Стандартный окислительно-восстановительный потенциал $E°$ — это мера способности химической species $вещества$ выступать в роли окислителя или восстановителя при стандартных условиях $температура25°C,давление1атм,концентрациивсехвеществ1моль/л$. Он измеряется относительно стандартного водородного электрода $SHE$, который имеет стандартный потенциал равный 0 В.

Единицы измерения: Вольты $В$.

Формула для зависимости окислительно-восстановительного потенциала от концентраций реагентов:

$$E=E^{\circ }-\frac{RT}{nF}\ln Q$$

где:

$E$ — окислительно-восстановительный потенциал при не стандартных условиях,$E^{\circ }$ — стандартный окислительно-восстановительный потенциал,$R$ — универсальная газовая постоянная ((8.314 \, \text{Дж/(моль·К)})),$T$ — температура в Кельвинах,$n$ — число электронов, участвующих в реакции,$F$ — постоянная Фарадея $(96485\text{Кл/моль})$,$Q$ — реакционная частота, которая определяется как отношение концентраций продуктов реакции к концентрациям реагентов $привозведениивсоответствующиестепени$.

Теперь перейдем к расчету разности потенциалов и направления реакции.

Для реакции 1:

$$2F{e}^{2+}+2H{g}^{2+}=2F{e}^{3+}+H{g}_2^{2+}$$

Предполагаемые стандартные потенциалы $длявыполнениярасчетовможноиспользоватьусловныезначения$:

$E^{\circ }(F{e}^{3+}/F{e}^{2+})=+0.77\text{В}$$E^{\circ }(H{g}_2^{2+}/Hg)=+0.85\text{В}$

Формулы для разности потенциалов:
$$E<em>cell=E</em>катод-E_{анод}$$

Таким образом, выбираем:

$E_{катод}=E^{\circ }(H{g}_2^{2+}/Hg)$ $восстановление$$E_{анод}=E^{\circ }(F{e}^{3+}/F{e}^{2+})$ $окисление$

Расчет:
$$E<em>cell=E</em>катод-E_{анод}=0.85-0.77=+0.08\text{В}$$

Так как (E_{cell} > 0), реакция спонтанна.

Для реакции 2:

$$5F{e}^{2+}+Mn{O}_4^{-}+8H^{+}=5F{e}^{3+}+M{n}^{2+}+4H_{2}O$$

Потенциалы:

$E^{\circ }(F{e}^{3+}/F{e}^{2+})=+0.77\text{В}$$E^{\circ }(Mn{O}_4^{-}/M{n}^{2+})=+1.51\text{В}$

Расчет:
$$E<em>cell=E</em>катод-E_{анод}=E^{\circ }(Mn{O}_4^{-}/M{n}^{2+})-E^{\circ }(F{e}^{3+}/F{e}^{2+})=1.51-0.77=+0.74\text{В}$$

Так как (E_{cell} > 0), реакция спонтанна.

Для реакции 3:

$$5C{o}^{2+}+Mn{O}_4^{-}+8H^{+}=5C{o}^{3+}+M{n}^{2+}+4H_{2}O$$

Потенциалы:

$E^{\circ }(C{o}^{3+}/C{o}^{2+})=+1.82\text{В}$$E^{\circ }(Mn{O}_4^{-}/M{n}^{2+})=+1.51\text{В}$

Расчет:
$$E<em>cell=E</em>катод-E_{анод}=E^{\circ }(Mn{O}_4^{-}/M{n}^{2+})-E^{\circ }(C{o}^{3+}/C{o}^{2+})=1.51-1.82=-0.31\text{В}$$

Так как (E_{cell} < 0), реакция не спонтанна.

Вывод:Реакция $2F{e}^{2+}+2H{g}^{2+}=2F{e}^{3+}+H{g}_2^{2+}$ — спонтанна.Реакция $5F{e}^{2+}+Mn{O}_4^{-}+8H^{+}=5F{e}^{3+}+M{n}^{2+}+4H_{2}O$ — спонтанна.Реакция $5C{o}^{2+}+Mn{O}_4^{-}+8H^{+}=5C{o}^{3+}+M{n}^{2+}+4H_{2}O$ — не спонтанна.