Правила запрета существования частиц в одном растворе

В ОВР вода способна выступать как в качестве окислителя, так и в качестве восстановителя, превращаясь либо в молекулярный водород, либо в молекулярный кислород, соответственно. Стандартные потенциалы воды в кислом растворе имеют следующие значения:

H₂O – окислитель:        2H⁺ + 2ē = H₂            E⁰ = 0 В

H₂O – восстановитель: O₂ + 4H⁺ + 4ē = H₂O      E⁰ = 1,229 В

Эти потенциалы называются потенциал полуреакции восстановительного разложения воды (выделяется водород) и потенциал полуреакции окислительного разложения воды (выделяется кислород).

Таким образом, те окислители, чьи стандартные восстановительные потенциалы больше, чем 1,229 В, будут окислять воду с выделением кислорода. Восстановители с Е⁰ < 0 В будут восстанавливать воду с выделением водорода:

PbO₂ + 2H₂O = Pb²⁺ + 2O₂ + 4H⁺,         ∆E⁰ = 1,455 – 1,229 = 0,226 В > 0

Zn + 2H⁺ = Zn²⁺ + H₂,                   ∆E⁰ = 0 – (–0, 763) = 0,763 > 0.

В стандартном щелочном растворе из-за изменения концентрации протонов меняются и стандартные потенциалы воды согласно уравнению Нернста:

H₂O – окислитель:        2H₂O + 2ē = H₂ + 2OH^─ E⁰ = –0,826 В

H₂O – восстановитель: O₂ + 2H₂O + 4ē = 4OH^─ E⁰ = 0,403 В,

но критерии устойчивости частиц в водном растворе принципиально не изменяются.

Способность частицы к окислительно-восстановительному диспропорционированию определяется разностью соответствующих потенциалов. Например, хлор будет диспропорционировать в стандартном щелочном растворе, т.к. Е⁰ хлора как окислителя больше Е⁰ хлора, как восстановителя:

2ClO₃^─ + 6H₂О + 10ē = Cl₂ + 12OH^─ E⁰ = 0,500 В (Cl₂ – восстановитель)

Cl₂ + 2ē = 2Сl^─                       E⁰ = 1,360 В (Cl₂ – окислитель)

Задачи к разделу

Окислительно–восстановительные реакции

1. Определите сущность окислительно–восстановительных процессов.

2. Какие вещества называются: окислителями; восстановителями?

3. Дайте определения понятий “степень окисления”, “окислительная емкость” и “восстановительная емкость” элемента (как в свободном состоянии, так и в соединении).

4. Определите окислительную и восстановительную емкости элементов в соединениях: SiO₂; NO₂; HClO₂; K₂S; NaClO₄; NH₃; CrO₃; CO.

5. Укажите, какие из приведенных веществ могут быть окислителями или восстановителями: SO₃; K; CO₂; Ba; NH₃; NaH; H₂O; Mn₂O₇.

6. Какие из приведенных реакций относятся к реакциям :  
(1) диспропорционирования, 
(2) внутримолекулярного окисления–восстановления,
(3) конпропорционирования:

a) P + O₂ ® P₂O₅;

b) HBr + HBrO₃ ® Br₂ + H₂O;

c) KNO₃ ® KNO₂+O₂;

d) KClO₃ ® KClO₄ + KCl;

e) H₂S₂O₃ ® SO₂ + H₂O + S;

f) KMnO₄ ® MnO₂ + K₂MnO₄ + O₂;

g) H₃PO₃ ® PH₃ + H₃PO₄;

h) HCl + Mg ® MgCl₂ + H₂.

7. Закончите и уравняйте следующие реакции, придерживаясь последовательности :
(1) выявите вещество – окислитель и вещество – восстановитель;  
(2) запишите в отдельные полуреакции исходное и конечное состояние вещества (окислителя и восстановителя – обязательно в форме реальных веществ — молекул или ионов);           
(3) уравняйте обе полуреакции по числу атомов каждого элемента (используя там, где нужно, молекулы или ионы среды);   
(4) уравняйте полуреакции между собой по числу электронов;
(5) сложите уравненные полуреакции;   
(6) напишите реакцию в ионной форме; 
(7) перенесите коэффициенты из ионной формы уравнения в молекулярную:

a) PbS + HNO₃ ® PbSO₄ + NO₂ + …;

b) K₂S + NaOCl + H₂SO₄ ® S + K₂SO₄ + …;

c) NaBr + NaBrO₃ + H₂SO₄ ® Br₂ + …;

d) SnCl₂ + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ® Sn(SO₄)₂ + Cr₂(SO₄)₃ + …;

e) Al + K₂Cr₂O₇ + H₂SO₄ ® Al₂(SO₄)₃ + Cr₂(SO₄)₃ + …;

f) HNO₂ + Br₂ + H₂O ® HBr + …;

g) AgNO₃ + AsH₃ + H₂O ® Ag + H₃AsO₄ + HNO₃;

h) SO₂ + SeO₂ + H₂O ® Se + H₂SO₄ + …;

i) As₂S₃ + HNO₃ ® H₃AsO₄ + H₂SO₄ …;

j) Cu₂S + HNO₃ ® Cu(NO₃)₂ + …;

k) As₂S₃ + H₂O₂ + NH₄OH ® (NH₄)₃AsO₄ + (NH₄)₂SO₄ + …;

l) CaOCl₂ + NaBr + H₂O ® CaCl₂ + Br₂ + ….

8. Чем определяется химический эквивалент окислителя или восстановителя в окислительно–восстановительных реакциях?

9. Гидроперит (комплекс пероксида водорода и мочевины) применяют как антисептическое средство. Рассчитайте массовую долю пероксида водорода в гидроперите, если известно, что для титрования 10 мл раствора, полученного при растворении 1 таблетки (1,5 г) в мерной колбе на 1 л, требуется 14% мл 0,02 н раствора перманганата калия в среде серной кислоты.

10. При лечении анемии (малокровия) используют препараты, содержащие железо. Для получения лекарственного препарата в мерной колбе на 1 л растворили 16 г FeSO₄×7H₂O. Какой объем этого раствора может быть окислен 25 мл 0,1 н раствора перманганата калия в среде серной кислоты?

11. При заболевании горла рекомендуется полоскать горло раствором перманганата калия, а затем 3% раствором пероксида водорода. Какая при этом происходит реакция, если в полости рта среда:

a) нейтральная,

b) щелочная

c) кислая?

12. При количественном определении глюкозы в крови используют гексацианоферрат(III) калия. Реакция идет в щелочной среде. При этом образуется глюконовая кислота (С₆Н₁₂О₇). Напишите и уравняйте соответствующую реакцию.

13. При обнаружении спирта в выдыхаемом воздухе иногда используют взаимодействие его с оксидом хрома(VI) в присутствии серной кислоты. Спирт при этом окисляется до уксусной кислоты. Напишите и уравняйте соответствующую реакцию методом полуреакций.

14. При проведении качественной реакции на гормон щитовидной железы – тироксин, к гидролизату гормона, содержащему иодид калия, прибавляют серную кислоту, раствор иодата калия и несколько капель крахмала. По появлению синей окраски судят о наличии тироксина. В чем принцип метода? Напишите соответствующую реакцию и уравняйте ее методом полуреакций.

15. Напишите реакцию фотосинтеза и уравняйте ее методом полуреакций.