ОВР соединений марганца Рассмотрим окислительно

ОВР соединений марганца
Рассмотрим окислительно – восстановительные свойства соединений марганца, проявляемые
ими в разных условиях (в кислотной, нейтральной или щелочной). При проведении ОВР для создания в
растворе кислотной среды обычно используют серную кислоту. Азотную кислоту используют крайне
редко, так как она сама является сильным окислителем; соляную, бромоводородную и йодоводородную
кислоты не используют из-за их способности к окислению. Щелочная среда создается добавлением в
раствор гидроксидов натрия или калия.
Перманганат калия КMnO4 всегда является окислителем. Продукты восстановления зависят от
характера среды:
Условия протекания окислительно-восстановительных превращений для соединений марганца
можно представить в виде схемы, приведенной на рисунке 2.
Как видно из приведенной на этом рисунке схемы, перманганат-ион, входящий в состав самого
популярного в лабораторной практике окислителя, KMnO4, в различных средах восстанавливается поразному. В наибольшей степени окислительные свойства перманганат калия проявляет в кислотной
среде, в несколько меньшей – в нейтральной и в наименьшей степени – в щелочной.
Рассмотрим эти случаи на конкретных примерах.
Пример 1. Составьте уравнение реакции, протекающей при пропускании оксида серы (IV) через
подкисленный серной кислотой раствор перманганата калия.
Для составления уравнения воспользуемся методом электронного баланса.
При составлении уравнений ОВР наличием в растворе гидросульфатных ионов обычно
пренебрегают. (Наличием ионов HSO4- нельзя пренебрегать при составлении уравнений ОВР типа
взаимодействия концентрированной H2SO4 с NaBr (среди прочего образуется NaHSO4), но уравнения
этих реакций составляют, используя метод электронного балланса.)
1.
2
MnO4- + 8H+ + 5e– = Mn2+ + 4H2O
5
SO2 + 2H2O – 2e– = SO42- + 4H+
2. После умножения каждого из уравнений полуреакций на соответствующие множители,
сложения уравнений и приведения подобных членов получаем ионное уравнение.
2MnO4- + 16 Н+ + 5SO2 + 10H2O = 2Mn2+ + 5SO42- + 20 H+ + 8H2O
3. Добавив в левой части уравнения необходимое количество противоионов и не забывая о них при
написании формул продуктов реакции, запишем молекулярное уравнение:
2KMnO4 + 5SO2 + 2H2O = 2MnSO4 + 2H2SO4 + K2SO4
Из уравнения видно, что серная кислота, которая по смыслу задания должна была вступить в
реакцию, в действительности в реакцию не вступает, а, наоборот, в процессе реакции выделяется, то
есть добавлена в раствор только как средообразователь. Но это скорее исключение, чем правило.
Убедимся в этом на другом примере.
Пример 2. Составьте уравнение реакции, протекающей при сливании раствора перманганата калия с
раствором аммиака.
1. Аммиак – слабое основание, поэтому среда в его водном растворе слабощелочная. Перманганат-ион в
этих условиях при восстановлении превращается в диоксид марганца, выпадающий из раствора в виде
бурого осадка. В нейтральной и щелочной среде очень мало ионов оксония, поэтому для связывания
"лишних" атомов кислорода могут быть использованы лишь молекулы воды. Каждая молекула воды,
присоединяя один атом кислорода, превращается в два гидроксид-иона. Аммиак в этих условиях
окисляется до азота (ближайшая устойчивая степень окисления – ноль).
2
6
MnO4- + 2H2O + 3e– = MnO2 + 4OH-
1
3
2NH3 + 6H2O – 6e– = N2 + 6H3O +
2. Ионное уравнение:
2MnO4- + 10H2O + 2NH3 = 2MnO2 + 8OH- + N2
+ 6H3O+
3. Так как в одной из полуреакций образуются гидроксид-ионы, а в другой – ионы водорода, что вполне
допустимо в нейтральной (или близкой к ней) среде, перед приведением подобных членов в ионном
уравнении необходимо учесть, что эти ионы одновременно в водном растворе существовать не могут
(пройдет реакция нейтрализации).
2MnO4- + 4H2O + 2NH3 = 2MnO2 + 2OH- + N2 + 6H2O
После приведения подобных членов получаем ионное уравнение:
2MnO4- + 2NH3 = 2MnO2 + 2OH- + N2
+ 2H2O
4. Запишем молекулярное уравнение:
2KMnO4 + 2NH3 = 2MnO2 + 2KOH + N2
+ 2H2O
Пример 3. Составить уравнение реакции, протекающей при сливании раствора перманганата калия с
раствором сульфита калия в присутствии гидроксида калия.
2
MnO4- + e– = MnO42-
1
SO32- + 2OH- – 2e– = SO42- + H2O
2MnO4- + SO32- + 2OH- = 2MnO42- + SO42- + H2O
2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O
Пример 4. Составить уравнение реакции, протекающей при сливании раствора перманганата калия с
раствором сульфита натрия в присутствии серной кислоты.
Пример 5. Составить уравнение реакции, протекающей при сливании раствора перманганата калия с
раствором сульфита натрия.
В нейтральной среде:
Оксиды марганца
Оксид марганца (IV) MnO2 в кислотной среде проявляет свойства сильного окислителя. Он
окисляет хлорид-ион до хлора, нитрит-ион до нитрат-иона, йодид-ион до йода и т. д.
В свою очередь сам оксид марганца (IV) получается при взаимодействии перманганата калия с
растворами солей марганца (II) по реакции:
2MnO4- + 3Mn2+ + 6H2O = 5MnO2 + 4H3O+
Устойчивый только в сильнощелочных растворах манганат калия K2MnO4 уже при
незначительном подкислении и даже при разбавлении раствора водой диспропорционирует:
3MnO42- + 2H2O = 2MnO4- + MnO2 + 4OHОчень сильным окислителем является оксид марганца (VII). Это кислотный оксид (при
обычных условиях жидкость), активно реагирующий с водой:
Mn2O7 + H2O = 2HMnO4
Он легко окисляет аммиак до N2, сероводород - до SO2, сульфиды – до сульфатов, монооксид
углерода и органические вещества - до CO2. При этом сам восстанавливается до MnO2.