Перманганат калия как окислитель - rita.netnado.ru o_O
Главная
Поиск по ключевым словам:
страница 1
Похожие работы
Перманганат калия как окислитель - страница №1/1

Методические рекомендации составления уравнений окислительно-восстановительных реакций.

Теоретические сведения.

Перманганат калия как окислитель.


KMnO4 + восстановители →

в кислой среде Mn+2

в нейтральной среде Mn+4

в щелочной среде Mn+6

(соль той кислоты, которая участвует в реакции)
MnSO4, MnCl2

MnO2

Манганат (K2MnO4 или KNaMnO4, Na2MnO4) -

Дихромат и хромат как окислители.


K2Cr2O7 (кислая и нейтральная среда), K2CrO4 (щелочная среда) + восстановители → всегда получается Cr+3

кислая среда

нейтральная среда

щелочная среда

Соли тех кислот, которые участвуют в реакции: CrCl3, Cr2(SO4)3

Cr(OH)3

K3[Cr(OH)6] в растворе, K3CrO3 или KCrO2 в расплаве

Повышение степеней окисления хрома и марганца.


Cr+3 + очень сильные окислители → Cr+6 (всегда независимо от среды!)

Cr2O3, Cr(OH)3, соли, гидроксокомплексы

+ очень сильные окислители:
а)KNO3, кислородсодержащие соли хлора (в щелочном расплаве)
б) Cl2, Br2, H2O2 (в щелочном растворе)

Щелочная среда:

образуется хромат K2CrO4



Cr(OH)3, соли

+ очень сильные окислители в кислой среде (HNO3 или CH3COOH): PbO2, KBiO3

Кислая среда:

образуется дихромат K2Cr2O7 или дихромовая кислота H2Cr2O7






Mn+2,+4 — оксид, гидроксид, соли

+ очень сильные окислители:
KNO3, кислородсодержащие соли хлора (в расплаве)

Щелочная среда: Mn+6

K2MnO4 — манганат



Mn+2 — соли

+ очень сильные окислители в кислой среде (HNO3 или CH3COOH):
PbO2, KBiO3

Кислая среда: Mn+7

KMnO4 — перманганат


HMnO4 — марганцевая кислота

Азотная кислота с металлами.


не выделяется водород, образуются продукты восстановления азота.

Чем активнее металл и чем меньше концентрация кислоты, тем дальше восстанавливается азот

NO2

NO

N2O

N2

NH4NO3

Неактивные металлы (правее железа) + конц. кислота
Неметаллы + конц. кислота

Неактивные металлы (правее железа) + разб. кислота

Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + конц. кислота

Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + кислота среднего разбавления

Активные металлы (щелочные, щелочноземельные, цинк) + очень разб. кислота

Пассивация: с холодной концентрированной азотной кислотой не реагируют:
Al, Cr, Fe, Be, Co.

Не реагируют с азотной кислотой ни при какой концентрации:
Au, Pt, Pd.

Серная кислота с металлами.


разбавленная серная кислота реагирует как обычная минеральная кислота с металлами левее Н в ряду напряжений, при этом выделяется водород;
— при реакции с металлами концентрированной серной кислоты не выделяется водород, образуются продукты восстановления серы.

SO2

S

H2S

H2

Неактивные металлы (правее железа) + конц. кислота
Неметаллы + конц. кислота

Щелочноземельные металлы + конц. кислота

Щелочные металлы и цинк + концентрированная кислота.

Разбавленная серная кислота ведет себя как обычная минеральная кислота (например, соляная)

Пассивация: с холодной концентрированной серной кислотой не реагируют:
Al, Cr, Fe, Be, Co.

Не реагируют с серной кислотой ни при какой концентрации:
Au, Pt, Pd.

Диспропорционирование.


Реакции диспропорционирования — это реакции, в которых один и тот же элемент является и окислителем, и восстановителем, одновременно и повышая, и понижая свою степень окисления:

3Сl2 + 6KOH



5KCl + KClO3 + 3H2O


Диспропорционирование неметаллов — серы, фосфора, галогенов (кроме фтора).


