Окислительно-восстановительные потенциалы

Примеры решения задач

Пример 1. Какие из металлов (Au, Sn, Mn) могут быть окислены кислородом при 298 К, рН 7 и стандартном состоянии всех веществ?

Решение. Окисление металла возможно при условии . Потенциал кислородного электрода при 298 К, относительном парциальном давлении кислорода, равном 1 и рН = 7, равен 0,8 В. Стандартные потенциалы металлов равны

= − 0,136 В, = − 1,18, = 1,498 В.

Следовательно, вышеуказанное условие соблюдается для олова и марганца, которые могут быть окислены кислородом при рН = 7.

Пример 2. Определите стандартную энергию Гиббса образования Li₂S, если известно, что стандартная ЭДС элемента с токообразующей реакцией

2Li + CuS =   Li₂S + Cu

равна 2,3 В.

     Решение. Стандартную энергию Гиббса для данной температуры можно рассчитать по уравнению ΔG = −nFE = − 2 ∙ 96500 ∙ 2,3 = −443,9 кДж.

С другой стороны, энергия Гиббса этой реакции равна

= (Cu) + (Li₂S) − 2 (Li) – (CuS).

Отсюда:

(Li₂S) = + (CuS) = − 443,9 – (48,9) = − 492,8кДж/моль.

Пример 3. Установите, в каком направлении возможно самопроизвольное протекание реакции:

2NaCl + Fe₂(SO₄)₃ = 2 FeSO₄ + Cl₂ + Na₂SO₄.

Решение. Уравнение реакции в ионно-молекулярной форме:

2 Cl⁻ + 2 Fe³⁺ = 2 Fe²⁺ + Cl₂.

Запишем стандартные электродные потенциалы электрохимических систем, участвующих в реакции:

С1₂ + 2е^– 2С1^–, = 1,36 В,

Fe³⁺ + е^– Fe²⁺, = 0,77 В.

Поскольку > , то окислителем будет являться хлор, а восстановителем – ион Fe²⁺, рассматриваемая реакция будет протекать справа налево.

Пример 4. Определите направление возможного самопроизвольного протекания реакции

2Hg + 2Ag⁺ = 2Ag + Hg ,

при следующих концентрациях (в моль/л) участвующих в реакции ионов а) [Ag⁺] = 10 ⁻⁴, [Hg ]= 10 ⁻¹, б) [Ag⁺]= 10 ⁻¹, [Hg ]= 10 ⁻⁴.

Решение. Выпишем значения стандартных электродных потенциалов взаимодействующих электрохимических систем:

Hg + 2е^– 2 Hg,         = 0,79 В,

Ag⁺ + е^– Ag,               = 0,80 В.

Теперь вычислим значения электродных потенциалов при указанных в задаче концентрациях по уравнению Нернста.

a)

В данном случае > , реакция будет протекать справа налево.

б)

В данном случае < , реакция будет протекать слева направо.

Контрольные задания

8-1. Какие из металлов (Cu, Ag, Co, Mg) могут быть окислены кислородом в водном растворе при рН = 10, температуре 298 К и стандартных состояниях веществ? Напишите соответствующие уравнения реакций.

8-2. Какие из металлов (Ni, Pt, Zn) могут быть окислены жидким бромом при температуре 298 К и стандартных состояниях веществ? Напишите соответствующие уравнения реакций.

8-3. Какие из металлов (Cd, Au, Cu) могут быть окислены хлором при температуре 298 К и стандартных состояниях веществ? Напишите соответствующие уравнения реакций.

8-4. Какие из металлов (Mn, Pd, Fe) могут быть окислены кислородом в водном растворе при рН = 7, температуре 298 К и стандартных состояниях веществ? Напишите соответствующие уравнения реакций.

