Додаток 3. Порядок визначення напрямку окиснювально-відновних реакцій

Відомо, що напрямок перебігу процесів визначається з умови G⁰_реак < О. Для окиснювально-відновних процесів G⁰_реак розраховується за формулою

G⁰_реак =  n E F,

де n – кількість електронів у сумарному молекулярно-іонному рівнянні окис-нювально-відновного процесу; Е – електрорушійна сила (ЕРС) гальванічного елемента, утвореного електродами, на яких відбуваються окиснювальні та відновні процеси; F – число Фарадея, 96500 Кл/моль.

Для виконання цієї умови необхідно, щоб ЕРС була позитивною. ЕРС гальванічного елемента розраховується за формулою:

Е = ⁰_окис – ⁰_відн.

Значення стандартних потенціалів окиснювально-відновних реакцій знаходять у таблицях. Потенціал окиснювача завжди більше потенціалу відновника. Чим більш позитивне значення потенціалу, тим сильнішим окиснювачом є система.

Приклад 1. Визначити напрямок перебігу окиснювально-відновної реакції:

2KMnO₄ + 8H₂SO₄ + 10KI  2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + I₂ + 8H₂O.

Розвязання:

1. Визначення за таблицею (див. додат.1) стандартних значень окиснювально-відновних напівреакцій:

MnO₄^– + 8H⁺ + 5ē  Mn⁺² + 4H₂O; ⁰ = + 1,51 В,

I₂⁰ + 2ē  2I^–; ⁰ = 0,52 В.

Із значень стандартних потенціалів напівреакцій визначаємо, що MnO₄^– – окиснювач , I^– – відновник, тобто, напівреакції мають напрямок:

MnO₄^– + 8H⁺ + 5ē  Mn⁺² + 4H₂O

2I^– – 2ē  I₂⁰.

Е = _окис –  _відн = 1,51 – 0,52 = 0,99 В.

G⁰_реак =  nEF =  10 ^. 0,99 ^. 96500 = 955350 Дж/моль. Реакція відбувається у напрямку зліва направо:

2KMnO₄ + 8H₂SO₄ + 10KI  2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + I₂ + 8H₂O.

Приклад 2. Визначити напрямок перебігу окиснювально-відновної реакції:

Cr₂(SO₄)₃ + 3Fe₂(SO₄ )₃ + K₂SO₄ +7H₂O  К₂Сr₂O₇ + 6FeSO₄ + 7H₂SO_{4 .}

Порівняти окиснювальні властивості іонів MnO4– та Сr2o72– у кислому середовищі.

Розвязання:

1. Визначення за таблицею (див. додат. 1) стандартних потенціалів напівреакцій.

Сr₂O₇^2– + 14H⁺ + 6ē  Cr⁺³ +7H₂O; ⁰ = 1,36 В.

2Fe⁺³ + 2ē  2Fe⁺² ; ⁰ = 0,77 В.

Із значень стандартних потенціалів напівреакцій визначаємо, що Сr₂O₇^2– окис-ник, Fe⁺² – відновник, тобто напівреакції мають напрямок:

Сr₂O₇^2– + 14H⁺ + 6ē  Cr⁺³ +7H₂O;

2Fe⁺² – 2ē  2Fe⁺³;

Е = _окис –  _відн = 1,36 – 0,77 = 0,79 (В).

G⁰_реак =  nEF = 6 ^. 0,79 ^. 96500 = 457410 Дж/моль. Реакція відбувається з права наліво.

К₂Сr₂O₇ + 6FeSO₄ + 7H₂SO₄  Cr₂(SO₄)₃ + 3Fe₂(SO₄ )₃ + K₂SO₄ +7H₂O.

2. Порівняння окиснювальних властивостей іонів MnO₄^– та Сr₂O₇^2– у кислому середовищі.

Іон MnO₄^– більш сильний окиснювач, ніж Сr₂O₇^2–, тому що стандартний потенціал напівреакції відновлення MnO₄^– (1,51 В) більший, ніж стандартний потенціал напівреакції відновлення Сr₂O₇^2– (1,36 В).