Перманганат, дихромат и хромат в разных средах: продукты и признаки для ЕГЭ

Перманганат калия и дихромат калия — главные окислители ЕГЭ по химии. Они встречаются в задании 29 (ОВР с электронным балансом), в задании 31 (мысленный эксперимент), в заданиях 14 и 32 (окисление органических веществ) и в заданиях 7–8 первой части. Почти все ошибки с ними одного рода: продукт марганца или хрома записан не для той среды. А такая ошибка в задании 29 обнуляет оба балла, потому что при неверных продуктах электронный баланс не проверяют.

Это вторая статья серии разборов ЕГЭ-2027 по химии (карта серии — в статье «ЕГЭ по химии — 2027: карта всех 34 заданий»). Общий порядок решения задания 29 разобран в статье «Задание 29 ЕГЭ по химии: окислительно-восстановительные реакции». Здесь — подробно о двух элементах: почему среда меняет продукт, окраски всех форм марганца и хрома, продукты с каждым восстановителем, переходы хромата и дихромата, окисление хрома +3, особые случаи для заданий 31 и 32, ловушки и восемь заданий с решениями.

• Почему среда меняет продукт
• Марганец: степени окисления и окраски
• Перманганат с разными восстановителями
• Продукт восстановителя тоже зависит от среды
• Особые случаи с марганцем
• Хром: степени окисления и окраски
• Хром +6: дихромат и хромат
• Хром +3: как его окислить
• Перманганат и дихромат в органической химии
• Ловушки
• Задания с решениями

Почему среда меняет продукт

Перманганат-ион MnO₄⁻ и дихромат-ион Cr₂O₇²⁻ содержат много кислорода. Когда марганец или хром принимает электроны, часть этого кислорода должна куда-то уйти. Куда — зависит от среды. Это хорошо видно по полуреакциям, то есть уравнениям, где показан только окислитель и принятые им электроны.

Кислая среда. Ионы водорода связывают кислород в воду. Связывать его есть чем, поэтому марганец восстанавливается глубоко — до иона Mn²⁺, принимая 5 электронов:

MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5ē = Mn²⁺ + 4H₂O

Нейтральная среда. Ионов водорода мало. Кислород переходит в гидроксид-ионы (из воды), поэтому в продуктах появляется щёлочь. Восстановление останавливается на нерастворимом оксиде марганца(IV), марганец принимает 3 электрона:

MnO₄⁻ + 2H₂O + 3ē = MnO₂ + 4OH⁻

Щелочная среда. Гидроксид-ионов и так много, «сбросить» кислород некуда. Перманганат-ион принимает один электрон и превращается в манганат-ион без изменения числа атомов кислорода:

MnO₄⁻ + ē = MnO₄²⁻

С хромом то же самое. В кислой среде дихромат восстанавливается до иона Cr³⁺, в нейтральной и щелочной хромат — до гидроксида Cr(OH)₃ или гидроксокомплекса:

Cr₂O₇²⁻ + 14H⁺ + 6ē = 2Cr³⁺ + 7H₂O

CrO₄²⁻ + 4H₂O + 3ē = [Cr(OH)₆]³⁻ + 2OH⁻

Марганец: степени окисления и окраски

В условиях заданий 29 и 31 продукт часто описывают не формулой, а цветом: «раствор обесцвечивается», «выпадает бурый осадок», «раствор становится зелёным». Поэтому окраски соединений марганца нужно знать так же твёрдо, как формулы.

Степени окисления марганца +3 и +5 в задачах ЕГЭ почти не встречаются. Соли марганца(II) в разбавленном растворе практически бесцветны, поэтому переход фиолетового перманганата в соль марганца(II) описывают словом «обесцвечивание».

Перманганат с разными восстановителями

В таблице — продукты реакций перманганата калия с восстановителями, которые чаще всего встречаются в перечнях задания 29. Продукт марганца определяется средой, продукт восстановителя — его природой (а иногда тоже средой, об этом в следующем разделе).

