溶液的酸碱性对许多化学反应有很大的影响,在中学化学教学中经常会遇到这方面的例子:
在氧化还原反应体系中,溶液酸碱性的影响是多方面的,总结起来,在中学化学课程范围内,主要有以下几个方面。
(1)影响氧化还原反应进行的程度
Cl2+2e-=2Cl-2Br-2e-=Br2
严宣申教授曾假设,凡达到平衡时生成物浓度分别是反应物浓度的100倍的反应认为是完全反应,凡达到平衡时反应物浓度分别是生成物浓度的100倍的反应认为是难以进行的反应。根据这一假设,氧化还原反应可分为如表2-10所示的3种类型。
通常情况下,人们根据判断氧化还原反应的倾向和完全程度。如实验室制取Cl2可分别用盐酸和MnO2、K2Cr2O7、KMnO4等反应,但据
所以,在标准状态下只有KMnO4氧化HCl是能自发进行的,而K2Cr2O7、MnO2与HCl的反应难进行。对于反应MnO2+2Cl-+4H+==Mn2++Cl2+2H2O:
上述实验事实说明,在有H+或OH-参加的氧化还原反应中,溶液酸碱性的改变会使氧化剂的氧化性或还原剂的还原性发生改变,进而影响氧化还原反应进行的程度,甚至改变反应的方向。如反应3I2+6OH-==IO3-+5I-+3H2O,在碱性溶液中反应正向进行,而在酸性溶液中反应逆向进行。
对于KMnO4作氧化剂的反应,溶液的酸度对其氧化性的强弱有很大的於响。由于反应MnO4-+8H++5e-=Mn2++4H2O的电极电势为
计算结果说明,如果H+或OH-在电对的半反应中出现,其浓度的改变会导致该电对的电极电势发生改变,也就是说会改变氧化剂或还原剂的强弱。中学化学实验中通常用酸性KMnO4溶液作氧化剂,就是为了增强KMnO4的氧化性。
(2)影响氧化还原反应的产物
有这样一个化学实验能够很好地说明溶液酸碱性对氧化还原反应产物的影响:在三个烧杯中分别加入等体积的稀硫酸、蒸馏水和浓氢氧化钠溶液,再各加入等体积的KMnO4溶液,然后分别滴加亚硫酸钠溶液,同时不断地进行搅拌。我们可以看到:
(1)在盛有稀硫酸的烧杯中,KMnO4的紫红色消失了,得到无色透明的液体;
(2)在盛有蒸馏水的烧杯中,KMnO4的紫红色消失了,得到棕色的沉淀;
(3)在盛有浓氢氧化钠溶液的烧杯中,KMnO4的紫红色消失了,得到绿色的溶液。
同样是高锰酸钾和亚硫酸钠的反应,在酸性、中性、碱性介质中产生的现象不同,这说明得到的产物不同。为什么会这样呢?因为溶液的酸度可以改变氧化还原反应的产物。
2MnO7+5SO32-+6H+=2Mn2+十5SO42-+3H2O
2MnO4-+3SO32-+H2O=2MnO2+3SO42-+2OH-
2MnO4-+SO32-+2OH-=2MnO42-+SO42-+H2O
在中学化学课程中,在不同酸碱性的溶液中氧化还原反应得到不同产物的实例还是不少的。例如,Cl2与碱溶液反应时,稀碱中生成ClO-,浓碱中生成ClO3-;Fe3+与S2-在溶液中反应时,在酸性介质中生成Fe2+和S,在碱性介质中得到Fe2S3、Fe(OH)3、FeS、S等,反应比较复杂。