NaI+H2SO4+MnO2=NaHSO4+H2O+I2+MNSO4 а) составьте реакции окисления и восстановления; б) составьте сокращенное ионное и полное молекулярное уравнения ионно-электронным методом; в) покажите переход электронов; г) рассчитайте E^0(298) и дельта G^0(298); д) укажите возможное направление протекания процесса; е) составьте гальванический элемент на основе данной реакции.
а) Для составления реакций окисления и восстановления необходимо определить изменение степени окисления каждого элемента в реакции.
Натрий (Na) имеет степень окисления +1, а в итоге реакции его степень окисления остается неизменной. Следовательно, натрий не проходит реакцию окисления или восстановления.
Водород (H) в соединении H2SO4 имеет степень окисления +1, а в итоге реакции его степень окисления уменьшается до 0 в молекуле H2O. Следовательно, водород проходит реакцию восстановления.
Кислород (O) в соединении H2SO4 и MnO2 имеет степень окисления -2, а в итоге реакции его степень окисления остается неизменной. Следовательно, кислород не проходит реакцию окисления или восстановления.
Марганец (Mn) в соединении MnO2 имеет степень окисления +4, а в итоге реакции его степень окисления уменьшается до +2 в молекуле MnSO4. Следовательно, марганец проходит реакцию восстановления.
Иод (I) в соединении NaI имеет степень окисления -1, а в итоге реакции его степень окисления увеличивается до 0 в молекуле I2. Следовательно, иод проходит реакцию окисления.
б) Составим сокращенное ионное и полное молекулярное уравнения ионно-электронным методом.
Сокращенное ионное уравнение:
2I- + 2H+ + MnO2 + H2O → I2 + MnSO4 + 4H+
Полное молекулярное уравнение:
2NaI + H2SO4 + MnO2 → NaHSO4 + H2O + I2 + MnSO4
в) Переход электронов:
Для ионно-электронного метода необходимо привести несбалансированное реакционное уравнение к сокращенному ионному уравнению, уравнять его, а затем добавить электроны и их поток.
Ионно-электронный метод:
2I- + 2H+ + MnO2 + H2O → I2 + MnSO4 + 4H+ + 4e-
Таким образом, 4 электрона переходят с вещества с высокой электроотрицательностью (MnO2) на вещества с низкой электроотрицательностью (I2 и 4H+).
г) Рассчитаем E^0(298) и ∆G^0(298):
E^0(298) выражается через потенциалы окисления и восстановления соответствующих элементов.
Электроды окисления:
I- → I2 + 2e- E^0(298) = 0.535 В
MnO2 + 4H+ + 4e- → Mn2+ + 2H2O E^0(298) = 1.51 В
∆E^0(298) = E^0(окисления) - E^0(восстановления) = 0.535 В - 1.51 В = -0.975 В
∆G^0(298) = -nF∆E^0(298) = -4 * 96485 Кл/моль * (-0.975 В) = 375314 Дж/моль
д) Возможное направление протекания процесса:
Так как ∆G^0(298) > 0, реакция является неспонтанной при стандартных условиях и будет протекать в обратном направлении.
е) Составим гальванический элемент на основе данной реакции.
Гальванический элемент будет состоять из двух полуреакций: окисления (в anode) и восстановления (в cathode).
- Полуреакция окисления:
I- → I2 + 2e-
- Полуреакция восстановления:
MnO2 + 4H+ + 4e- → Mn2+ + 2H2O
В данном случае, иод будет окисляться в аноде, а марганец будет восстанавливаться в катоде.