Поместить 3-4 кристаллика перманганата калия в пробирку, укрепить ее в штативе горизонтально и нагревать небольшим пламенем горелки до полного разложения перманганата на диоксид марганца, манганат калия и кислород. (Выделение кислорода и полноту разложения перманганата установить с помощью тлеющей лучинки). После охлаждения пробирки к сухому остатку добавить 5-6 капель воды. Отметить цвет полученного раствора. Какое вещество находится в растворе? Какое в осадке?
Опыт 5 Влияние рН среды на характер восстановления
перманганата .
В зависимости от среды - кислой, нейтральной или щелочной - марганец (VII) восстанавливается до различных степеней окисления. В кислой среде ион МnО 4 - переходит в ион Мn 2+ , в нейтральной, слабощелочной и слабокислой - в МnО 2 , в сильнощелочной при недостатке восстановителя - в ион МnО 4 2- .
В три пробирки внести по 3-4 капли раствора перманганата калия. В одну пробирку добавить 2 капли 2 н. раствора серной кислоты, в другую ― столько же воды, в третью ― 3-4 капли 2 н. раствора щелочи. Во все три пробирки прибавить по 1 микрошпателю кристаллического сульфита натрия. Отметить различное изменение первоначальной окраски перманганата в каждом случае. Чем это вызвано? Написать уравнения реакций.
Опыт 6 Окисление перманганатом калия сульфата марганца (II)
В пробирку внести 3-4 кали раствора перманганата калия и столько же раствора сульфата марганца (II). Отметить исчезновение окраски и образование бурого осадка. Опустить в пробирку синюю лакмусовую бумажку. Какая среда в полученном растворе? Написать уравнение реакции.
Опыт 7 Окисление перманганатом калия спирта в кислой и щелочной среде.
В две пробирки внести по 2-3 капли раствора перманганата калия. В одну пробирку добавить 2 капли 2н. раствора серной кислоты, в другую - столько же 2н. раствора щелочи. В обе пробирки добавить 3 капли этилового спирта. Раствор подогреть на маленьком пламени горелки. Отметить изменение цвета раствора в первой пробирке и постепенное восстановление перманганата сначала до манганата, а затем до диоксида марганца во второй. Как изменилась степень окисления марганца? Написать уравнения соответствующих реакций.
Лабораторная работа № 9
Хром и его соединения. Контрольные вопросы
1. К какому электронному семейству относятся хром? Какова электронная структура атома хрома?
2 Какие степени окисления он проявляют в соединениях? В какой степени окисления хром не образует устойчивых соединений?
3. Каковы катионная и анионная формы существования хрома (III) в растворах? Каковы условия преимущественного существования той или другой формы?
4. Каковы общие правила изменения кислотно-основных свойств оксидов и гидроксидов при повышении степени окисления атома? Продемонстрируйте на примере хрома.
5. Запишите хромат - дихроматное равновесие. Каковы условия перехода хромата в дихромат и обратно?
Опыт 1 Получение солей хрома (II).
В пробирку набирают 10-12 капель раствора соли Сr 3+ и добавляют столько же концентрированной НСl . В раствор вносят гранулу цинка и наблюдают изменение окраски раствора.
Опыт 2 Свойства солей хрома (II) .
Полученный в опыте 1 раствор соли хрома (II) делят на две части. К одной части добавляют концентрированный водный раствор аммиака, к другой части приливают концентрированный раствор ацетата натрия. Наблюдают изменение окраски.
Опыт 3 Получение оксида хрома (III ) (реакция Вулкан)
В сухую пробирку насыпают ~0,5 г измельченного бихромата аммония. При инициировании путем нагревания начинается бурная реакция. При этом пробирку держат вертикально. Определяют, имеют ли продукты реакции запах и конденсируется ли вода на стенках пробирки. Чем объяснить ""вулканоообразное"" протекание процесса? К какому типу ОВР относится процесс разложения бихромата аммония?
Опыт 4 Свойства оксида хрома ( III )
Разделить полученный оксид на 2 части, поместить в фарфоровые тигельки. В один из них добавить равный объем пиросульфата калия К 2 S 2 О 7 , во второй - равный объем карбоната натрия и сплавить полученный смеси. Охладить продукты сплавления, перенести в пробирки и растворить в малом количестве воды. Отметить цвет растворов в двух пробирках. Написать уравнения соответствующих реакций сплавления.
