Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович
§ 87. Окисно-відновні реакції. Вплив pH середовища на продукти окисно-відновних перетворень
Повторіть:
- за § 14: поняття про окисно-відновні хімічні реакції;
- за § 14: поняття про процеси окиснення та відновлення;
- за § 14: поширені речовини-окисники та речовини-відновники;
- за § 14: правила складання електронного балансу для окисно-відновних реакцій;
- за § 14: значення окисно-відновних реакцій для природи та практичної діяльності людини;
- за § 15: електроліз водних розчинів електролітів як окисно-відновний процес.
Вплив кислотності середовища на характер окисно-відновних реакцій
Кислотність середовища може впливати на перебіг окисно-відновних реакцій, а саме від значення pH розчинів можуть істотно змінюватися продукти реакції.
Розгляньмо окиснення натрій сульфіту Na2SO3 калій перманганатом КМnО4 у розчинах різної кислотності. Для створення кислого середовища зазвичай додають сульфатну кислоту, а для створення лужного середовища — натрій або калій гідроксид.
• У кислотному середовищі в розчині наявні:
Na2SO3 + КМnО4 + H2SO4
Насамперед потрібно визначити, які продукти утворяться. Серед реагентів найсильнішим відновником є Сульфур S+4 у складі сульфіт-іона SO32-, отже, він буде окиснюватися до S+6, утворюючи йон SO42-.
Найсильнішим окисником серед реагентів є Манган — у перманганат-іоні МnО4-, він перебуває в ступені окиснення +7. Залежно від умов реакції Мn+7 може приймати різну кількість електронів, відновлюючись до ступеня окиснення +2, +4 чи +6. У кислому середовищі Мn+7 приймає 5 електронів і перетворюється на катіон Мn2+. Наявні в розчині йони Н+ забирають атоми Оксигену з перманганат-іонів, утворюючи воду:
МnО4- + 8Н+ + 5е- → Мn2+ + 4Н2О
Оскільки натрій сульфіт та натрій сульфат безбарвні, то під час реакції спостерігаємо знебарвлення фіолетового розчину калій перманганату (катіони Мn2+ хоча і надають розчину рожевого кольору, але цей ефект спостерігається лише за високої концентрації):
5Na2SO3 + 2КМnО4 + 3H2SO4 = 5Na2SO4 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
• У нейтральному середовищі ті самі реагенти виявляють дещо інші окисно-відновні властивості. Сульфіт-іон у цьому випадку також є відновником і окиснюється до сульфат-іона. А от перманганат-іони МnО4- у нейтральному розчині перетворюються на манган(ІV) оксид. У нейтральному розчині йони Н+ майже відсутні, тому атоми Оксигену з перманганат-іонів МnО4- можуть забрати лише молекули води, активність яких значно менша за йони Гідрогену:
МnО4- + 2Н2О + 3е- → МnО2↓ + 4ОН-
Під час реакції спостерігаємо знебарвлення розчину калій перманганату та утворення бурого осаду манган(ІV) оксиду:
3Na2SO3 + 2КМnО4 + Н2О = 3Na2SO4 + 2МnО2↑ + 2КОН
• У лужному середовищі окисниками і відновниками є ті самі частинки. Але перманганат-іон у лужному середовищі через високу активність гідроксид-іонів, які не можуть приєднувати ще атоми Оксигену, не віддає надлишкові атоми Оксигену. Він лише приймає електрон, перетворюючись на манганат-іон:
Під час реакції спостерігаємо зміну фіолетового забарвлення калій перманганату на зелене забарвлення калій манганату:
Na2SO3 + 2ΚΜnΟ4 + 2КОН = Na2SO4 + 2Κ2ΜnΟ4 + Н2О
Отже, залежно від кислотності середовища продукти окисно-відновних реакцій можуть дуже відрізнятися, особливо в реакціях із калій перманганатом. Відмінності також можуть виявлятися у випадках, коли в кислому та лужному середовищах певний катіон утворює різні сполуки. Наприклад, катіони Сr3+ у кислому розчині утворюють розчинну сіль, а в лужному — нерозчинний хром(ІІІ) гідроксид. Або алюміній Аl0 у кислому середовищі окиснюється до йонів Аl3+, а в лужному — до Аl(ОН)4-.
Ключова ідея
Напрям перебігу хімічних реакцій залежить не лише від природи реагентів, але й від властивостей їхнього оточення.
Завдання для засвоєння матеріалу
510. Схарактеризуйте вплив pH середовища на продукти окисно-відновних реакцій. Наведіть приклади.
511. Визначте, яке з рівнянь відповідає реакції, що реально відбувається.
a) 2H2SO4 + 4H2S → 6Н2О + SO2 + 5S
4H2SO4 + 2H2S → 6Н2О + 5SO2 + S
H2SO4 + H2S → 2H2O + SO2 + S
б) PbS + 2O3 → PbSO4 + O2
PbS + 4O3 → PbSO4 + 4O2
PbS + 6O3 → PbSO4 + 7O2
512. Визначте продукти реакції та доберіть коефіцієнти методом електронного балансу.
- a) KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 →
- б) KMnO4 + FeSO4 + Н2О →
- в) KMnO4 + Fe(OH)2 + KOH →
513. Визначте реагенти та доберіть коефіцієнти методом електронного балансу.
- а) 2MnSO4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8Н2О
- б) 5S + K2SO4 + 2MnSO4 + 8Н2О
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України