- •Редокс-равновесия и редокс-процессы
- •Примеры решения типовых задач Пример 1
- •Пример 2 . Определение направления редокс-процесса в стандартном состоянии
- •Пример 3
- •Пример 4
- •Пример 5
- •Пример 6
- •Пример 7
- •Пример 8
- •Пример 9
- •Пример 10
- •Пример 11
- •Пример 12
- •Пример 13
- •Пример 14
- •После введения некоторого количества протолита значение редокс-потенциала системы уменьшается:
- •Пример 15
- •Пример 16
- •Пример 17
- •Пример 18
- •Пример 19
- •Ответ: эдс гальванического элемента равна 0,118 в.
- •Задания для самостоятельной работы из «Сборника задач и упражнений по общей химии».
- •Изучение зависимости редокс-потенциала от соотношения концентраций окисленной и восстановленной форм
- •Изучение влияния лигандного окружения на редокс-потенциал
- •Задания для самостоятельной работы из «Сборника задач и упражнений по общей химии».
- •Изучение влияния рН на редокс-потенциал.
- •Измерение рН растворов с помощью стеклянного электрода
Пример 4
Определение направления редокс-процесса в состоянии, отличающемся от стандартного, с участием редокс-систем второго типа
Определите, возможна ли реакция между перманганатом калия и бромидом калия в растворе при рН=2, если концентрации равны:перманганата калия 0,01 моль/л; иона марганца(II) 0,0001 моль/л; бромид-иона и брома по 0,01 моль/л. Т=298 К.
Решение. Запишем уравнение реакции, направление которой надо определить. В кислой среде (рН=2 – по условию задачи) перманганат-ион MnO4- восстанвливается до Mn 2+, а бромид-ион Br- - окисляется до брома.
Определим число электронов, принимающих участие в полуреакциях:
MnO4-+ 8Н+ + 5 ē Mn2+ + 4Н2О; n=5, m=8
2Br- - 2ē Br2; n=2
Суммарное уравнение:
10КВr + 2КМnO4 + 8H2SO4 = 5Вr2 + 2MnSO4 + 6K2SO4 + 8Н2O
red2 ox1 ox2 red1
Вычислим редокс-потенциалы обеих редокс-систем, содержащихся в растворе, по уравнению Нернста (8.6) с учетом коэффициента 2,303:
φr(ox) = φr0(MnO4-+ 8Н+/Mn2+ + 4Н2О) + 2,303 RT lg а(MnO4-)аm(Н+)
nF а(Mn2+)
2,303 RT а(Br2)
φr(red) = φr0(Br2/2Br-) + lg
nF а(Br-)
Стандартные редокс-потенциалы обеих систем равны (табл. ):
φr0(MnO4-+ 8Н+/Mn2+ + 4Н2О) = 1,51 В
φr0(Br2/2Br-) = 1,09 В
При температуре 298К значение множителя 2,303RT/ F равно 0,0591 В (табл. ).
Вычислим редокс-потенциалы обеих редокс-систем, подставляя в уравнение Нернста известные значения концентраций и стандартных редокс-потенциалов:
0,0591 0,01·(10-2)8
φr(MnO4-+ 8Н+/Mn2+ + 4Н2О) = 1,51 + lg = 1,35 В
5 0,0001
φr0(Br2/2Br--) = 1,09 +0,0591 lg 0,01 = 1,09 В
2 0,01
Реакция между перманганатом калия и бромидом калия может протекать, т.к.
r = r(ox) - r(red) = 1,35 – 1,09 = 0,26 0.
Ответ: реакция между перманганатом калия и
бромидом калия может протекать самопроизвольно,
т.к. разность редокс-потенциалов положительна.
Пример 5
Определение глубины протекания редокс-процесса для стандартного состояния
Сопоставьте глубину протекания процесса восстановления ионов серебра металлическим цинком: а) если серебро находится в составе аквакомплекса;
б) если серебро находится в составе амминокомплекса.
Решение. Убыль энергии Гиббса, показывающая глубину протекания процесса, связана с разностью потенциалов (r ) уравнением (8.4). При условии, что множитель nF для сравниваемых реакций имеет одинаковое значение, о глубине протекания процесса можно судить по значению величины r.
а) Zn + 2[Ag(H2O)2]+ [Zn(H2O)4]2+ + 2 Ag;
б) Zn + 2[Ag(NН3)2]+ [Zn(NН3)4]2+ + 2Ag.
red1 ox2 ox1 red2
Для обеих реакций n = 2.
Стандартные редокс-потенциалы этих редокс-пар найдем в табл. .
φr0 (Ag+/Ag) = 0,80 В
φr0([Ag(NН3)2]+/Ag + 2NН3) = 0,373 В
φr0([Zn(NН3)4]2+/Zn + 4NH3) = -1,04 В
φr0(Zn2+/Zn) = -0,76 В.
Определим, будут ли самопроизвольно протекать реакции, рассчитывая значения r для каждого редокс-процесса:
а) r = φr0(Ag+/Ag) - φr0(Zn2+/Zn) = 0,8 - (-0,76) = 1,56 В
б) r = φr0([Ag(NН3)2]+/Ag + 2NН3) - φr0([Zn(NН3)4]2+/Zn +4NH3) = 0,373 -(-1,04) =1,41 В
Ответ: глубина протекания процесса восстановления ионов серебра, находящихся в растворе аквакомплекса, цинком больше глубины протекания процесса восстановления ионов серебра, находящихся в составе аммиачного комплекса металлическим цинком, т.к. 1,56 В > 1,41 В.