8-5. Можно ли получит железо восстановлением водородом магнетита Fe₃O₄, с образованием водяного пара при стандартных состояниях всех веществ и температуре 298 К? Определите области температур, при которых этот процесс может протекать самопроизвольно при стандартных состояниях всех веществ. Напишите соответствующие уравнения реакций.

8-6. Можно ли получит железо восстановлением магнетита Fe₃O₄ углеродом с образованием углекислого газа при 298 К и стандартных состояниях всех веществ? Определите области температур, при которых этот процесс может протекать самопроизвольно при стандартных состояниях всех веществ. Напишите соответствующие уравнения реакций.

8-7. Можно ли получит хром восстановлением Cr₂O₃ водородом с образованием водяного пара при стандартных состояниях всех веществ и температуре 298 К? При каких температурах этот процесс может протекать самопроизвольно при стандартных состояниях всех веществ? Напишите соответствующие уравнения реакций.

8-8. Можно ли получит железо восстановлением монооксидом углерода при 298 К и стандартных состояниях всех веществ? При каких температурах этот процесс может протекать самопроизвольно при стандартных состояниях всех веществ? Напишите соответствующие уравнения реакций.

8-9. Укажите, в каком направлении может самопроизвольно протекать реакция

H₂O₂ + HOCl = HCl + O₂ + H₂O.

8-10. Укажите, в каком направлении может самопроизвольно протекать реакция

2 HIO₃ + 5 H₂O₂= 5O₂ + I₂ + 6H₂O.

8-11. Укажите, в каком направлении может самопроизвольно протекать реакция

I₂ + 5 H₂O₂ = 2 HIO₃+ 4H₂O.

8-12. Может ли данная реакция протекать самопроизвольно?

Н₃РO₄ + 2 HI = H₃PO₃ + I₂ + H₂O.

8-13. Может ли данная реакция протекать самопроизвольно?

Н₃РO₃ + SnCl₂ + H₂O = 2HCl + Sn + Н₃РO_4.

8-14. Может ли данная реакция протекать самопроизвольно?

Н₃РO₃ + AgNO₃ + H₂O = 2Ag +2HNO₃ + Н₃РO₄.

8-15 Может ли данная реакция протекать самопроизвольно?

Н₃РO₃ + Pb(NO₃) ₂ + H₂O = Pb +2HNO₃ + Н₃РO₄.

8-16. Может ли самопроизвольно протекать реакция взаимодействия водного раствора перманганата калия на серебро:

MnO + Ag = MnO + Ag⁺.

8-17. Может ли самопроизвольно протекать реакция взаимодействия водного раствора перманганата калия на серебро:

MnO  + 3Ag + 2H₂O = MnO₂ + 3Ag⁺ + 4OH ^–

8-18. Может ли самопроизвольно протекать реакция взаимодействия водного раствора перманганата калия на серебро:

MnO  + 8Н⁺ + 5 Ag = Mn²⁺ + 5Ag⁺ + 4H₂O.

8-19. Может ли приведенная реакция протекать в нейтральном растворе

MnO + Br⁻ = MnO₂+ Вr₂?

8-20. Может ли приведенная реакция протекать в нейтральном растворе

MnO  + Сl⁻ = MnO₂+ Cl₂?

8-21. Может ли приведенная реакция протекать в нейтральном растворе

MnO  + I⁻ = MnO₂+ I₂?

8-22. Будет ли протекать реакция в водном растворе

FeCl₃ + Hg = FeCl₂ + 2 HgCl₂,

 если [Hg²⁺] = 10 ⁻² моль/л, [Fe²⁺] = 10 ⁻² моль/л, [Fe³⁺] = 10 ⁻³ моль/л?

8-23. Будет ли протекать реакция в водном растворе

FeCl₂ + 2 HgCl₂ = FeCl₃ + Hg,

если [Hg²⁺] = 10 ⁻² моль/л, [Fe²⁺] = 10 ⁻² моль/л, [Fe³⁺] = 10 ⁻³ моль/л?