Схема участия частиц среды в ОВР в зависимости от кислотности раствора

В качестве примера рассмотрим ту же реакцию.

2.1. Молекулярная схема реакции.

K₂Cr₂O₇ + H₂S + H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + S + K₂SO₄ + H₂O

2.2. Ионно–молекулярная схема реакции. Для ее составления необходимо все сильные электролиты представить в виде ионов, а слабые электролиты оставить в виде молекул. К сильным электролитам относятся все соли, часть кислот (HCl, HNO₃, H₂SO₄ и др.), щелочи (LiOH, NaOH, KOH и др.).

2K⁺ + Cr₂O₇^-2 + H₂S + 2H⁺ + SO₄^-2 = 2Cr⁺³+3SO₄^-2 + S⁰ + 2K⁺ +SO₄^-2 + H₂O

2.3. Определяются частицы, изменившие свой заряд или состав.

Cr₂O₇^-2 → 2Cr⁺³ и H₂S → S⁰.

В данной реакции ионы водорода и молекулы воды выполняют роль среды, которая является кислой.

2.4. На основании этих превращений составляются полуреакции окисления и восстановления с участием частиц среды (см.табл.8.1). В первой реакции дихромат анион потерял 7 атомов кислорода, которые в кислой среде связываются ионами водорода и превращаются в воду. Во второй реакции молекула сероводорода потеряла 2 атома водорода.

Cr₂O₇^-2 + 14Н⁺ → 2Cr⁺³ + 7Н₂О

H₂S → S⁰ + 2Н⁺

2.5. Полученные полуреакции необходимо уравнять по зарядам. В первом уравнении слева суммарный заряд равен (+12), а справа – (+6), значит, дихромат ион присоединил 6 электронов и восстановился. Во втором уравнении слева (0), а справа – (+2). Молекула сероводорода потеряла 2 электрона и окислилась.

Cr₂O₇^-2 + 14Н⁺ +6 → 2Cr⁺³ + 7Н₂О

H₂S - 2 → S⁰ + 2Н⁺

2.6. Для соблюдения электронного баланса второе уравнение необходимо умножить на 3, после чего просуммировать уравнения.

Cr₂O₇^-2 + 14Н⁺ +6 → 2Cr⁺³ + 7Н₂О

3 H₂S - 2 → S⁰ + 2Н⁺

Cr₂O₇^-2 + 14Н⁺ + 3H₂S = 2Cr⁺³ + 7Н₂О + 3S⁰ + 6Н⁺

После сокращения подобных частиц в левой и правой частях уравнения получим суммарное ионно-молекулярное уравнение, которое отражает смысл произошедшей реакции.

Cr₂O₇^-2 + 8Н⁺ + 3H₂S = 2Cr⁺³ + 7Н₂О + 3S⁰

Перенос полученных коэффициентов в молекулярную схему реакции позволяет получить ее полное уравнение.

K₂Cr₂O₇ + 3H₂S + 4H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3S + K₂SO₄ + 7H₂O

Метод позволяет уравнивать не только атомы окислителя и восстановителя, но и атомы водорода и кислорода, что значительно упрощает подбор дополнительных коэффициентов.

Вопрос о принципиальной возможности или невозможности окислительно-восстановительных реакций решается так же, как и для всех других. Реакция термодинамически разрешена, если она протекает с уменьшением свободной энергии Гиббса, т.е. ΔG_хр< 0. Однако этот вопрос для ОВР может быть решен и методом сравнения окислительно-восстановительных потенциалов сопряженных пар окислителя и восстановителя. Потенциал является мерой их окислительно-восстановительной способности. Подробно этот вопрос будет освещен в разделе «Основы электрохимических процессов».