Электродные потенциалы. Направление ОВР
В каждой окислительно-восстановительной реакции, в том числе в реакции
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu (1)
участвуют две окислительно-восстановительные пары - восстановитель (Zn) и его окисленная форма (Zn2+); окислитель (Cu2+) и его восстановленная форма (Cu). Мерой окислительно-восстановительной способности данной пары является окислительно-восстановительный или электродный потенциал,который обозначают 
, где Ox – окисленная форма, Red – восстановленная форма (например, 
, 
). Измерить абсолютное значение потенциала невозможно, поэтому измерения осуществляют относительно эталона, например стандартного водородного электрода.
Стандартный водородный электрод состоит из платиновой пластинки, покрытой тонким порошком платины, погруженной в раствор серной кислоты с концентрацией ионов водорода, равной 1 моль/л. Электрод омывают током газообразного водорода под давлением 1,013 · 105 Па при температуре 298 К. На поверхности платины протекает обратимая реакция, которую можно представить в виде:
2H+ + 2 
Û H2.
Потенциал такого электрода принимают за нуль: 
В (размерность потенциала – Вольт).
Стандартные потенциалы измерены или рассчитаны для большого числа окислительно-восстановительных пар (полуреакций) и приведены в таблицах. Например, 
. Чем больше значение , тем более сильным окислителем является окисленная форма (Оx) данной пары. Чем меньше значение потенциала, тем более сильным восстановителем является восстановленная форма (Red) окислительно-восстановительной пары.
Ряд металлов, расположеных в порядке увеличения их стандартных электродных потенциалов, называют электрохимическим рядом напряжений металлов (рядом активности металлов):
Li Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H Bi Cu Ag Hg Au
E0 < 0 E0=0 E0 > 0
Начинается ряд наиболее активными металлами (щелочными), а завершается «благородными», т.е. трудноокисляемыми металлами. Чем левее расположены в ряду металлы, тем более сильными восстановительными свойствами они обладают, они могут вытеснять из растворов солей металлы, стоящие правее. Металлы, расположенные до водорода, вытесняют его из растворов кислот (кроме HNO3 и H2SO4 конц).
В тех случаях когда система находится в нестандартных условиях, значе-
ние электродного потенциала можно рассчитать по уравнению Нернста:
,
где 
– потенциал системы при нестандартных условиях, В;
– потенциал системы при стандартных условиях, В;
R – универсальная газовая постоянная (8,31 Дж/моль•К);
T – температура, К;
n – число электронов, участвующих в процессе;
F – число Фарадея (96500 К/моль);
[Ox]а, [Red]в – произведение концентраций (моль/л) окисленной и восстановленной форм участников процесса, возведенных в степень стехиометрических коэффициентов.
Концентрации твердых веществ и воды принимают за единицу.
При температуре 298 К, после подстановки численных значений R и F,
уравнение Нернста принимает вид:
. (2)
Так, для полуреакции
Û 
уравнение Нернста
.
Используя значения электродных потенциалов, можно определить направление самопроизвольного протекания окислительно-восстановительной реакции. В ходе ОВР электроны всегда перемещаются от пары, содержащей восстановитель, к паре, содержащей окислитель. Обозначим
- электродный потенциал пары, содержащей окислитель;
- электродный потенциал пары, содержащей восстановитель.
Если > - самопроизвольно может идти прямая реакция;
Если < - прямая реакция невозможна, но возможна обратная реакция.
Для рассмотренной ранее (с.24) реакции (1):
, т.е. реакция в стандартных условиях возможна.
Дата добавления: 2015-12-16; просмотров: 2214;