Роль среды в реакциях окисления-восстановления

Следует разобраться в вопросе, почему для протекания реакций часто оказывается необходимой определенная среда. Так, в примере 15.6 реакция идет только при участии кислоты. Почему для протекания реакции необходима кислота? Марганец в степени окисления +7 в ионе М11О4 стабилизирован кислородом О^2-. Если какая-то другая частица способна связывать ионы кислорода, отрывая его от марганца (+7), то это состояние марганца будет дестабилизировано, что и приведет к усилению его окислительного действия. Такими частицами и являются ионы водорода. Марганец (+7) прочно удерживает кислород, являясь сильной кислотой Льюиса. Получая электроны, марганец утрачивает сильные кислотные свойства, и кислород тотчас начинают связывать ионы водорода, закрепляя этим переход марганца в более низкую степень окисления. Из этого очевидна тесная взаимосвязь окислительно-восстановительного и кислотно-основного взаимодействия.

При отсутствии кислоты окислительные свойства перманганата калия становятся слабее, и марганец принимает меньшее число электронов.

Пример 15.8. Представим себе три пробирки с розовым раствором перманганата калия, причем в первую пробирку добавлена серная кислота, а в третью — гидроксид калия. Нейтральная среда сохраняется во второй пробирке. При добавлении во все пробирки сульфита натрия Na₂S0₃ в качестве восстановителя наблюдаются разные явления: в первой пробирке обесцвечивание, во второй — появление бурой взвеси, в третьей — переход окраски в зеленую. Во всех пробирках идут разные реакции:

Рекомендуем составить уравнения этих реакций.

Пример 15.9. Будем постепенно добавлять раствор дихромата калия (оранжевый) к раствору иодида калия (бесцветный). В смеси сразу появляется окраска дихромата калия, из чего ясно, что вещества не реагируют. К полученной смеси добавим серную кислоту. Окраска раствора немедленно изменяется па краснокоричневую, что указывает на выделение иода:

Оказалось, что эта реакция не идет в нейтральной среде, но идет в кислой. Дихромат калия как окислитель наиболее сильно действует в кислой среде.

Во многих случаях возможность протекания реакции окисления-восстановления зависит от среды. В некоторых случаях в разных средах идут разные реакции.

При изменении среды часто наблюдается еще одно явление — меняется направление реакции. Так, газообразный хлор поглощается горячим раствором щелочи. При этом хлор диспропорционирует — атомы хлора и принимают, и отдают электроны:

Но в присутствии серной кислоты образовавшиеся соли участвуют в обратной реакции, образуя газообразный хлор:

Диспропорционирование — это окислительно-восстановительная реакция, в которой атомы одного элемента играют роль и окислителя, и восстановителя, переходя в более низкую и более высокую степени окисления.

В реакции диспропорционирования вещество выступает одновременно в двух ролях — как окислитель и как восстановитель. Возможно и другое совмещение ролей. Вещество участвует в реакции не только как окислитель или восстановитель, но и как среда.

Пример 15.10. При добавлении хлорида натрия к розовому раствору КМп0₄ изменений не наблюдается, реакция не идет. При замене соли NaCl на кислоту НС1 с тем же анионом С1^-, способным отдавать электрон, наблюдается выделение пузырьков газа С1₂, появляется запах хлора:

Часть хлороводорода действует как восстановитель, окисляясь до молекулярного хлора, а часть — только как среда, образуя соли с катионами марганца и калия.