Лекция 6. Окислительно-восстановительные равновесия

ОВР. ТЕРМИНОЛОГИЯ.
Окислительно-восстановительные
равновесия
ОВР. ТЕРМИНОЛОГИЯ.
Редокс пара – система из окисленной и восстановленной форм данного элемента. Уравнение Ox + nē  Red показывает окислительно‐
восстановительный переход или окислительно‐восстановительную полуреакцию.
В любой ОВР принимают участие две редокс‐пары. Продукты реакции являются новыми окислителем и восстановителем (более слабыми, чем первые):
Ox1 + Red2  Red1 + Ox2
2Fe3+ + Sn2+  2Fe2+ + Sn4+
Окислительно-восстановительные реакции –
это реакции, сопровождающиеся переносом
валентных электронов от восстановителя к
окислителю
Степень окисления Окислитель Восстановитель Процесс окисления Процесс восстановления Реакции диспропорционирования Реакции компропорционирования -
Наиболее важные окислители:
(NH4)2S2O8, KMnO4, K2Cr2O7, K2CrO4, KBrO3, KClO3, KIO3
Cl2, Br2, I2, NaClO, NaBrO, CaOCl2
H2O2, HNO3, H2SO4конц., MgO2, Na2O2, HCl + HNO3, H2O2 + HCl (смесь Комаровского)
Cu2+, Fe3+, Hg2+
Стандартный электродный (ОВ) потенциал (E)
Наиболее важные восстановители:
потенциал, измеренный относительно стандартного
водородного электрода в стандартных условиях.
Zn, Fe, Mg, Al, щелочные и щелочноземельные металлы
Sn2+, Mn2+, Fe2+
S2‐, SO32‐, S2O32‐, I‐, Br‐, C2O42‐
Как количественно оценить силу окислителя
или восстановителя?
Чем выше E, тем выше окислительная способность
Ox и ниже восстановительная способность Red
в стандартных условиях(!)
1
Стандартный электрод сравнения
EСВЭ = 0 V
@ a(H+) = 1 M,
@ p(H2) = 1 атмосфера
и @ ЛЮБОЙ Т
СВЭ – всегда анод
Уравнение Нернста
(Нобелевская премия 1920)
Реальный окислительно-восстановительный
потенциал – это потенциал редокс пары при
условии, что участники реакции находятся в
реальных условиях (отличных от стандартных)
E = Eк – Ea = Eк
Напишите уравнение Нернста для
следующих полуреакций:
2-
Cr2O7 +
14H+
+ 6ē 
2Cr3+
+ 7H2O
SnO32- + H2O + 2ē  SnO22- + 2OH-
Как влияет рН на окислительную способность
Cr2O72- и SnO32-?
Направление ОВР
Once again 
Чем выше реальный окислительно‐
восстановительный потенциал редокс пары, тем более сильным окислителем является окисленная форма этой редокс пары. Чем ниже реальный окислительно‐
восстановительный потенциал редокс пары, тем более сильным восстановителем является восстановленная форма этой пары.
Как определить направление ОВР?
Константа ОВ равновесия
Направление и глубина протекания ОВР зависит от величины электродвижущей силы (потенциала реакции):
Е = Е(Ох) ‐ Е(Red)
Е  0 проходит прямая реакция
Е  0 проходит обратная реакция
В состоянии равновесия Eр = 0 и Q = Kр
Как оценить полноту протекания ОВР?
0  E0 
0.05916
log K p Kр=
n
2
Константа ОВ равновесия
Реакции, которые протекают до конца,
должны иметь константу равновесия больше
108 (при условии вступления в реакцию 99,99
% исходных веществ), то есть:
( Е10 Е20 ) n
0,059
KRedOx  10
 10
8
lg KRedOx 
(E10  E20 )n
8
0,059
Е0  0.47 В (n=1)
Е0  0.24 В (n=2)
Факторы, влияющие на величину
реального ОВ потенциала:
Температура
Ионная сила раствора (природа и концентрация посторонних электролитов)
Концентрации компонентов редокс пары
Концентрации частиц, которые не являются редокс парой, но принимают участие в полуреакции
Кислотность раствора (аналогично предыдущему пункту) Протекание конкурирующих реакций (кислотно‐основных, осаждения, комплексообразования, окисления‐восстановления)
Природа среды
Использование окислительновосстановительных реакций в анализе
Для переведения ионов и соединений элементов из низшей степени окисления в высшую и наоборот.
Для отделения ионов, которые окисляются или восстанавливаются с образованием малорастворимых соединений или наоборот для растворения осадков.
В качественном анализе (в том числе лекарственных средств)
В количественном анализе:
Окислительно‐восстановительное титрование (оксидиметрия, редуциметрия);
Инструментальные методы (потенциометрия, кулонометрия, электрогравиметрия, вольтамперометрия).
3