Опыт 5 Амфотерность гидроксида хрома (III).
Едкие щелочи NаОН и КОН дают с Сr 3+ осадок Сr(ОН) 3 серо-фиолетового цвета или серо-зеленого, обладающий амфотерными свойствами. Образующиеся при действии щелочей на Сr(ОН) 3 хромиты NаСrО 2 или КСrО 2 окрашены в ярко-зеленый цвет. В пробирку набирают 3-4 капли раствора соли Сr 3+ и 1-2 капли 2 н. раствора NаОН . Наблюдают осаждение гидроксида хрома (III). Отмечают его цвет. Испытывают действие на осадок избытка раствора щелочи. Что происходит? Повторяют получение осадка гидроксида хрома (III) и действуют на него 2 н. раствором серной кислоты. Что происходит? Написать уравнения реакции в ионном и молекулярном видах.
ПЕРМАНГАНАТ КАЛИЯ. KMnO 4 – перманганат калия, кристаллогидратов не образует. Темно-фиолетовые кристаллы, плотность 2,703 г/см 3 . Растворимость в воде – умеренная (6,36 г/100 г воды при 20° С, 12,5 г/100 г воды при 40° С, 25 г/100 г воды при 65° С), не гидролизуется, медленно разлагается в растворе.
Сильный окислитель в растворе и при спекании. Реагирует с типичными восстановителями (этанолом, водородом и др.). Концентрированные растворы перманганата калия окрашены в интенсивно-фиолетовый цвет, а разбавленные – в розовый.
Перманганаты – соли не выделенной в свободном состоянии марганцовой кислоты HMnO 4 , существующей только в водных растворах. Перманганаты известны для щелочных и щелочноземельных металлов, аммония, серебра и алюминия. Все они образуют фиолетово-черные кристаллы, растворимые в воде. Наиболее растворим среди них перманганат бария Ba(MnO 4) 2 , а наименее растворим перманганат цезия CsMnO 4 .
При нагревании все перманганаты разлагаются, выделяя кислород и превращаясь в манганаты и диоксид марганца, например:
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
Перманганат-ион – сильный окислитель, но его окислительная способность ослабевает с уменьшением кислотности раствора. Под действием восстановителей в щелочной среде MnO 4 - восстанавливается до манганат-иона MnO 4 2- :
MnO 4 - + e - = MnO 4 2- ,
В нейтральной, слабокислой и слабощелочной среде MnO 4 - переходит в диоксид марганца MnO 2:
MnO 4 - + 2H 2 O + 3e - = MnO 2 + 4OH -
В кислотной среде перманганат-ион превращается в аквакатион 2+ :
MnO 4 - + 8H 3 O + + 5e - = 2+ + 4H 2 O
Разбавленные водные растворы перманганата калия неустойчивы, они разлагаются (особенно быстро под действием солнечных лучей) с образованием бурого осадка диоксида марганца и выделением кислорода:
4KMnO 4 + 2H 2 O = 4KOH + 4MnO 2 Ї + 3O 2
Особенно быстро раствор KMnO 4 портится в присутствии восстановителей, органических веществ, которые всегда есть в воздухе. Этиловый спирт C 2 H 5 OH: так реагирует с пермантганатом калия
2KMnO 4 + 3C 2 H 5 OH = 2KOH + 2MnO 2 Ї + 3CH 3 CHO + 2H 2 O
В подкисленном растворе вместо MnO 2 образуются бесцветные катионы Mn 2+ . Например, в присутствии серной кислоты взаимодействие перманганата калия с таким общепризнанным восстановителем, как сульфит натрия, дает сульфат марганца и сульфат натрия, а также сульфат калия и воду:
2KMnO 4 + 5Na 2 SO 3 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O
Точно такая же реакция, но проведенная в сильнощелочной среде, дает манганатные анионы MnO 4 2- зеленого цвета:
2KMnO 4 + Na 2 SO 3 + 2KOH = 2K 2 MnO 4 + Na 2 SO 4 + H 2 O
Химики прошлого прозвали перманганат калия «хамелеоном». Его способность полностью реагировать с многими восстановителями находит применение в широко распространенном методе объемного химического анализа – перманганатометрии. Этим методом можно напрямую определить содержание железа(II), сурьмы(III), марганца(II), ванадия(IV), вольфрама(V), урана(IV), таллия(I), хрома(III), пероксида водорода, щавелевой кислоты и ее солей, арсенитов, гидразина и ряда органических веществ. Обратным перманганатометрическим титрованием определяют восстановители, реагирующие с KMnO 4 медленно – иодиды, цианиды, фосфиты и др. Первооткрывателем этого удивительного вещества был шведский химик и аптекарь Карл-Вильгельм Шееле. Шееле сплавлял «черную магнезию» – минерал пиролюзит (природный диоксид марганца), с поташом – карбонатом калия и селитрой – нитратом калия. При этом получались перманганат калия, нитрит калия и диоксид углерода:
