Для реакцій, що протікають в розчинах, прагнення до переходу електронів від одних атомів або іонів до інших характеризується їх окислювально-відновні потенціали.
Окислювально-відновний потенціал (Red-Ox потенціал) -це рівноважна різниця потенціалів, що виникає між електродом і розчином в результаті їх взаємодії.
Значення Red-Ox потенціалів для стандартних умов () наводяться в довідниках.
Чим менше величина Red-Оx потенціалу, тим сильніше відновні властивості. Чим більше величина Red-Ox потенціалу, тим вище окисні властивості атомів, іонів, молекул.
Наприклад, для процесу. ,
т. е. калій - сильний відновник.
т. е. фтор - сильний окислювач.
Величина електродного потенціалу (Е) залежить від природи електрода, концентрації (С) або від активності (а) іонів в розчині і температури. Ця залежність виражається рівнянням Нернста:
де - стандартний електродний потенціал (наводиться в довідниках); R - універсальна газова постійна; n - число електронів, що беруть участь в реакції; F - число Фарадея; Т - температура, К; С - концентрація, моль / л.
Знаючи стандартні потенціали окислювача і відновника, можна розрахувати ЕРС реакції як їх різниця:
Якщо різниця потенціалів окислювача (оксиди) і відновника (службова програма відновлення) позитивна (> 0), то реакція йде в заданому напрямку.
Можливість здійснення ОВР визначає ізобарно-ізотермічний потенціал # 916; G. Величина Е і значення # 916; G пов'язані між собою:
Таким чином, знаючи Red-Ox потенціали, можна передбачити напрямок окисно-відновних реакцій: реакція протікає в обраному напрямку, якщо різниця потенціалів позитивна, а # 916; G<0.
Апаратура і матеріали:
Штатив із пробірками; скляні піпетки, дистильована вода.
Рідкі реактиви: свіжоприготовані 0.5 н. розчини Na2 SO3. KMnO4. H2 SO4. NaOH,
Методика і виконання роботи:
Досвід 1. Відновлення перманганату калію нітритом калію
1. До 5-10 крапель розчину перманганату калію КМnО4 додайте 3-4 краплі розведеної сірчаної кислоти H2 SO4.
2. Потім по краплях додавайте розчин нітрату калію KNO2 (можна кристалики) до повного знебарвлення. Чим викликається освіту бурого газу при додаванні надлишку нітриту калію до кислого розчину?
3. Складіть рівняння реакції в молекулярній та іонно-електронної формах і зрівняйте його. Охарактеризуйте функцію кожного з беруть участь в ній речовин. Вкажіть окислювач і відновник.
Дослід 2. Вплив рН середовища на напрям окисно-відновних реакцій
1. Візьміть чотири пробірки. У кожну з них налийте 9-10 крапель розчину перманганату калію KMnO4. Першу пробірку залиште в якості контрольної.
2. У другу пробірку додайте 3 краплі 0,5 н. розчину сірчаної кислоти H2 SO4 (рН <7).
3. У третю пробірку додайте 3 краплі 0,5 н. розчину гідроксиду натрію NaOH (pH> 7).
4. У четверту пробірку додайте 3 краплі води (pH ≈ 7).
5. У 2-ю, 3-ю і 4-ю пробірки по краплях свіжоприготовлений розчин сульфіту натрію Nа2 SО3 до характерного зміни забарвлення розчинів. Як змінюється забарвлення розчину в 2-й пробірці? Яке з'єднання у вигляді осаду утворилося в 3-й пробірці? Який іон надає розчину таку забарвлення?
6. Як змінилася забарвлення розчину в четвертій пробірці і чому?
7. Запишіть рівняння протікають реакцій в молекулярній та іонно-електронної формах, зрівняйте їх. Обчисліть молекулярні маси еквівалентів KMnO4 і Nа2 SО3 в цих реакціях.
8. На підставі проведених дослідів зробіть висновок про характер продуктів відновлення перманганат-іона в залежності від рН середовища. В якому середовищі перманганат-іон проявляє вищу окислительную активність?
1. Дайте визначення окислювально-відновних реакцій.
2. Що таке ступінь окислення і редокс-потенціал?
3. Дайте визначення поняттям «окислювач» і «відновник».
4. Які властивості проявляють елементи у вищій і нижчого ступеня окислення; в проміжних ступенях? Наведіть приклади таких речовин.
5. Як визначити напрям реакції ОВР? Що для цього треба знати.
Лабораторна робота № 12
«Корозія металів і методи ЗАХИСТУ ВІД КОРОЗІЇ»
Змоделювати в лабораторних умовах процеси електрохімічної корозії металевих виробів і методи захисту їх від корозійних руйнувань.
Мимовільний процес руйнування металів під дією навколишнього середовища називається корозією.
За механізмом протікання корозія підрозділяється на хімічну і електрохімічну. Під хімічної корозією розуміють звичайну гетерогенную реакцію, що протікає на поверхні металу. Наприклад, руйнування заліза при нагріванні на повітрі. В цьому випадку продуктом корозії є оксид заліза (окалина) 2Fe + O2 = 2FeO.
Електрохімічна корозія протікає в середовищі електроліту. Причиною електрохімічної корозії є утворення гальванопар - ділянок з різним значенням електродного потенціалу. Реакція корозії складається з двох стадій: одна протікає на ділянці з меншим потенціалом (анодном ділянці), інша на ділянці з великим значенням електродного потенціалу (катодному ділянці).
Методи захисту металів від корозії включають електрохімічні методи, захист за допомогою металевих покриттів, хімічних плівок, інгібіторів. Вибір того чи іншого методу захисту визначається характером середовища, умовами експлуатації деталі. Найбільш широко від електрохімічної корозії використовуються покриття металевого і неметалічної характеру.
Апаратура і матеріали:
Штатив із пробірками, фарфоровий тигель, 2 н. розчин сірчаної кислоти, розчин соляної кислоти, азотна кислота (конц.), розчин гексаціаноферрата калію K3 [Fe (CN) 6], розчин оцтової кислоти,
5% розчин KI, цинк, мідний дріт, оцинковане і лудіння залізо, залізні цвяхи, свинець.
Методика виконання роботи: