8.5. Влияние факторов на характер и направление реакций

Влияние кислотности среды. Характер окислительно-восстановительного процесса во многом зависит от кислотности среды, в которой он происхо­дит.

Например, реакция

H₂SeO₄ + 2НСl = H₂SeO₃ + Cl₂ + Н₂O

в кислой среде протекает слева направо, а в щелочной – справа налево.

Иногда среда может усилить или ослабить окислительно-восстановительную функцию соединения. Это можно просле­дить на взаимодействии перманганата калия с сульфитом на­трия:

а) кислая среда

H₂O

MnO₄^- + 8H⁺ + 5=Mn²⁺ + 4H₂O 2

SO₃^2- + H₂O - 2 = SO₄^2- + 2H⁺ 5

2MnO₄^- + 16H⁺ + 5SO₃^2- +5H₂O = 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5SO₄^2- + 3H₂O

6H⁺ 10H⁺ + 3H₂O

2MnO₄^- + 6H⁺ + 5S₃^2- = 2Mn²⁺ + 3H₂O + 5SO₄^2-

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5Na₂SO₄ + 3H₂O

б) нейтральная среда

МnO₄^- + 2Н₂O + 3 = МnO₂ + 4OН^- 2

2SO₃^2- + Н₂O - 2 = SO₄^2- + 2Н⁺ 3

2MnO₄^- + 4Н₂O+ 3SO₃^2- + ЗН₂O = 2MnO₂ + 8OН^- + 3SO₄^2-+6H⁺

Н₂O 2OН^-

2MnO₄^- + 3SO₃^2- + Н₂O = 2MnO₂ + 3SO₄^2- + 2OН^-

2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ + Н₂O = 2MnO₂ + 3Na₂SO₄ + 2КOН

в) щелочная среда

МnO^-₄ + = МnO^2-₄ 2

SO₃^2- + 2OН^--2ё = SO₄^2- + Н₂O 1

2MnO₄^- + SO₃^2- + 2OН^- = 2MnO₄^- + SO₄^2- + Н₂O

2KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2КОН = K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + Н₂O

Из приведенных реакций видно, что в кислой среде окис­лительные свойства КМnO₄ проявляются наиболее полно (Мn⁺⁷восстанавливается доМn⁺²). В меньшей степени окисли­тельные свойстваКМnO₄проявляет в нейтральной и щелоч­ной

среде (Мn⁺⁷восстанавливается доМn⁺⁶).

Влияние температуры и концентрации. Кроме кислотности среды на характер и направление окислительно-восстановительных реакций влияют температу­ра и концентрация реагирующих веществ.

Например, при взаимодействии хлора со щелочью обна­руживается одновременное влияние этих двух факторов. Если газообразный хлор пропускать через концентрированный рас­твор горячей щелочи, то реакция пойдет по уравнению:

3С1₂ + 6NaOH = NaClO₃ + 5NaCl + 3H₂O

При взаимодействии хлора с холодным и разбавленным раствором щелочи протекает иная реакция:

Сl₂ + 2NaOH = NaClO + NaCl + Н₂O

Во многих случаях температура определяет направление процесса. В полупроводниковой технике широко применяется иодидный способ получения чистейшего кремния, который основан на обратимой реакции:

Si + 2I₂ SiI₄

Равновесие реакции при 750 - 850 °Спрактически полностью сдвинуто в сторону образованияSiI₄.При повышении температуры до1000 - 1200 °Спроисходит термическая диссо­циация тетраиодида кремния.

8.6. Типы окислительно-восстановительных реакций

Рассмотренные выше примеры относятся к типу межмолекулярных реакций, т.е. таких, в которых окислитель и вос­становитель представляют различные вещества.

Окисление-восстановление происходит не только при взаимодействии нескольких веществ, но при определенных условиях и в одном веществе, т.е. изменение окислительного числа атомов происходит в одной и той же молекуле. Такие реакции относятся к внутримолекулярным реакциям.

Обычно это реакции термического разложения веществ.

Например

КСlO₃ → КСl + O₂⁰

Сl⁵⁺ + 6= Сl^-12

2O^-2 - 4=O₂⁰ 3

2Сl⁵⁺ + 6O^-2 = 2Сl

2КСlO₃ = 2КСl + 3O₂

В реакциях самоокисления - самовосстановленияилидиспропорционирования в отличие от процессов внутримолеку­лярного окисления - восстановления происходит одновремен­ное уменьшение и увеличение окислительного числа атомов одного и того же элемента. Например,

K₂MnO₄ + H₂O → KMnO₄ + MnO₂ + КОН

MnO₄^2- - =MnO₄^- 2

MnO₄^2- + 2H₂O + 2=MnO₂ + 4OH^- 1

3MnO₄^2- + 2H₂O = 2MnO₄^- + MnO₂ + 4OH^-

или в молекулярной форме

3K₂MnO₄ + 2Н₂O = 2KMnO₄ + 4КОН + MnO₂

Из трех молекул K₂MnO₄две выступают в качестве вос­становителя, одна - в качестве окислителя.

В заключение следует отметить, что окислительно-восстановительные реакции составляют важный раздел курса, т.к. большинство протекающих в природе и используемых в технике процессов являются окислительно-восстановитель­ными.

Знание вопросов теории окислительно-восстановитель­ных процессов позволяет выбрать наиболее эффективные про­цессы получения металлов из руд, химической и электрохими­ческой обработки металлов, получения различных неорганиче­ских веществ и многое другое.