Сера + щёлочь → 2 соли, сульфид и сульфит металла (реакция идёт при кипячении)

S0 → S−2 и S+4

Фосфор + щелочь → фосфин РН3 и соль гипофосфит КН2РО2 (реакция идёт при кипячении)

Р0 → Р−3 и Р+1

Хлор, бром, иод + вода (без нагревания) → 2 кислоты, HCl, HClO
Хлор, бром, иод + щелочь (без нагревания) → 2 соли, КCl и КClO и вода

Cl20 → Cl и Cl+

Бром, иод + вода (при нагревании)→ 2 кислоты, HBr, HBrO3
Хлор, бром, иод + щелочь (при нагревании)→ 2 соли, КCl и КClO3 и вода

Cl20 → Cl и Cl+5

Диспропорционирование оксида азота (IV) и солей.


NO2 + вода → 2 кислоты, азотная и азотистая
NO2 + щелочь → 2 соли, нитрат и нитрит

N+4 → N+3 и N+5

K2SO3



сульфид и сульфат калия






S+4 → S−2 и S+6

KClO3



2 соли, хлорид и перхлорат КСlO4






Cl+5 → Cl и Cl+7

Активность металлов и неметаллов.


Для анализа активности металлов используют либо электрохимический ряд напряжений металлов, либо их положение в Периодической таблице. Чем активнее металл, тем легче он будет отдавать электроны и тем более хорошим восстановителем он будет в окислительно-восстановительных реакциях.

Электрохимический ряд напряжений металлов.


Li Rb K Ba Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb  H  Sb Bi Cu Hg Ag Pd Pt Au

Активность неметаллов так же можно определить по их положению в таблице Менделеева.

Запомните! Азот — более активный неметалл, чем хлор!

Более активный неметалл будет окислителем, а менее активный будет довольствоваться ролью восстановителя, если они реагируют друг с другом.


Ряд электроотрицательности неметаллов:


H, As, I, Si, P, Se, C, S, Br, Cl, N, O, F 

>

увеличение электроотрицательности

Особенности поведения некоторых окислителей и восстановителей.


а) кислородсодержащие соли и кислоты хлора в реакциях с восстановителями обычно переходят в хлориды: КClO3 + P = P2O5 + KCl

б) если в реакции участвуют вещества, в которых один и тот же элемент имеет отрицательную и положительную степени окисления — они встречаются в нулевой степени окисления (выделяется простое вещество). H2S−2 + S(+4)O2 = S0 + H2O


Необходимые навыки.


  1. Расстановка степеней окисления.
    Необходимо помнить, что степень окисления — это гипотетический заряд атома (т.е. условный, мнимый), но он должен не выходить за рамки здравого смысла. Он может быть целым, дробным или равным нулю.

Задание 1: Расставьте степени окисления в веществах:

НСОНFeS2Ca(OCl)ClH2S2O8



  1. Расстановка степеней окисления в органических веществах.
    Помните, что нас интересуют степени окисления только тех атомов углерода, которые меняют своё окружение в процессе ОВР, при этом общий заряд атома углерода и его неуглеродного окружения принимается за 0.

Задание 2: Определите степень окисления атомов углерода, обведённых рамкой вместе с неуглеродным окружением:

2-метилбутен-2: СН3–СН=С(СН3)–СН3

ацетон: (СН3)2С=О

уксусная кислота: СН3–СООН



  1. Не забывайте задавать себе главный вопрос: кто в этой реакции отдаёт электроны, а кто их принимает, и во что они переходят? Чтобы не получалось, что электроны прилетают из ниоткуда или улетают в никуда.

Пример: KNO2 + KI + H2SO4 → … + … + … + …

В этой реакции надо увидеть, что иодид калия KI может являться только восстановителем, поэтому нитрит калия KNO2 будет принимать электроны, понижая свою степень окисления.


Причём в этих условиях (разбавленный раствор) азот переходит из +3 в ближайшую степень окисления +2.

KNO2 + KI + H2SO4 → I2 + NO + K2SO4 + H2O



  1. Составление электронного баланса сложнее, если формульная единица вещества содержит несколько атомов окислителя или восстановителя.
    В этом случае это необходимо учитывать в полуреакции, рассчитывая число электронов.
    Самая частая проблема — с дихроматом калия K2Cr2O7, когда он в роли окислителя переходит в +3:

2Сr+6 + 6e → 2Cr+3

Эти же двойки нельзя забыть при уравнивании, ведь они указывают число атомов данного вида в уравнении.



Задание 3: Какой коэффициент нужно поставить перед FeSO4 и перед Fe2(SO4)3?

