ПРИМЕР 5. Рассчитайте ЭДС окислительно-восстановительной системы

3Fe²⁺ + NO₃^- + 4H⁺ = NO + 3Fe³⁺ + 2H₂O,

если [Fe²⁺]=10^-3 моль/л, [Fe³⁺]=10^-2 моль/л, [NO₃²⁺]=10^-1 моль/л, а рН=3.

РЕШЕНИЕ. Выразим данную ОВ-систему в виде окислительно-восстановительных полурекций с указанием стандартных ОВ-потенциалов:

а) Fe²⁺ - ē →Fe³⁺ +0,771 В,

б) NO₃^- + 4H⁺ + 3ē → NO + 2H₂O +0,960 В.

Для реакции (а) определим ОВ-потенциал по уравнению (3):

Для реакции (б) используем уравнение Нернста с учетом рН-среды:

.

Имея ввиду, что активности [NO] и [H₂O] являются постоянными и

включены в значение Е⁰, а [H⁺]=10^-рН,рассчитаем ОВ-потенциал реакции (б) по уравнению:

Затем рассчитаем ЭДС приведенной окислительно-восстановительной системы:

ЭДС= ΔЕ =Е_окс – Е_восст= ,

Так как ΔЕ <0, следовательно, реакция в прямом направлении протекать не может.

ПРИМЕР 6. Могут ли в стандартных условиях KClO₃ и КBr одновременно находиться в щелочном растворе? Если нет, то укажите возможные продукты окисления и восстановления.

РЕШЕНИЕ. В бромиде калия КBr бром имеет низшую степень окисления -1 (Br^-1), следовательно, он может проявлять только восстановительные свойства. В щелочной среде возможны следующие реакции окисления Br^-1:

а) Br^-1 + 6ОН^- - 6ē = BrО₃^-1 + 3Н₂О Е⁰ = +0,61В

б) Br^-1 + 2ОН^- - 2ē = BrО^-1 + Н₂О Е⁰ = +0,76В.

В ионе ClO₃^- хлор находится в промежуточной степени окисления +5. В случае совместного нахождения в растворе с восстановителем (КBr), KClO₃ будет проявлять только окислительные свойства.

В щелочном растворе возможно восстановления ClO₃^- по реакции:

ClO₃^- + 3Н₂О +6е = Cl^- + 6ОН^- Е⁰ = +0,63В.

Сравнивая потенциалы окислителя и восстановителя, можно сделать вывод, что реакция окисления Br^-1 по реакции (б) не может протекать, потому, что Е_ок < E_восс. Окисление же Br^-1 в присутствии KClO₃ по реакция (а) возможно:

Br^-1 + 6ОН^- - 6ē = BrО₃^-1 + 3Н₂О

+ ClO₃^- + 3Н₂О +6ē = Cl^- + 6ОН^-

Br^-1 + 6ОН^- + ClO₃^- + 3Н₂О = BrО₃^-1 + 3Н₂О + Cl^- + 6ОН^-

KClO₃ + КBr = КBrО₃+ КCl

Таким образом, KClO₃ и КBr одновременно находится в щелочном растворе не могут, а вероятные продукты реакции - KCl и К BrО₃.

ПРИМЕР 7. Может ли пероксид водорода H₂O₂ проявлять окислительные и восстановительные свойства? На основании стандартных электродных потенциалов привести примеры возможных реакций.

РЕШЕНИЕ. Пероксид водорода H₂O₂ , имеет в своем составе кислород в промежуточной степени окисления (-1), поэтому он может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства.

Например, в кислой среде восстановление H₂O₂ протекает по реакции:

H₂O₂ + 2H⁺ + 2ē = 2H₂O E⁰ =1,776 B.

Окисление H₂O₂ протекает по реакции:

H₂O₂ -2ē = О₂ + 2Н⁺ E⁰ =0,682 B.

Чтобы в ОВ-реакции H₂O₂ проявлял окислительные свойства, надо по окислительно-восстановительным потенциалам выбрать восстановитель, у которого потенциал был меньше 1,776 В. Например, ион I^- для которого:

2 I^-1 - 2ē = I₂ Е⁰ = +0,536В.

Таким образом,

H₂O₂ + 2H⁺ + 2ē = 2H₂O

2 I^-1 - 2ē = I₂

H₂O₂ + 2H⁺ + 2 I^-1 = I₂ + 2H₂O.

Чтобы в ОВ-реакции H₂O₂ проявлял восстановительные свойства, надо по окислительно-восстановительным потенциалам выбрать окислитель, у которого потенциал был больше 0,682 В, например ион ClO₃^-, для которого

2ClO₃^- + 12H⁺ + 10е = Cl₂ + 6 H₂O Е⁰ = +1,47В.

Таким образом,

H₂O₂ -2ē = О₂ + 2Н⁺ ×5

+ 2ClO₃^- + 12H⁺ + 10ē = Cl₂ + 6 H₂O

5H₂O₂ -2ClO₃^- + 12H⁺ = 5О₂ + 10Н⁺ + Cl₂ + 6 H₂O.

Сократив в правой части ионы водорода (Н⁺), получаем:

5H₂O₂ -2ClO₃^- + 2H⁺ = 5О₂ + Cl₂ + 6 H₂O.