + Na2SO4 = CuSO4 + NaBr Cu - 2e- = Cu+2 , (E = 0.337 В) Br2 +2e– = 2Br - , (Е = 1.09 В) , Е(окислителя) > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является Br2 - реакция протекает в прямом направлении. |
707.
Ag + 2HNO3 = AgNO3 + NO2 + H2O Ag – 1e- = Ag+ (E = 0.790В) NO3- + 2H+ + 1e- = NO2 + H2O (Е = 0.80 В) Согласно правилу, Е(окислителя) должно быть > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является HNO3 - реакция протекает в прямом направлении. |
Cl2 + H2O = HCl + HClO Cl2 + 2e- = 2Cl– (E = 1.36 В) Cl2 + H2O –2e– = 2HClO + 2H+ (Е = 1.63 В) Е(окислителя) > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является Cl2 - реакция протекает в прямом направлении. |
708.
Au + 6HNO3 = Au(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O Au – 3e- = Au3+ E = 1.5 В NO3- + 2H+ + 1e- = NO2 + H2O Е = 0.8 В Согласно правилу, Е(окислителя) должно быть > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является Au3+ - реакция протекает в обратном направлении. |
PbSO4 + H2O2 = PbO2 + H2SO4 Pb2+ – 2e- = Pb4+ E = 1.69 В H2O2 = 2H+ + O2- Е = 0.68 В Е(окислителя) > Е(восстановителя). Т.е. окислителем в данной реакции является Pb4+ - реакция протекает в обратном направлении. |
709. а) HIO3 проявляет окислительные свойства (Е = 1.08 В), тогда как HCl – слабый восстановитель (Е = 1.36 В). Поскольку ОВР может протекать при условии, что Е(окислителя) > Е(восстановителя), то данные вещества не будут взаимодействовать и можно на их основе приготовить раствор. б) K2Cr2O7 – сильный окислитель (Е = 1.33 В), а KBr – слабый восстановитель ( Е = 1.09 В). Данные вещества могут взаимодействовать и раствор из них приготовить нельзя.
710. Согласно правилу, Е(окислителя) должно быть > Е(восстановителя).
а) Е (HNO3) = 0.80 B, Е (HBr) = 1.09 B. Потенциал окислителя (азотной кислоты) меньше потенциала восстановителя, поэтому HNO3 не будет окислять HBr, раствор можно приготовить.
б) по той же причине железо не восстановит хром до шестивалентного состояния, такой раствор тоже можно приготовить.