Несколько уравнений по таблице. Сульфид в кислой и нейтральной среде окисляется до серы:

2KMnO₄ + 5H₂S + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5S + K₂SO₄ + 8H₂O

2KMnO₄ + 3K₂S + 4H₂O = 2MnO₂ + 3S + 8KOH

Иодид в кислой среде — до иода:

2KMnO₄ + 10KI + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 5I₂ + 6K₂SO₄ + 8H₂O

Пероксид водорода в нейтральной среде — до кислорода, марганец — до MnO₂:

2KMnO₄ + 3H₂O₂ = 2MnO₂ + 3O₂ + 2KOH + 2H₂O

Концентрированная соляная кислота — до хлора (так хлор получают в лаборатории):

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

Продукт восстановителя тоже зависит от среды

Чаще всего продукт восстановителя один и тот же во всех средах: сульфит и сернистый газ переходят в сульфат, нитрит — в нитрат, пероксид водорода — в кислород. Но у двух восстановителей это не так, и составители этим пользуются.

Сульфид. В кислой и нейтральной среде сера −2 окисляется до серы 0. В щелочной среде перманганат окисляет её сразу до сульфата: каждый атом серы отдаёт 8 электронов, а каждый атом марганца принимает всего один, поэтому коэффициент перед перманганатом — 8.

8KMnO₄ + K₂S + 8KOH = 8K₂MnO₄ + K₂SO₄ + 4H₂O

Иодид. В кислой среде иод −1 окисляется до иода I₂. В нейтральной и щелочной среде иод не может существовать рядом с гидроксид-ионами (он с ними реагирует), и иодид окисляется до иодата KIO₃:

2KMnO₄ + KI + H₂O = 2MnO₂ + KIO₃ + 2KOH

6KMnO₄ + KI + 6KOH = 6K₂MnO₄ + KIO₃ + 3H₂O

Особые случаи с марганцем

Сернистый газ в воде сам создаёт кислую среду. Раствор SO₂ — это сернистая кислота, а продукт её окисления — серная. Поэтому в реакции перманганата с сернистым газом в воде марганец восстанавливается до +2, а не до MnO₂, и среди продуктов есть серная кислота:

2KMnO₄ + 5SO₂ + 2H₂O = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 2H₂SO₄

Перманганат и соль марганца(II). Марганец +7 и марганец +2 встречаются «посередине», на марганце +4. Окислитель и восстановитель здесь — разные вещества, поэтому это не диспропорционирование, а встречная ОВР (конпропорционирование). Такая реакция была в демоверсии 2026 года (с хлоридом марганца(II)). С сульфатом она выглядит так:

2KMnO₄ + 3MnSO₄ + 2H₂O = 5MnO₂ + K₂SO₄ + 2H₂SO₄

Манганат в кислой среде диспропорционирует. Зелёный раствор манганата при подкислении становится фиолетовым и выделяет бурый осадок: марганец +6 переходит одновременно в +7 и +4. Это сюжет для задания 31.

3K₂MnO₄ + 2H₂SO₄ = 2KMnO₄ + MnO₂ + 2K₂SO₄ + 2H₂O

Разложение при нагревании. Твёрдый перманганат калия при нагревании выделяет кислород — это лабораторный способ его получения и ещё один частый сюжет задания 31:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂ (t°)

Оксид марганца(IV) с концентрированной соляной кислотой даёт хлор: MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O. В разложении пероксида водорода тот же оксид — катализатор, и в уравнение он не входит.

Хром: степени окисления и окраски

Название элемента происходит от греческого слова «хрома» — цвет: почти все его соединения окрашены. Хром открыл в 1797 году Луи Никола Воклен, исследуя красный сибирский минерал крокоит (хромат свинца) с Урала.

Окраска раствора соли хрома(III) зависит от состава комплекса и концентрации: от сине-фиолетовой до зелёной. На ЕГЭ переход дихромата в соль хрома(III) обычно описывают как «оранжевый раствор становится зелёным».

Хром +6: дихромат и хромат

Дихромат и хромат превращаются друг в друга без ОВР. В кислой среде устойчив оранжевый дихромат, в щелочной — жёлтый хромат. Степень окисления хрома при этом остаётся +6:

2K₂CrO₄ + H₂SO₄ = K₂Cr₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O

K₂Cr₂O₇ + 2KOH = 2K₂CrO₄ + H₂O

Отсюда правило: в кислой среде окислитель записывают в виде дихромата, в щелочной — в виде хромата. Если в перечне дан хромат, а среду создают серной кислотой, в уравнение можно сразу писать хромат: продукт будет тот же — соль хрома(III).