2MnO 2 + 3KNO 3 + K 2 CO 3 = 2KMnO 4 + 3KNO 2 + CO 2
Окислительные свойства перманганата калия, которые связаны с высокой степенью окисления марганца в этом соединении (+VII), дают возможность использовать его в лечебных целях – для уничтожения всякой инфекции, для «прижигания» и «подсушивания» кожи и слизистых оболочек.
В медицине применяют водные растворы перманганата калия различной концентрации. Для полосканий и промывания желудка при отравлениях берут 0,1%-ные растворы (бледно-розового цвета), для промывания ран - 0,5%-ные (розовые), а для обработки язв и ожогов - 5%-ные (фиолетовые).
Перманганат калия, попадая на кожу, разлагается с выделением бурого осадка диоксида марганца MnO 2 . В зависимости от концентрации раствора, а значит, – от количества осадка, диоксид марганца оказывает вяжущее либо прижигающее действие.
Перманганат калия, разлагаясь, выделяет активный кислород, а это ярый враг микробов и неприятных запахов. Зачастую кислород выделяется (и мгновенно расходуется в реакциях окисления), не успевая образовывать газовые пузырьки. Это позволяет врачам вводить растворы KMnO 4 в глубокие раны при очень опасной анаэробной (возникающей без доступа воздуха) инфекции.
Полоскания розовым раствором марганцовки рекомендуются при ангинах и стоматитах – воспалении миндалин, слизистой оболочки рта и десен. Таким же раствором промывают глаза при конъюнктивитах. Перманганат калия помогает при пищевых отравлениях: его бледно-розовым раствором промывают желудок или просто выпивают стакан такого раствора натощак.
Растворами перманганата калия обрабатывают ожоги. Помогает марганцовка и при змеином укусе. Если нет специальной сыворотки, точно по месту укуса врачи шприцем вводят раствор KMnO 4 .
Все мамы и бабушки знают, что ванна с бледно-розовым раствором марганцовки поможет подсушить нежную кожу грудного младенца. Надо только помнить о мерах предосторожности, а они просты: в приготовленную для купания воду надо вносить обязательно раствор KMnO 4 , но ни в коем случае не кристаллы марганцовки – иначе возможен химический ожог.
Твердый перманганат калия и его крепкие растворы могут быть опасны, поэтому хранить его следует в местах, недоступных малышам, а обращаться с осторожностью.
При отравлении концентрированным раствором этого вещества возникает ожог рта, пищевода и желудка. Врачи-травматологи рассказывают, что такие отравления нет-нет, да и случаются – когда рассеянный человек принимает раствор марганцовки за крепко заваренный чай. В этом случае надо немедленно промыть желудок теплой водой с добавлением активированного угля. Можно использовать и раствор, содержащий в двух литрах воды полстакана слабого раствора перекиси водорода и один стакан столового уксуса. В этом случае перманганат-ионы переходят в менее опасные катионы марганца(II):
2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 6CH 3 COOH = 2Mn(CH 3 COO) 2 + 5O 2 + 2CH 3 COOK + 8H 2 O
Перманганат калия, служит для отбеливания тканей (при низких концентрациях он не теряет окислительных свойств!), его добавляют в растворы для жидкостной газоочистки от таких опасных примесей как сероводород или фосфин. Химикам хорошо известен метод химического анализа – перманганатометрия (главное действующее лицо здесь тот же перманганат калия), а те, кто углубленно занимается фотографией, знакомы с применением перманганата калия как компонент ослабляющих (снижающих плотность фотоизображения на пленке) растворов. Кроме того, это хороший окислитель органических веществ (с помощью KMnO4 получают из парафинов карбоновые кислоты.
