Метод электронно-ионного баланса. Направление ОВР — КиберПедия 

История развития пистолетов-пулеметов: Предпосылкой для возникновения пистолетов-пулеметов послужила давняя тенденция тяготения винтовок...

История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...

Метод электронно-ионного баланса. Направление ОВР

2017-11-22 418
Метод электронно-ионного баланса. Направление ОВР 0.00 из 5.00 0 оценок
Заказать работу

 

Рассмотрим метод электронно-ионного баланса на примере реакции

K2Cr2O7 + Ti2(SO4)3 + H2SO4 = Cr2(SO4)3 + Ti(SO4)2 + H2O + K2SO4.

Уравнивание стехиометрических коэффициентов ионно-электронным методом проводим по определенному алгоритму.

1) Проставим для всех элементов степени окисления:

+ + = + + + .

2) определим элементы, меняющие степень окисления в результате реакции, и выясним, какое вещество является окислителем (принимает электроны), а какое – восстановителем (отдает электроны).

В данной реакции изменяют степени окисления элементы Cr и Ti, при этом K2Cr2O7 выполняет роль окислителя, а Ti2(SO4)3 является восстановителем, H2SO4 играет роль среды.

3) Запишем реакцию в ионно-электронном виде и подчеркнем окислитель и восстановитель. Для этого учитываем диссоциацию молекул на ионы, а слабые электролиты (например, Н2О, оксиды и сульфиды металлов), если они встречаются в реакции, оставляем в молекулярном виде. Получаем:

2K+ + (Cr2O7) 2- + 2Ti 3+ + 3(SO4)2- + 2H+ + (SO4)2– =

= 2Cr 3+ + 3(SO4)2- + Ti 4+ + 2(SO4)2- + H2O + 2K+ + (SO4)2-. (1)

4) Представим полуреакции окисления и восстановления, рассматривая только подчеркнутые частицы. Сравниваем количество основных элементов справа и слева и, при необходимости, вводим уравнивающие коэффициенты (в данном случае ставим 2 перед Ti4+).

(Cr2O7)2- → 2Cr3+; (2)

окислитель

2Ti3+ → 2Ti4+. (3)

восстановитель

5) Определимчисло принятых электронов в полуреакции восстановления и число отданных электронов в полуреакции окисления.

(Cr2O7)2- + 6 2Cr3+ ; (4)

2Ti3+ – 2 2Ti4+ . (5)

 

6) Проведем в каждой строчке ионное уравнивание, учитывая изменения состава ионов. Для уравнивания числа атомов кислорода и водорода, вводят в зависимости от среды или молекулы воды и ионы водорода (если среда кислая), или молекулы воды и ионы гидроксида (если среда щелочная).

В нашем случае баланс по кислороду устанавливаем в виде H2O, а по водороду – в виде Н+. В правую часть полуреакции (4) вводим 7 молекул H2O, а в левую часть – добавляем 14∙Н+. В полуреакции (5) изменений нет. Получаем следующее:

14Н+ +(Cr2O7)2- + 6 → 2Cr3+ + 7H2O; (6)

2Ti3+ – 2 → 2Ti4+ . (7)

7) Установим электронный баланс, принимая во внимание, что число отданных восстановителем электронов всегда равно числу электронов, принятых окислителем. Для этого справа ставим вертикальную черту, находим наименьшее общее кратное ( HОК ) между количеством отданных и принятых электронов (в данном примере HОК= 6) и проставляем соответствующие коэффициенты.

 

14Н+ +(Cr2O7)2- + 6 → 2Cr3+ + 7H2O 1

2Ti3+ – 2 → 2Ti4+ 3

 

8) Суммируем левые и правые части полуреакций, умножив на соответствующие коэффициенты:

14H+ + (Cr2O7)2- + 6Ti3+ = 2Cr3+ + 7H2O + 6Ti4+.

9) Теперь под знаком равенства поставим короткую вертикальную черту и для элементов, стоящих слева, добавим связанные с ними частицы, которые раньше мы не учитывали. Как видно из 3, для (Cr2O7)2- это 2К+, для 2Ti3+ это 3(SO4)2-, а для 2Н+ – (SO4)2-. Те же самые частицы записываем справа от черты. Получаем следующее:

14H+ + (Cr2O7)2- + 6Ti3+ = 2Cr3+ + 7H2O + 6Ti4+;

7(SO4)2- + 2K+ + 9(SO4)2- | 7(SO4)2- + 2K+ + 9(SO4)2-.

10) Учитывая добавленные ионы, составляем полное уравнение со всеми стехиометрическими коэффициентами:

K2Cr2O7 +3Ti2(SO4)3 +7H2SO4 = Cr2(SO4)3 +6Ti(SO4)2 + 7H2O+K2SO4.

Теперь определим термодинамическую вероятность протекания данной окислительно-восстановительной реакции. Как показано в теме IV, для этого необходимо провести расчет убыли свободной энергии (Δ G 0298 химической реакции).

Записываем из 7 полуреакции окисления и восстановления и, пользуясь табличными данными, приводим для них справа значения электродных потенциалов (φ0):

14Н++(Cr2O7)2- 2Cr3++7H2O; φ = φ = +1,33 В;

2Ti3+ 2Ti4+ φ = φ = –0,04 В.

 

Рассчитываем ЭДС протекающего процесса (E 0):

E 0 = φ – φ = 1,33 – (-0,04) = 1,37 В.

 

Далее рассчитываем Δ G химической реакции:

Δ G 0298 = – z F E 0,

где z – число электронов, переданных от восстановителя к окислителю. С учетом электронного баланса z равно наименьшему общему кратному коэффициентов, для данной ОВР z = 6;

F – число Фарадея, равное 96500 Кл/моль.

Чтобы ответ получить в кДж, вводим множитель 10-3:

Δ G 0298 = – z F E 0 = –6×96500×1,37×10-3 = –793,2 кДж.

Так как Δ G 0298 < 0, то данная реакция термодинамически вероятна, т.е. может протекать в прямом направлении.

 


Поделиться с друзьями:

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим...

История развития хранилищ для нефти: Первые склады нефти появились в XVII веке. Они представляли собой землянные ямы-амбара глубиной 4…5 м...

Историки об Елизавете Петровне: Елизавета попала между двумя встречными культурными течениями, воспитывалась среди новых европейских веяний и преданий...

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой...



© cyberpedia.su 2017-2024 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!

0.014 с.