FeSO4 + K2Cr2O7 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + H2O


Fe+2 − 1e → Fe+3
2Cr+6 + …e → 2Cr+3

Задание 4: Какой коэффициент в уравнении реакции будет стоять перед магнием?

HNO3 + Mg → Mg(NO3)2 + N2O + H2O



  1. Определите, в какой среде (кислой, нейтральной или щелочной) протекает реакция.
    Это можно сделать либо про продуктам восстановления марганца и хрома, либо по типу соединений, которые получились в правой части реакции: например, если в продуктах мы видим кислоту, кислотный оксид — значит, это точно не щелочная среда, а если выпадает гидроксид металла — точно не кислая. Ну и разумеется, если в левой части мы видим сульфаты металлов, а в правой — ничего похожего на соединения серы — видимо, реакция проводится в присутствии серной кислоты.

Задание 5: Определите среду и вещества в каждой реакции:

PH3 + … + … → K2MnO4 + … + …

PH3 + … + … → MnSO4 + H3PO4 + … + …


  1. Помните, что вода — вольный путешественник, она может как участвовать в реакции, так и образовываться.

Задание 6: В какой стороне реакции окажется вода? Bо что перейдёт цинк?

KNO3 + Zn + KOH → NH3 + …



Задание 7: Мягкое и жесткое окисление алкенов.
Допишите и уравняйте реакции, предварительно расставив степени окисления в органических молекулах:

СН3-СН=СН2 + KMnO4 + H2O (хол. р-р.) → CH3-CHOH-CH2OH + …



СН3-СН=СН2 + KMnO4 (водн.р-р) 



CH3-COOK + K2CO3 + …



  1. Иногда какой-либо продукт реакции можно определить, только составив электронный баланс и поняв, каких частиц у нас больше:

Задание 8: Какие продукты ещё получатся? Допишите и уравняйте реакцию:

MnSO4 + KMnO4 + Н2O → MnO2 + …



  1. Во что переходят реагенты в реакции?
    Если ответ на этот вопрос не дают выученные нами схемы, то нужно проанализировать, какие в реакции окислитель и восстановитель — сильные или не очень? Если окислитель средней силы, вряд ли он может окислить, например, серу из −2 в +6, обычно окисление идёт только до S0. И наоборот, если KI — сильный восстановитель и может восстановить серу из +6 до −2, то KBr — только до +4.

Задание 9: Во что перейдёт сера? Допишите и уравняйте реакции:

H2S + KMnO4 + H2O → …

H2S + HNO3 (конц.) → …


  1. Проверьте, чтобы в реакции был и окислитель, и восстановитель.

Задание 10: Сколько ещё продуктов в этой реакции, и каких?

KMnO4 + HCl → MnCl2 + …



  1. Если оба вещества могут проявлять свойства и восстановителя, и окислителя — надо продумать, какое из них более активный окислитель. Тогда второй будет восстановителем.

Задание 11: Кто из этих галогенов окислитель, а кто восстановитель?

Cl2 + I2 + H2O → … + …



  1. Если же один из реагентов — типичный окислитель или восстановитель — тогда второй будет «выполнять его волю», либо отдавая электроны окислителю, либо принимая у восстановителя.

    Пероксид водорода — вещество с двойственной природой, в роли окислителя (которая ему более характерна) переходит в воду, а в роли восстановителя — переходит в свободный газообразный кислород.



Задание 12: Какую роль выполняет пероксид водорода в каждой реакции?

H2O2 + KI + H2SO4

H2O2 + K2Cr2O7 + H2SO4

H2O2 + KNO2


Последовательность расстановки коэффициентов в уравнении.


Сначала проставьте коэффициенты, полученные из электронного баланса.
Помните, что удваивать или сокращать их можно только вместе. Если какое-либо вещество выступает и в роли среды, и в роли окислителя (восстановителя) — его надо будет уравнивать позднее, когда почти все коэффициенты расставлены.
Предпоследним уравнивается водород, а по кислороду мы только проверяем!

  1. Задание 13: Допишите и уравняйте:

    HNO3 + Al → Al(NO3)3 + N2 + H2O

    Al + KMnO4 + H2SO4 → Al2(SO4)3 + … + K2SO4 + H2O


Не спешите, пересчитывая атомы кислорода! Не забывайте умножать, а не складывать индексы и коэффициенты.
Число атомов кислорода в левой и правой части должно сойтись!
Если этого не произошло (при условии, что вы их считаете правильно), значит, где-то ошибка.

