Влияние среды на состав продуктов реакции

Влияние кислотности среды на вид продуктов реакции особенно ярко реализуется на примере восстановления перманганатного иона MnO₄^-.

а) в кислотной среде, в соответствии с первой схемой, протекает наиболее глубокое восстановление атома марганца.

MnO₄^-+ 8H⁺ +5e^-→ Mn²⁺ +4 Н₂О.

При этом образуются соли марганца(II), анион которых зависит от кислоты, создающей кислотную среду. Так, в сернокислотной среде образуется MnSO₄, в солянокислой MnCl₂. Отметим, что металлический марганец образоваться не может, т.к. этот металл в ряду напряжений металлов находится существенно левее водорода и окисляется ионами H⁺ . б) в нейтральной ( слабощелочной или слабокислой среде) перманганат-ион восстанавливается до диоксида марганца MnO_2, выпадающего из раствора в виде черно-бурого осадка

MnO₄^- + 2Н₂О + 3е^-→ MnO₂ + 4ОН^-.

В этом случае происходит существенное защелачивание раствора.

в) в сильно щелочной среде перенос электронов осуществляется с большими затруднениями (из-за большой концентрации отрицательно заряженных ионов ОН^-). Восстановление происходит до манганатного иона MnO₄^2-, имеющего зеленую окраску:

MnO₄^- +1е^- → MnO₄^2-

Определенную внимательность надо проявлять при работе с соединениями хрома (VI). Дело в том, что устойчивый в кислотной среде дихромат-ион Cr₂O₇^2-,имеющий свойства сильного окислителя, в щелочной среде, без изменения степени окисления, превращается в хромат-ион CrO₄^2-, проявляющий очень слабые окислительные свойства.

Cr₂O₇^2- + 2ОН^- → 2CrO₄^2- + Н₂О

Напротив, хромат в кислотной среде образует дихромат.

2CrO₄^2- + 2Н⁺→ Cr₂O₇^2- + Н₂О

В кислотной среде ион Cr₂O₇^2- восстанавливается до ионов Cr³⁺:

Cr₂O₇^2-+ 14H⁺ +6e^-→2Cr³⁺ +7 Н₂О.

В зависимости от конкретного восстановителя и реальных кислотно-основных параметров раствора хром может восстанавливаться или до осадка Cr(OН)₃, или, вследствие амфотерных свойств соединений хрома (III), до растворимого комплексного аниона [Cr(OH)₆ ]^3-. В любом случае, степень окисления в продуктах восстановления хрома всегда будет равна +III.

С другой стороны, если окисление соединений хрома проводится в щелочной среде, то продуктов окисления будут хроматные ионы CrO₄^2-, если же окисление происходит в кислотной среде, то будут образовываться ионы Cr₂O₇^2-.

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.