Файл: Рахманкулов, Д. Л. Окислительно-восстановительные реакции [учебное пособие].pdf

лов, а наиболее сильные восстановители—в конце третьей гра­ фы (т. к. у них меньшие величины нормальных окислитель­ ных потенциалов).

Сильнейшим из всех окислителей является свободный фтор. Величина Е0 =+2,87 в. К наиболее сильным восстано­ вителям относятся щелочные и щелочноземельные металлы. Зная окислительно-восстановительные потенциалы, можно предвидеть, в какую сторону пойдет ОВР. Чем дальше друг от друга расположены восстановитель и окислитель, тем боль­ ше значение э. д. с. и тем легче осуществляется ОВР. При пользовании таблицей следует иметь в виду, что нормальные потенциалы восстановителя и окислителя зависят от среды, в которой ими пользуются, и от концентрации.

Рассмотрим такой пример:

Исходя из этих значений величин окислительно-восстанови­ тельных пар, между ними должна пройти такая реакция:

AsO^'t 23_+2Н+= Йз0з'+32-Н20

30

Эта реакция происходит, если концентрации всех участ­ вующих ионов такие, какие употребляют для определения нормальных потенциалов указанных пар. Если же реакцию вести в присутствии избытка NaHC03 , который поддержи­

окисленной формы в восстановленную происходит при уча­ стии ионов Н +

R +2Н +2е —Д$053~+ Н20

нормальный окислительный потенциал этой пары понизится до величины 0,106 в, а эта величина меньше, чем величина

нормального окислительного потенциала Лг/2Л = 0,54 в. Следо­ вательно,при этих условиях реакция должна протекать в об­ ратном направлении и J2 будет окислять ионы As0 33~b As0 43_

J ^ ils O jA H jO = 2 J ” + f l s 0 f + 2 1 f

Отсюда можно сделать следующий вывод: если ионы Н "^по­ требляются при реакции, ее нужно вести в кислой среде. Ес­ ли же они образуются в результате реакции, их нужно свя­ зывать, прибавляя щелочь.

какого-либо другого металла вытесняют последний из его со­ лей или восстанавливают катион соли до низшей степени окис­ ления. Например: Mg+HgCI2 =MgCl 2 +Hg

Э. д. с. = 0,854— (—2,37) =3,224 Ео0 Wg24- /M g= —2,37 в

Е H g2+ /Hg=+0,854 в

31

3. Наиболее сильные восстановители — атомы щелочнь!л и щелочноземельных металлов. Наиболее слабые восстанови­ тели — «благородные металлы».

4. Наиболее сильные окислители — нейтральные атомы галогенов, ионы металлов в высшей степени окисления; слож­ ные ионы и молекулы, содержащие атомы неметалла, в со­ стоянии положительной степени окисления.

§ 6. Направление окислительно-восстановительных реакций

Реакция окисления-восстановления может произойти в

При реакции происходит перемещение электронов от вос­ становителя к окислителю, т. к. в восстановителе они связаны £ ядром слабее, чем в окислителе. Следовательно, предсказа­ ние осуществления окислительно-восстановительной реакции возможно на основе знания энергетических уровней электро­ нов в исходных веществах. Энергетические уровни электронов у восстановителя и окислителя зависят от их природы, состо­ яния и окружающей среды. Они характеризуются потенциа­ лами ионизации, сродством к электрону и окислительно-вос­ становительным потенциалам. Рассмотрим с этих позиций в качестве примера взаимодействие магния с хлором и опреде­ лим направление этой окислительно-восстановительной реак­ ции. Магний—элемент ПА группа периодической системы, ак­ тивный металл, сильный восстановитель. Распределение элек­ тронов в атоме следующее— 1 S 2 ,2S2, 2р , 3S2. Энергия возбуждения одного из двух внешних электронов мала и пол­ ностью перекрывается энергией образования химических свя­ зей. Поэтому один из электронов 3S — подуровня может пе­ рейти на Зр — подуровень. В этом случае электронная струк­ тура атома будет иметь два неспаренных электрона, и, следо­ вательно,он может проявлять валентность, равную двум.