Возможные ошибки.


  1. Расстановка степеней окисления: проверяйте каждое вещество внимательно.
    Часто ошибаются в следующих случаях:

а) степени окисления в водородных соединениях неметаллов: фосфин РН3 — степень окисления у фосфора — отрицательная;
б) в органических веществах — проверьте ещё раз, всё ли окружение атома С учтено;
в) аммиак и соли аммония — в них азот всегда имеет степень окисления −3;
г) кислородные соли и кислоты хлора — в них хлор может иметь степень окисления +1, +3, +5, +7;
д) пероксиды и надпероксиды — в них кислород не имеет степени окисления −2, бывает −1, а в КО2 — даже −(½)
е) двойные оксиды: Fe3O4, Pb3O4 — в них металлы имеют две разные степени окисления, обычно только одна из них участвует в переносе электронов.

Задание 14: Допишите и уравняйте:

Fe3O4 + HNO3 → Fe(NO3)3 + NO + …



Задание 15: Допишите и уравняйте:

KO2 + KMnO4 + … → … + … + K2SO4 + H2O



  1. Выбор продуктов без учёта переноса электронов — то есть, например, в реакции есть только окислитель без восстановителя или наоборот.

Пример: в реакции MnO2 + HCl → MnCl2 + Cl2 + H2O свободный хлор часто теряется. Получается, что электроны к марганцу прилетели из космоса…

  1. Неверные с химической точки зрения продукты: не может получиться такое вещество, которое вступает во взаимодействие со средой!

а) в кислой среде не может получиться оксид металла, основание, аммиак;
б) в щелочной среде не получится кислота или кислотный оксид;
в) оксид или тем более металл, бурно реагирующие с водой, не образуются в водном растворе.

Задание 16: Найдите в реакциях ошибочные продукты, объясните, почему они не могут получаться в этих условиях:

Ba + HNO3 → BaO + NO2 + H2O

PH3 + KMnO4 + KOH → K2MnO4 + H3PO4 + H2O

P + HNO3 → P2O5 + NO2 + H2O

FeSO4 + KMnO4 + H2SO4 → Fe(OH)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O

Ответы и решения к заданиям с пояснениями.


Задание 1:

Н+С0О−2Н+Fe+2S2Ca+2(O−2Cl+)ClH2+S2+7O8−2



Задание 2:

2-метилбутен-2: СН3–С−1Н+10(СН3)–СН3

ацетон: (СН3)2С+2−2

уксусная кислота: СН3–С+3О−2О−2Н+



Задание 3:

Так как в молекуле дихромата 2 атома хрома, то и электронов они отдают в 2 раза больше — т.е. 6.

6FeSO4+K2Cr2O7+7H2SO4 → 3Fe2(SO4)3 +Cr2(SO4)3+ +K2SO4 + 7H2O

Fe2+ − 1e → Fe3+

|

6

2Cr+6 + 6e → 2Cr3+

1

Задание 4:

Так как в молекуле N2O два атома азота, эту двойку надо учесть в электронном балансе — т.е. перед магнием должен быть коэффициент 4.

10HNO3 + 4Mg → 4Mg(NO3)2 + N2O + 5H2O

Mg0 − 2e → Mg2+

|

4

2N+5 + 8e → 2N+

1

Задание 5:

Если среда щелочная, то фосфор +5 будет существовать в виде соли — фосфата калия.

PH3 + 8KMnO4 + 11KOH → 8K2MnO4 + K3PO4 + 7H2O

Р−3 − 8e → P+5

|

1

Mn+7 + 1e → Mn+6

8

Если среда кислая, то фосфин переходит в фосфорную кислоту.