Людмила Аликберова
Задача 1099.
Написать уравнение реакции термического разложения перманганата калия. К какому типу окислительно-восстановительных превращений относится эта реакция?
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:
2КMnO 4 К 2 MnO 4 + MnO 2 ↓ + O 2
Здесь марганец уменьшает свою степень окисления от +7 до +6 (является окислителем), а кислород увеличивает сою степень окисления от -2 до 0 (является восстановителем). Реакции, при которых одна составная часть сложного вещества служит окислителем (Mn), а другая – восстановителем (О), называется внутримолекулярной реакцией окисления-восстановления.
Приготовление раствора, содержащего смесь из комбинации ионов
Задача 1100.
Можно ли приготовить раствор, который содержал бы одновременно Sn 2+ и Hg 2+ ; Sn 2+ и Fe 3+ ; SO 3 2- и MnO 4– ; Cr 2 O 7 2- и SO 4 2- ? Указать, какие комбинации ионов невозможны и почему.
Решение:
а) В Sn 2+ атом элемента находится в своей промежуточной степени окисления, поэтому ион Sn 2+ будет проявлять восстановительные свойства. В Hg 2+ атом элемента ртути находится в своей высшей степени окисления, поэтому ион Hg 2+ будет проявлять только окислительные свойства. Уравнения полуреакций процесса окисления-восстановления:
Таким образом, приготовить раствор, который содержал бы одновременно Sn 2+ и Hg 2+ нельзя, так как будет протекать окислительно-восстановительный процесс.
б) В Sn 2+ атом элемента находится в своей промежуточной степени окисления, поэтому ион Sn 2+ будет проявлять восстановительные свойства. В Fe 3+ атом элемента железа находится в своей высшей степени окисления, поэтому ион Fe 3+ будет проявлять только окислительные свойства. Уравнения полуреакций процесса окисления-восстановления:
Таким образом, приготовить раствор, который содержал бы одновременно Sn 2 + и Fe 3+ нельзя, так как будет протекать окислительно-восстановительный процесс.
в) В SO 3 2- атом элемента серы находится в своей промежуточной степени окисления, поэтому ион SO 3 2- будет проявлять восстановительные свойства. В MnO 4 – атом элемента марганца находится в своей высшей степени окисления, поэтому ион MnO 4 – будет проявлять только окислительные свойства. Уравнения полуреакций процесса окисления-восстановления:
Таким образом, приготовить раствор, который содержал бы одновременно SO 3 2- и MnO 4 – ; нельзя, так как будет протекать окислительно-восстановительный процесс.
г) В Cr 2 O 7 2- атом элемента хрома находится в своей высшей степени окисления, поэтому ион Cr 2 O 7 2- будет проявлять окислительные свойства. В SO 4 2- атом элемента серы находится в своей высшей степени окисления, поэтому ион SO 4 2- будет проявлять только окислительные свойства.
Так как в растворе присутствуют ионы Cr 2 O 7 2- и SO 4 2- , которые оба проявляют окислительные свойства, то приготовит раствор с одновременным содержанием этих ионов возможно.
Ответ: г.
Окислительно-восстановительные процессы лежат в основе важнейших явлений живой и неживой природы: горения, разложения сложных веществ, синтеза органических соединений. Перманганат калия, свойства которого мы изучим в нашей статье, относится к применяемым в лабораторных и промышленных условиях. Его окислительные способности зависят от степени окисления атома, которая меняется в ходе реакции. Рассмотрим это на конкретных примерах происходящих с участием молекул KMnO 4 .
