Окисление и восстановление

Реакции окисления и восстановления применяются для перевода токсичных и вредных примесей в нетоксичные или нерастворимые. На этих реакциях основаны, например, удаление железа и марганца из природных вод, детоксикация цианидов и хроматов при очистке сточных вод.

Возможность взаимодействия между веществами, элементы которых способны изменять степень окисления, определяется окислительно-восстановительным потенциалом Е. Каждую окислительно-восстановительную реакцию можно разделить на две полуреакции. Например, реакцию:

Zn + Cu2+ Zn2+ + Cu

можно разделить на две полуреакции:

Cu2+ + 2e = Cu; Zn — 2e - Zn2+.

Электродвижущие силы этих полуреакций называются электродными потенциалами. Соответственно окислительно-восстановительный потенциал (ОКВ-потенциал) общей реакции представляет собой разницу электродных потенциалов полуреакций. От величины и знака ОКВ- потенциала зависят возможность реакции и ее направление. Для всех элементов, способных менять степень окисления, составлены таблицы нормальных или стандартных значений электродных потенциалов полуреакций. Стандартный электродный потенциал — это потенциал данного электродного процесса при активностях всех участвующих в нем веществ, равных 1, и t = 25°С. Он выражается по отношению к реакции превращения водорода Н° — е- = Н+, стандартный потенциал которой условно принимается за нуль.

В таблице приведены значения стандартных ОКВ- потенциалов важнейших реакций, используемых при очистке воды.

ОКВ-потенциалы в водных растворах при температуре 25°С и при парциальном давлении газов, равном нормальному атмосферному давлению

Уравнение процесса Электронный потенциал, В
O3 + 2H+ + 2e- O2 + H2O +2,07
Cl2 + 2e- 2Cl- +1,39
Cr2 + O72- + 14H++ 6e- 2Cr3+ + 7H2O +1,33
Mn2 + 4H+ + 2e- Mn2+ + 2H2O +1,23
NH4 + 2H2O NO2 + 8H+ + 6e- +0,897
NO2 + H2O NO2 + 2H+ + 2e- +0,835
Fe3++e- Fe2+ +0,77
SO42-+ 4H+ + 2e- H2SO3 + H2O +0,17

Окислительные реакции используются при детоксикации цианидов в сточных водах. Окислителями могут быть хлор и хлорсодержащие реагенты:

NaCN + Cl2 + 2NaOH = NaCNO + 2NaCl + H2O.

Образовавшиеся цианаты гидролизуются:

2NaCNO + 4Н2O = (NH4)2CO3 + Na2СO3.

Восстановление в сочетании с последующим химическим осаждением применяется для очистки сточных вод от соединений хрома (VI):

K2Cr2O7 + 3NaHSO3 + 4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 3NaHSO4 + 4H2O;

Cr2(SO4)3 + 6NaOH = 2Cr(OH)3↓ + 3Na2SO4

Окислительные методы находят применение для устранения запахов и привкусов природной воды, для доочистки сточных вод от остаточных органических веществ. Окислителями в этих процессах наиболее часто служат перманганат калия, хлор и озон.

www.ovode.net 2011