Дихромат в кислой среде окисляет почти всех восстановителей перечней. Продукт хрома — соль хрома(III) той кислоты, которая создаёт среду:

K₂Cr₂O₇ + 3KNO₂ + 4H₂SO₄ = Cr₂(SO₄)₃ + 3KNO₃ + K₂SO₄ + 4H₂O

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

С концентрированной соляной кислотой дихромат, как и перманганат, выделяет хлор, а хром переходит в хлорид:

K₂Cr₂O₇ + 14HCl = 2KCl + 2CrCl₃ + 3Cl₂ + 7H₂O

Хромат в нейтральной и щелочной среде восстанавливается до гидроксида хрома(III); если щёлочи много, гидроксид растворяется с образованием гидроксокомплекса:

2K₂CrO₄ + 3Na₂SO₃ + 5H₂O = 2Cr(OH)₃ + 3Na₂SO₄ + 4KOH

2K₂CrO₄ + 3Na₂SO₃ + 2KOH + 5H₂O = 2K₃[Cr(OH)₆] + 3Na₂SO₄

Хром +3: как его окислить

Хром +3 — восстановитель. В растворе его окисляют до хромата в щелочной среде сильные окислители: пероксид водорода, хлор, бром. Признак — раствор становится жёлтым.

2K₃[Cr(OH)₆] + 3H₂O₂ = 2K₂CrO₄ + 2KOH + 8H₂O

2K₃[Cr(OH)₆] + 3Br₂ + 4KOH = 2K₂CrO₄ + 6KBr + 8H₂O

Если дана соль хрома(III), в левую часть добавляют щёлочь, и в продуктах появляется её соль с анионом исходной соли:

Cr₂(SO₄)₃ + 3H₂O₂ + 10KOH = 2K₂CrO₄ + 3K₂SO₄ + 8H₂O

Оксид хрома(III) — твёрдое нерастворимое вещество. Его окисляют при сплавлении со щёлочью (или карбонатом) и окислителем — нитратом или хлоратом калия:

Cr₂O₃ + KClO₃ + 4KOH = 2K₂CrO₄ + KCl + 2H₂O (t°)

Cr₂O₃ + 3KNO₃ + 2K₂CO₃ = 2K₂CrO₄ + 3KNO₂ + 2CO₂ (t°)

И обратный сюжет задания 31 — разложение дихромата аммония («вулкан»): оранжевые кристаллы при поджигании превращаются в зелёный порошок оксида хрома(III). Здесь окислитель (хром +6) и восстановитель (азот −3) — атомы одного вещества:

(NH₄)₂Cr₂O₇ = Cr₂O₃ + N₂ + 4H₂O (t°)

Подробнее о хроме — уроки тренажёра «Хром» и «Перманганат калия и соединения хрома в разных средах».

Перманганат и дихромат в органической химии

В органической химии действуют те же правила среды, только восстановитель — органическое вещество. Это материал заданий 14, 15 и 32; подробный разбор будет в отдельной статье серии, здесь — главное.

• Алкены в нейтральной среде на холоду окисляются перманганатом до двухатомных спиртов (реакция Вагнера, обесцвечивание раствора — качественная реакция на кратную связь); в кислой среде при нагревании двойная связь разрывается.
• Гомологи бензола окисляются по боковой цепи: в кислой среде до бензойной кислоты, в нейтральной и щелочной — до её соли.
• Спирты дихромат в кислой среде окисляет: первичные — до альдегидов, вторичные — до кетонов.

3C₂H₄ + 2KMnO₄ + 4H₂O = 3C₂H₄(OH)₂ + 2MnO₂ + 2KOH

5C₆H₅CH₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ = 5C₆H₅COOH + 6MnSO₄ + 3K₂SO₄ + 14H₂O

3C₂H₅OH + K₂Cr₂O₇ + 4H₂SO₄ = 3CH₃CHO + Cr₂(SO₄)₃ + K₂SO₄ + 7H₂O

Уроки: «Алкены: окисление, полимеризация, получение», «Толуол и стирол. Окисление аренов», «Спирты: дегидратация и окисление».