Характеристика вещества
Рассматриваемое нами соединение (перманганат калия) является одним из наиболее применяемых в промышленности веществ - соединений марганца. Соль представлена кристаллами в виде правильных призм темно-фиолетового цвета. Она хорошо растворяется в воде и образует раствор малинового цвета, обладающий прекрасными бактерицидными характеристиками. Поэтому вещество нашло широкое применение как в медицине, так и в быту в качестве бактерицидного средства. Как и другие соединения семивалентного марганца, соль способна окислять многие соединения органической и неорганической природы. К разложению перманганата калия прибегают в химических лабораториях для получения небольших объемов чистого кислорода. Соединение окисляет сульфитную кислоту в сульфатную. В промышленности KMnO 4 применяется для выделения газообразного хлора из соляной кислоты. Оно также окисляет большинство органических веществ, способно переводить соли двухвалентного железа в форму его трехвалентных соединений.
Опыты с марганцовкой
Вещество, в быту называемое марганцовкой, при нагревании разлагается. В продуктах реакции обнаруживается свободный кислород, двуокись марганца и новая соль - K 2 MnO 4 . В лаборатории этот процесс проводят для получения чистого кислорода. Химическое уравнение разложения перманганата калия можно представить так:
2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 .
Сухое вещество, представляющее собой фиолетовые кристаллы в виде правильных призм, нагревают до температуры +200 °C. Катион марганца, находящийся в составе соли, имеет степень окисления, равную +7. Она снижается в продуктах реакции до величин +6 и +4 соответственно.
Окисление этилена
Газообразные углеводороды, относящиеся к различным классам органических соединений, имеют как одинарные, так и кратные связи между атомами углерода в составе своих молекул. Как определить присутствие пи-связей, лежащих в основе непредельного характера органического соединения? Для этого проводят химические опыты, пропуская исследуемое вещество (например, этен или ацетилен) через фиолетовый Наблюдается его обесцвечивание, так как непредельная связь разрушается. Молекула этилена окисляется и из непредельного углеводорода превращается в двухатомный предельный спирт - этиленгликоль. Данная реакция является качественной на наличие двойных или тройных связей.
Особенности химических проявлений KMnO4
Если степени окисления реагентов и продуктов реакции изменяются, значит происходит реакция окисления-восстановления. В ее основе лежит явление перемещения электронов от одних атомов к другим. Как и в случае с разложением перманганата калия, так и в других реакциях, вещество проявляет ярко выраженные свойства окислителя. Например, в подкисленном растворе сернистокислого натрия и перманганата калия образуется сульфаты натрия, калия и марганца, а также вода:
5Na 2 SO 3 + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 2MnSO 4 + 5Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 0.
В этом случае ион серы является восстановителем, а марганец, входящий в сложный анион MnO 4 - , проявляет свойства окислителя. Он принимает пять электронов, поэтому степень его окисления снижается с +7 до +2.
Влияние среды на протекание химической реакции
В зависимости от концентрации ионов водорода или гидроксильных групп различают кислый, щелочной или нейтральный характер раствора, в котором происходит окислительно-восстановительная реакция. Например, при избыточном содержании катионов водорода, ион марганца со степенью окисления +7 в перманганате калия понижает ее до +2. В щелочной среде, при высокой концентрации гидроксильных групп, сульфит натрия, взаимодействуя с перманганатом калия, окисляется до сульфата. Ион марганца со степенью окисления +7 переходит в катион с зарядом +6, находящийся в составе K 2 MnO 4 , раствор которого имеет зеленую окраску. В нейтральной среде сульфит натрия и перманганат калия реагируют между собой, при этом осаждается двуокись марганца. Степень окисления катиона марганца уменьшается с +7 до +4. В продуктах реакции также обнаруживаются сульфат натрия и щелочь - гидроксид натрия.
Применение солей марганцевой кислоты
Перманганата калия при нагревании и другие окислительно-восстановительные процессы, проходящие с участием солей марганцевой кислоты, часто используются в промышленности. Например, окисление многих органических соединений, выделение газообразного хлора из соляной кислоты, превращение солей двухвалентного железа в трехвалентное. В сельском хозяйстве раствор KMnO 4 применяют для предпосевной обработки семян и почвы, в медицине им обрабатывают поверхность ран, дезинфицируют воспаленные слизистые оболочки носовой полости, используют для обеззараживания предметов личной гигиены.
В нашей статье мы не только подробно изучили процесс разложения перманганата калия, но также рассмотрели его окислительные свойства и применение в быту и промышленности.