PH3 + KMnO4 + H2SO4 → MnSO4 + H3PO4 + K2SO4 + H2O

Р−3 − 8e → P+5

|

5

Mn+7 + 5e → Mn+2

8

Задание 6:

Так как цинк — амфотерный металл, в щелочном растворе он образует гидроксокомплекс. В результате расстановки коэффициентов обнаруживается, что вода должна присутствовать в левой части реакции:

KNO3 + 4Zn + 7KOH + 6Н2О → N−3H3+ + 4K2[Zn(OH)4]

Zn0 − 2e → Zn2+

|

4

N+5 + 8e → N−3

1

Задание 7:

Электроны отдают два атома С в молекуле алкена. Поэтому мы должны учесть общее количество отданных всей молекулой электронов:

3СН3−1Н=С−2Н2 + 2KMn+7O4 + 4H2O (хол. р-р.) → 3CH3-C0HOH-C−1H2OH + 2Mn+4O2 + 2KOH

Mn+7 + 3e → Mn+4

|

2

С−1 − 1е → C0

}

− 2e




3

С−2 − 1е → C−1







3СН3−1Н=С−2Н2 + 10KMn+7O4



3CH3-C+3OOK + 3K2C+4O3 + 10Mn+4O2 + KOH + 4Н2О






Mn+7 + 3e → Mn+4

|

10

С−1 − 4е → C+3

}

− 2e




3

С−2 − 6е → C+4




Обратите внимание, что из 10 ионов калия 9 распределены между двумя солями, поэтому щелочи получится только одна молекула.

Задание 8:

3MnSO4 + 2KMnO4 + 2Н2O → 5MnO2 + K2SO4 + 2H2SO4



Mn2+ − 2e → Mn+4

|

3

Mn+7 + 3e → Mn+4

2

В процессе составления баланса мы видим, что на 2 иона К+ приходится 3 сульфат-иона. Значит, помимо сульфата калия образуется ещё серная кислота (2 молекулы).



Задание 9:

3H2S + 2KMnO4 + (H2O) → 3S0 + 2MnO2 + 2KOH + 2H2O


(перманганат не очень сильный окислитель в растворе; обратите внимание, что вода переходит в процессе уравнивания вправо!)

H2S + 8HNO3 (конц.) → H2S+6O4 + 8NO2 + 4H2O


(концентрированная азотная кислота очень сильный окислитель)

Задание 10:

Не забудьте, что марганец принимает электроны, при этом хлор их должен отдать.


Хлор выделяется в виде простого вещества.

2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O



Задание 11:

Чем выше в подгруппе неметалл, тем более он активный окислитель, т.е. хлор в этой реакции будет окислителем. Йод переходит в наиболее устойчивую для него положительную степень окисления +5, образуя йодноватую кислоту.

5Cl2 + I2 + 6H2O → 10HCl + 2HIO3

Задание 12:

H2O2 + 2KI + H2SO4 → I2 + K2SO4 + 2H2O


(пероксид — окислитель, т.к. восстановитель — KI)

3H2O2 + K2Cr2O7 + 4H2SO4 → 3O2 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O


(пероксид — восстановитель, т.к. окислитель — перманганат калия)

H2O2 + KNO2 → KNO3 + H2O


(пероксид — окислитель, т.к. роль восстановителя более характерна для нитрита калия, который стремится перейти в нитрат)

Задание 13:

36HNO3 + Al → 10Al(NO3)3 + 3N2 + 18H2O

10Al + 6KMnO4 + 24H2SO4 → 5Al2(SO4)3 + 6MnSO4 + 3K2SO4 + 24H2O

Задание 14:

В молекуле Fe3O4 из трех атомов железа только один имеет заряд +2. Он окислится в +3.


(Fe+2O • Fe2+3O3)
3Fe3O4 + 28HNO3 → 9Fe+3(NO3)3 + NO + 14H2O

Fe+2 − 1e → Fe+3

|

3

N+5 + 3e → N+2

1

Задание 15:

Общий заряд частицы (О2) в надпероксиде калия KO2 равен −1. Поэтому он может отдать только 1е.

5KO2 + KMnO4 + 4H2SO4 →5O2 + MnSO4 + 3K2SO4 + 4H2O

2) − 1е → O2

|

5

Mn+7 + 5e → Mn+2

1

Задание 16:

Ba + HNO3BaO + NO2 + H2O (водный раствор)


Ba + HNO3Ba(NO3)2 + NO2 + H2O

PH3 + KMnO4 + KOH → K2MnO4 + H3PO4 + H2O (щелочная среда)


PH3 + KMnO4 + KOH → K2MnO4 + K3PO4 + H2O

P + HNO3P2O5 + NO2 + H2O (водный раствор)


P + HNO3H3PO4 + NO2 + H2O

FeSO4 + KMnO4 + H2SO4Fe(OH)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O (кислая среда)


FeSO4 + KMnO4 + H2SO4Fe2(SO4)3 + MnSO4 + K2SO4 + H2O