Ловушки

1. MnO₂ в кислой среде или MnSO₄ в щелочной. Продукт марганца должен соответствовать среде.
2. Соляная или азотная кислота как среда для перманганата и дихромата. Соляная кислота окисляется до хлора, азотная сама окислитель; для кислой среды берут серную кислоту или гидросульфат.
3. Хромат и дихромат в ОВР не превращаются. Переход «жёлтый — оранжевый» при подкислении — не окислительно-восстановительная реакция.
4. Cr₂(SO₄)₃ или CrCl₃ рядом со щёлочью. В щелочной среде хром +3 — это гидроксокомплекс, а сильные окислители переводят его в хромат.
5. Иод рядом со щёлочью. В нейтральной и щелочной среде иодид окисляется перманганатом до иодата.
6. Баланс для дихромата с одним атомом хрома. В формуле K₂Cr₂O₇ два атома хрома, поэтому пишут 2Cr⁺⁶ + 6ē → 2Cr⁺³.
7. Забытая соль катиона окислителя. Калий из KMnO₄ или K₂Cr₂O₇ в кислой среде остаётся в растворе в виде K₂SO₄, и эта соль считается, когда условие называет число солей.
8. Цвет «зелёный» без уточнения среды. Зелёным становится и перманганат в щелочной среде (манганат), и дихромат в кислой (соль хрома(III)). Различают по исходному окислителю.

Задания с решениями

Задания 1–6 составлены в формате задания 29 ЕГЭ-2027, задания 7 и 8 — тренировка уравнений. Решите сами, затем откройте решение.

Задание 1

Перечень: перманганат натрия, сероводород, гидроксид натрия, нитрат магния, хлорид калия, оксид алюминия. Допустимо использование водных растворов веществ.

Из предложенного перечня выберите вещество-окислитель и вещество-восстановитель, реакция между которыми в соответствующей среде протекает с образованием двух солей и воды, а раствор приобретает зелёную окраску. В качестве среды можно использовать ещё одно из веществ перечня или воду. Запишите уравнение реакции, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

Задание 2

Перечень: дихромат калия, соляная кислота (конц.), сульфат натрия, нитрат бария, фторид кальция, гидроксид лития. Допустимо использование водных растворов веществ.

Из предложенного перечня выберите два вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с выделением жёлто-зелёного газа. Запишите уравнение реакции, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

Задание 3

Перечень: сульфат хрома(III), бром, гидроксид калия, нитрат натрия, карбонат кальция, оксид фосфора(V). Допустимо использование водных растворов веществ.

Из предложенного перечня выберите вещество-окислитель и вещество-восстановитель, реакция между которыми в соответствующей среде приводит к появлению жёлтой окраски раствора. В качестве среды можно использовать ещё одно из веществ перечня или воду. Запишите уравнение реакции, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

Задание 4

Перечень: перманганат калия, сульфат марганца(II), нитрат калия, хлорид лития, ацетат кальция, оксид кремния(IV). Допустимо использование водных растворов веществ.

Из предложенного перечня выберите вещество-окислитель и вещество-восстановитель, реакция между которыми в соответствующей среде протекает с образованием осадка, соли и кислоты. В качестве среды можно использовать ещё одно из веществ перечня или воду. Запишите уравнение реакции, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

Задание 5

Перечень: перманганат калия, иодид калия, гидроксид калия, сульфат бария, нитрат алюминия, оксид меди(II). Допустимо использование водных растворов веществ.

Из предложенного перечня выберите вещество-окислитель и вещество-восстановитель, реакция между которыми в соответствующей среде протекает с образованием двух солей и воды. В качестве среды можно использовать ещё одно из веществ перечня или воду. Запишите уравнение реакции, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

Задание 6

Перечень: дихромат натрия, сульфат железа(II), серная кислота, хлорид калия, нитрат цинка, гидроксид меди(II). Допустимо использование водных растворов веществ.

Из предложенного перечня выберите вещество-окислитель и вещество-восстановитель, реакция между которыми в соответствующей среде протекает с образованием трёх солей и воды. В качестве среды можно использовать ещё одно из веществ перечня или воду. Запишите уравнение реакции, составьте электронный баланс, укажите окислитель и восстановитель.

Задание 7

Допишите продукты и расставьте коэффициенты. Укажите, в каких случаях реакция не окислительно-восстановительная.

а) KMnO₄ + SO₂ + H₂O → …
б) K₃[Cr(OH)₆] + H₂O₂ → …
в) K₂CrO₄ + H₂SO₄ → …
г) KMnO₄ + K₂S + H₂O → …

Задание 8

Напишите уравнения реакций: а) окисления этилена водным раствором перманганата калия на холоду; б) окисления толуола перманганатом калия в сернокислой среде; в) окисления этанола дихроматом калия в сернокислой среде.