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