Химия. Окислительно-восстановительные реакции

Отлично, давайте разберем эту реакцию по шагам с использованием метода ионно-электронного баланса, рассчитаем ЭДС и определим направление процесса.

1. Запись уравнения в ионной форме:

Сначала запишем уравнение, представляя все растворимые вещества в виде ионов:
2K⁺ + Cr₂O₇²⁻ + 2Fe²⁺ + SO₄²⁻ + 2H⁺ + SO₄²⁻ → 2Cr³⁺ + 3SO₄²⁻ + 2Fe³⁺ + 3SO₄²⁻ + ...
Ионы K⁺ и SO₄²⁻ не участвуют в окислительно-восстановительном процессе, поэтому можем их не учитывать (сократим):Cr₂O₇²⁻ + Fe²⁺ + H⁺ → Cr³⁺ + Fe³⁺ + ...

2. Определение степеней окисления:

Определим степени окисления элементов, которые меняются в процессе реакции:

• Cr₂O₇²⁻:
• Кислород всегда -2, и в сумме у 7 кислородов -14.
• Общий заряд иона -2.
• 2Cr + (-14) = -2
• 2Cr = +12
• Cr = +6
• Fe²⁺: +2
• Cr³⁺: +3
• Fe³⁺: +3

Таким образом, хром (Cr) меняет степень окисления с +6 до +3, а железо (Fe) с +2 до +3.

3. Составление электронного баланса:

• Восстановление (хром):
• Cr₂⁺⁶ + 6e⁻ → 2Cr⁺³ (хром восстанавливается, принимает электроны, Cr₂O₇²⁻ является окислителем)
* Чтобы соблюсти баланс по кислороду добавляем H₂O
* Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O
• Окисление (железо):
• Fe²⁺ - 1e⁻ → Fe³⁺ (железо окисляется, отдает электроны, FeSO₄ является восстановителем)

4. Уравнивание количества электронов:

Чтобы количество отданных и принятых электронов было одинаковым, нужно умножить второе полууравнение на 6:

• Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6e⁻ → 2Cr³⁺ + 7H₂O
• 6Fe²⁺ - 6e⁻ → 6Fe³⁺

5. Суммирование полуреакций и составление полного ионного уравнения:

Сложим два полууравнения и сократим электроны:
Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6Fe²⁺ → 2Cr³⁺ + 7H₂O + 6Fe³⁺

6. Завершение молекулярного уравнения:

Теперь, когда мы знаем коэффициенты в ионном уравнении, мы можем вернуться к молекулярному уравнению:
K₂Cr₂O₇ + 6FeSO₄ + 7H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 3Fe₂(SO₄)₃ + 7H₂O + K₂SO₄
Добавляем K₂SO₄, так как калий не учавствует в окислительно-восстановительном процессе.

• Окислитель: K₂Cr₂O₇ (восстанавливается)
• Восстановитель: FeSO₄ (окисляется)

7. Расчет ЭДС реакции:

ЭДС (электродвижущая сила) реакции можно рассчитать, используя стандартные электродные потенциалы:

• E°(Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺) = +1.33 В
• E°(Fe³⁺/Fe²⁺) = +0.77 В

ЭДС реакции (ΔE°) рассчитывается как разница между потенциалом катода (восстановителя) и анода (окислителя):

ΔE° = E°(окислитель) - E°(восстановитель)

ΔE° = E°(Cr₂O₇²⁻/Cr³⁺) - E°(Fe³⁺/Fe²⁺) = +1.33 В - (+0.77 В) = +0.56 В

8. Направление реакции:

• ΔE° > 0: Реакция протекает самопроизвольно в прямом направлении (слева направо), так как ΔE° положительная.

Итог:

• Уравнение реакции:
K₂Cr₂O₇ + 6FeSO₄ + 7H₂SO₄ → Cr₂(SO₄)₃ + 3Fe₂(SO₄)₃ + 7H₂O + K₂SO₄
• Окислитель: K₂Cr₂O₇
• Восстановитель: FeSO₄
• ЭДС реакции: +0.56 В
• Направление реакции: Прямая реакция (самопроизвольная).

Надеюсь, это подробное объяснение было полезным! Если у вас есть еще вопросы, не стесняйтесь спрашивать.