Направление течения окислительно-восстановительных реакций в различных условиях
Характер окислительно-восстановительной реакции во многом зависит от среды, в которой она протекает. В некоторых случаях среда изменяет даже направление процесса. Например, реакция
H2SeO4 + 2 HCl = H2SeO3 + Cl2 + H2O
в кислой среде протекает слева направо, а щелочной – справа налево.
Иногда среда может усилить или ослабить окислительно-восстановительную функцию соединения. Это очень четко можно проследить на взаимодействии перманганата калия с сульфитом натрия.
В кислой среде:
2KMnO4+ 5Na2SO3+ 3H2SO4 = 2MnSO4+5Na2SO4+К2SO4+3H2O
Mn+7 - окислитель,
S+4 - восстановитель
В нейтральной среде:
2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2КОН
Mn+7 - окислитель,
S+4 - восстановитель
В щелочной среде:
2KMnO4 + Na2SO3 + 2КОН = 2К2MnO4 + Na2SO4 + H2O
Mn+7 - окислитель,
S+4 - восстановитель
В кислой среде окислительные свойства перманганата калия проявляются полностью (Mn+7 восстанавливается до Mn+2). В меньшей степени окислительные свойства КMnО4 проявляет в нейтральной, слабокислой и слабощелочной средах (Mn+7 восстанавливается до Mn+4). И самым слабым окислителем он является в слабощелочной среде (Mn+7 восстанавливается до Mn+6).
Кроме среды, на направление окислительно-восстановительной реакции влияют концентрации реагирующих веществ и температура. При взаимодействии хлора со щелочью обнаруживается одновременное влияние этих двух факторов.
Если газообразный хлор пропускать в концентрированный раствор горячей щелочи, то реакция пойдет по уравнению:
3Cl2 + 6NaOH = NaClO3 + 5NaCl + 3H2O
При взаимодействии хлора с холодным и разбавленным раствором щелочи протекает реакция:
Cl2 + 2NaOH = NaClO + NaCl + H2O
Влияние концентрации реагирующих веществ особенно ярко обнаруживается при взаимодействии металлов и неметаллов с кислотами. Для таких кислот, как HCl, это обусловлено изменением концентрации ионов водорода, влияющим на скорость процесса. Степень разбавления, например, серной и селеновой кислот влияет на направление процесса, определяя их поведение как окислителей, за счет ионов Н+ и за счет атомов серы и селена (S+6 и Se+6).
Азотная кислота характеризуется сильно выраженными окислительными свойствами. Окислителем в молекуле азотной кислоты является N+5, который в зависимости от концентрации кислоты и силы восстановителя (например, активности металла) принимает от 1 до 8 электронов, образуя
вещества с различными более низкими степенями окисления азота от +4 до –3: NO2, NO, N2O, N2, NH3 (NH4NО3).Какое из этих веществ образуется, зависит от природы восстановителя и от условий реакции, прежде всего от концентрации кислоты. Чем выше концентрация азотной кислоты, тем менее глубоко она восстанавливается. При реакции концентрированной HNO3 с металлами и неметаллами чаще всего выделяется NO2.
Примеры реакций с участием азотной кислоты:
Ge + 4HNO3 + 6HF = H2GeF6 + 4NO2 + 4H2O
конц.
Ge0 – 4е → Ge+4 1 – восстановитель
N+5 + 1е → N+4 4 – окислитель
3Co + 8HNO3 = 3Co(NO3)2 + 2NO + 4H2O
разбавл.
Сo0 – 2е → Co+2 3 – восстановитель
N+5 + 3е → N+2 2 – окислитель
5Co + 12HNO3 = 5Co(NO3)2 + N2 + 6H2O
Сo0 – 2е → Co+2 5 – восстановитель
N+5 + 5е → N0 2 – окислитель
4Zn + 10HNO3 = 4Zn(NO3)2 + N-3H4NO3 + 3H2O
Zn0 – 2е → Zn+2 4 – восстановитель
N+5 + 8е → N-3 1 – окислитель
Экспериментальная часть