2. Направление протекания окислительно-восстановительных реакций

Условием протекания окислительно-восстановительных реакций является наличие двух сопряженных окислительно-восстановительных пар, причем взаимодействие осуществляется между сильным окислителем и сильным восстановителем с образованием слабого окислителя и слабого восстановителя:

окислитель (1) + восстановитель (2) → восстановитель (1) + окислитель (2)

сильные слабые

Свойства сопряженной окислительно-восстановительной пары характеризует окислительно-восстановительный потенциал (φ_{ок./вос.}).

Чем больше величина окислительно-восстановительного потенциала, тем более сильным окислителем является окисленная форма системы и тем слабее выражены восстановительные свойства восстановленной формы.

Чем меньше величина окислительно-восстановительного потенциала, тем более сильным восстановителем является восстановленная форма системы.

В самопроизвольных окислительно-восстановительных реакциях окислитель имеет больший (более положительный), а восстановитель – меньший (менее положительный) окислительно-восстановительный потенциал.

φ_ок(1) > φ_вос(2)

Следовательно, разность окислительно-восстановительных потенциалов - электродвижущая сила (ЭДС) – самопроизвольно протекающих окислительно-восстановительных реакций положительна.

ЭДС = φ_ок(1) – φ_вос(2) > 0

Определить абсолютное значение окислительно-восстановительного потенциала сопряженной окислительно-восстановительной пары нельзя. Но можно измерить разность потенциалов между двумя окислительно-восстанови-тельными системами (рис. 5)

За систему сравнения выбран стандартный водородный электрод: платиновая пластина, погружённая в раствор кислоты с концентрацией ионов

[Н⁺]=1 моль/л, которая при 101,325 кПа и 298 К омывается водородом.

Стандартный окислительно-восстановительный потенциал для системы Н₂ 2Н⁺ + 2е^–,

возникающий в стандартном водородном электроде, принят равным нулю: φ^о(Н⁺/Н₂) = 0,00 В.

О

Вольтметр

кислительно-восстановительный потенциал электрохимической системы в стандартных условиях, измеренный относительно стандартного водородного электрода называют стандартным окислительно-восстано-вительным потенциалом. Значения стандартных окислительно-восстанови-тельных потенциалов, измеренные экспериментально, приводят в таблицах «Стандартные окислительно-восстановительные потенциалы» (табл.3 приложения).

б)

а)

Рис. 5. Гальванический элемент с водородным электродом:

а) цинковый электрод; б) водородный электрод

8.3. Химические свойства металлов

8.3.1. Ряд стандартных окислительно-восстановительных потенциалов металлов

Металлы в реакциях с любыми простыми или сложными веществами проявляют восстановительные свойства. Химическую активность металлов в реакциях с водными растворами окислителей характеризует окислительно-восстановительный потенциал . Ряд стандартных окислительно-восстановительных потенциалов металлов (ряд напряжений металлов, ряд стандартных электродных потенциалов металлов) – последовательность, в которой металлы расположены в порядке увеличения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов для систем

Ме – ne Meⁿ⁺

восст. форма окисл. Форма

	Восстановительная способность металлов увеличивается
	неблагородные металлы					благородные металлы
	Li K Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Ni Pb Н2 Cu Ag Hg Au
	Li+ K+ Ca2+ Na+ Mg2+ Al3+ Mn2+ Zn2+ Cr3+ Fe2+ Cd2+ Ni2+ Pb2+ Н+ Cu2+ Ag+ Hg2+ Au3+
	- 3,04 -2,92 -2,87 -2,71 -2,36 -1,66 -1,18 -0,76 -0,74 -0,41 -0,40 -0,25 -0,13 0 +0,34 +0,80 +0,85 +1,41
	Окислительная способность катионов металлов увеличивается
	Стандартный электродный потенциал пары металл/катион металла увеличивается

Анализ ряда стандартных окислительно-восстановительных потенциалов металлов

1. Чем левее металл в ряду, тем он химически активнее, легче окисляется и труднее восстанавливается из ионов.

Чем правее стоит металл в ряду, тем меньше его восстановительная способность и тем более выражена окислительная способность катионов металла.

2. Каждый металл, не разлагающий воду, вытесняет все последующие, правее стоящие металлы, из растворов их солей.

Например

2е

→ ; < = -0,14

3. Металлы, стоящие в ряду левее водорода, характеризуются отрицательными значениями окислительно-восстановительных потенциалов и вытесняют молекулярный водород из растворов кислот (HCl, CH₃COOH, RCOOH, H₂SO_4(разб.)…)

2Ме^о + 2nH⁺ → 2Meⁿ⁺ + nH₂

восстановитель окислитель

_<

Например:

Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂

= -0,44 _<

Металлы, стоящие в ряду правее водорода, характеризуются положительными значениями окислительно-восстановительных потенциалов и не вытесняют молекулярный водород из растворов кислот.

Например:

Cu + HCl

>