Потенциал ионизации магния сравнительно мал и равен 7,6 в, относительная электроотрицательность также мала (1,2). Следовательно, магний в окислительно-восстановитель­ ной реакции способен проявлять себя как сильный восстано­ витель. В соединениях он проявляет оч, равное двум.

Хлор находится в VI1A группе, активный неметалл. Распределение электронов по уровням и подуровням:

С1— 1S 2, 2S2, 2pfl, 3S2, Зрв. В наружном уровне содержит­

32

ся семь электронов (3S 2, Зр5 ). Атом хлора активно присое­ диняет электрон, строение его наружного энергетического уровня выражается формулой 3S2, Зр6 , т. е. подобно строе­ нию электронной оболочки аргона. Потенциал ионизации сравнительно с магнием большой и равен 13,01 в. Хлор об­ ладает и большими величинами сродства к электрону (3,61 в) и относительной электроотрицательности (3,2).

Отсюда делаем вывод, что хлор является сильным окис­ лителем. Оч атома хлора в его молекуле равно нулю, а в мо­ лекулах его соединений, где он присоединяет один электрон, равно —1. Реакция окисления магния хлором является экзотер­ мической, при этом степень окисления магния повышается от

образования MgCl2 смещение электронов произошло от маг­ ния (восстановителя) к хлору (окислителю), как обладаю­ щему значительно большей величиной электроотрицатель­ ности. Диалогично могут протекать и другие окислительновосстановительные реакции при взаимодействии металлов с неметаллами. Отметим, что если металлы в реакциях явля­ ются только восстановителями, то неметаллы (кроме фтора) могут быть окислителями и восстановителями. Так, в реакции H2+F2=2HF водород является восстановителем, а фтор окис­ лителем, так как относительная электроотрицательность водо­ рода равна 2,1, а фтора 4,1.

Для сложных реакций, протекающих в растворах, мерой окислительно-восстановительной способности веществ слу­ жат их электродные или окислительно-восстановительные по­ тенциалы. Чем больше алгебраическая величина стандартно­ го электродного потенциала данного атома или иона, тем больше его окислительные свойства. И наоборот, чем меньше алгебраическая величина окислительно-восстановительного потенциала атома или иона, тем больше его восстановитель­ ные свойства.

сильным окислителем, весьма энергично присоединяет элек­ троны, восстанавливаясь во фторид-ионы; ион же фтора яв­

ляется очень слабым восстановителем, т. к. атом фтора очень прочно удерживает принятый электрон.

Для пары Li /L i" стандартный окислительно-восстано­ вительный потенциал имеет отрицательное значение, а имен-

HoE0L°i )Li -—3,04 в. Это означает, что атом лития являет­ ся одним из наиболее сильных восстановителей, легко отда­

ет электрон, окисляясь в ион Li "К И наоборот, ион Li “^чрез­ вычайно слабо проявляет окислительные свойства. Зная ве­

ловии, когда разность потенциалов является положительной величиной. Окислительно-восстановительная реакция может протекать в выбранном направлении при том же условии, т. е. если разность окислительно-восстановительных потенциалов (имеет положительное значение, и, следовательно, э. д. с. по­ ложительна. Так, например, пусть требуется определить, в ка­

Р 10,*2 К З < 2Н2$04 — Ш к + Ъ ' ф З М Ф 0

Определим, будет ли металлическая медь окисляться (раст­ воряться) в разбавленной серной кислоте. Находим стандарт­

ные потенциалы пары Е°Си 2+ /Си°=0,34 в и Е°2Н “*“/Н2 = 0,00 и определяем э. д. с. = 0,00—0,34=—0,34 в. Следовательно, медь в разбавленной серной кислоте растворяться (окис­ ляться) не будет, т. к. э. д. с. этой реакции