Влияние концентрации на состав продуктов реакции

Влияние концентрации реагирующих веществ в ОВР наиболее ярко проявляется на примере реакций с азотной и серной кислотами.

Реакции азотной кислоты.

Напомним, что эти кислоты одновременно является и окислителями, и создателями среды.

Азотная кислота реагирует, как окислитель, с металлами, оксидами и гидроксидами металлов в промежуточных степенях окисления, с неметаллами и их оксидами, содержащих неметалл в промежуточной степени окисления. Как правило, продукты восстановления азотной кислоты образуют смесь веществ (как правило, оксидов), но, в зависимости от концентрации, тот или иной продукт будет преобладать в реакционной смеси. Экспериментальным путем были установлены следующие закономерности:

1. Концентрированная азотная кислота восстанавливается до NO₂.

NO₃^– + 2H⁺ +1e^-→ NO₂ + H₂O

2. Умеренно разбавленная азотная кислота восстанавливается до NO.

NO₃^– + 4H⁺ +3e^-→ NO + 2H₂O

3. Очень разбавленная азотная кислота, реагируя с активным восстановителем (Mg, Ca, Al и т.п.) восстанавливается до соли— нитрата аммония NH₄NO₃.

NO₃^– + 10H⁺ +8e^-→ NH₄⁺+3H₂O

В состав продуктов восстановления могут также входить газообразный азот N₂, N₂O.

Водород в реакциях с азотной кислотой практически не выделяется!

Реакции серной кислоты

Концентрированная серная кислота — достаточно сильный окислитель за счет атома серы в степени окисления +6. В большинстве случаев продуктом восстановления сульфат-ионов будет диоксид серы — газообразный SO₂.

SO₄^2–+ 4H⁺ + 2e^- → SO₂ + 2H₂O

В случае реакции концентрированной серной кислоты с активными восстановителями сульфат-ионы могут восстановиться до элементарной серы S, или даже до сероводорода H₂S. Приведем полуреакцию восстановления сульфат-иона до сероводорода.

SO₄^2– + 10H⁺ +8e^-→ H₂S +4H₂O

Как уже указывалось ранее, разбавленная серная кислота является очень слабым окислителем, и не за счет серы, а за счет водорода H⁺ .Поэтому полуреакция восстановления разбавленной серной кислоты будет полуреакцией восстановления водорода до Н₂.

Примечание. Некоторые металлы, такие как алюминий, железо, хром, олово и др., не растворяются при обычных условиях в концентрированных серной и азотной кислотах. Это явление называется пассивацией. Оно связано с образованием на поверхности металла оксидной пленки, не реагирующей с кислотой. При нагревании, из-за термических деформаций, пленка разрушается, и растворение этих металлов происходит до конца.

Влияние температуры на состав продуктов.

Температура является важным фактором, влияющим, во-первых, на скорость реакции, и, во-вторых, на устойчивость тех или иных промежуточных продуктов реакции. Оказывается, что при различных температурах устойчивыми являются и различные продукты. Так, при растворении газообразного хлора в холодных растворах щелочей образуются смесь хлорида и гипохлорита.

Cl₂ + 2NaOH =NaCl + NaClO + H₂O

При пропускании хлора в горячий раствор NaOH (при 90-95^оС) реакция идет так:

Cl₂ + 6NaOH = 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O.

Другой пример. Термическое разложение нитрата аммония при температуре порядка 170^оС протекает с образованием N₂O и воды:

NH₄NO₃ = N₂O +2H₂O.

При температурах порядка 300^оС разложение идет так:

NH₄NO₃ = N₂ +2H₂O+0,5О₂.