Для определения направления протекания окислительно-восстановительных реакций можно использовать значения стандартных окислительно-восстановительных потенциалов $(E^{\circ })$. Реакция будет протекать в направлении, при котором разность потенциалов $(E_{\text{total}}^{\circ })$ будет положительной.

Формула для расчета разности потенциалов:
$$E^{\circ }<em>\text{total}=E^{\circ }</em>\text{катод}-E_{\text{анод}}^{\circ }$$

Также можно использовать уравнение для вычисления изменения энергии Гиббса $(\Delta G^{\circ })$:
$$\Delta G^{\circ }=-nF{E}_{\text{total}}^{\circ }$$ где:

$n$ — количество переносимых электронов в реакции,$F$ — постоянная Фарадея $(96485\text{C/mol})$.

Теперь разберем каждую реакцию отдельно.

1) $2{\text{Fe}}^{2+}+2{\text{Hg}}^{2+}\to 2{\text{Fe}}^{3+}+{\text{Hg}}_2^{2+}$

Найдем стандартные потенциалы для полуреакций:

${\text{Fe}}^{3+}+e^{-}\to {\text{Fe}}^{2+}$ $E^{\circ }=+0.77\text{В}$${\text{Hg}}_2^{2+}+2e^{-}\to \text{Hg}$ $E^{\circ }=+0.85\text{В}$

Так как Hg в реакции восстанавливается, а Fe окисляется:

Потенциал для катода $восстановлениедвухвалентнойртути$: $E_{\text{катод}}^{\circ }=+0.85\text{В}$Потенциал для анода $окислениедвухвалентногожелеза$: $E_{\text{анод}}^{\circ }=+0.77\text{В}$

Следовательно:
$$E_{\text{total}}^{\circ }=+0.85-(+0.77)=+0.08\text{В}$$

Разность потенциалов положительна, значит, реакция будет идти в данном направлении.

Поскольку $n=2$ $2электронапередаются$:
$$\Delta G^{\circ }=-2\cdot 96485\cdot 0.08=-15478.4\text{Дж}(\text{или}-15.5\text{кДж})$$

2) $5{\text{Fe}}^{2+}+{\text{MnO}}_4^{-}+8{\text{H}}^{+}\to 5{\text{Fe}}^{3+}+{\text{Mn}}^{2+}+4{\text{H}}_2\text{O}$

Стандартные потенциалы для полуреакций:

${\text{Fe}}^{3+}+e^{-}\to {\text{Fe}}^{2+}$ $E^{\circ }=+0.77\text{В}$${\text{MnO}}_4^{-}+8{\text{H}}^{+}+5e^{-}\to {\text{Mn}}^{2+}+4{\text{H}}_2\text{O}$ $E^{\circ }=+1.51\text{В}$

Следовательно, считаем для катода $восстановлениемарганца$:
$$E^{\circ }<em>\text{катод}=+1.51\text{В}$$ Для анода $окислениежелеза$:
$$E^{\circ }</em>\text{анод}=+0.77\text{В}$$

$$E_{\text{total}}^{\circ }=+1.51-(+0.77)=+0.74\text{В}$$

Реакция будет идти в данном направлении.

$n=5$ $5электронов$:
$$\Delta G^{\circ }=-5\cdot 96485\cdot 0.74=-35614.5\text{Дж}(\text{или}-35.6\text{кДж})$$

3) $5{\text{Co}}^{2+}+{\text{MnO}}_4^{-}+8{\text{H}}^{+}\to 5{\text{Co}}^{3+}+{\text{Mn}}^{2+}+4{\text{H}}_2\text{O}$

Стандартные потенциалы для полуреакций:

${\text{Co}}^{3+}+e^{-}\to {\text{Co}}^{2+}$ $E^{\circ }=+1.82\text{В}$${\text{MnO}}_4^{-}+8{\text{H}}^{+}+5e^{-}\to {\text{Mn}}^{2+}+4{\text{H}}_2\text{O}$ $E^{\circ }=+1.51\text{В}$

Рассчитываем:

$$E^{\circ }<em>\text{катод}=+1.51\text{В}$$ $$E^{\circ }</em>\text{анод}=+1.82\text{В}$$ $$E_{\text{total}}^{\circ }=+1.51-(+1.82)=-0.31\text{В}$$

Разность потенциалов отрицательна, значит, реакция не будет протекать в данном направлении.

$n=5$:
$$\Delta G^{\circ }=-5\cdot 96485\cdot (-0.31)=15074.3\text{Дж}(\text{или}+15.1\text{кДж})$$

Подведение итогов:$\to$ реакция протекает $\to$ реакция протекает $\to$ реакция не протекает

Если у вас есть вопросы или нужна дополнительная информация, пожалуйста, дайте знать!