Перманганаты
Продукт зависит от среды
\(\ce{KMnO4}\) — тёмно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском; раствор малиновый. Это сильный окислитель, но насколько глубоко восстанавливается марганец, решает среда:
| Среда | Продукт | Электронов на \(\ce{MnO4-}\) | Признак |
|---|---|---|---|
| кислая | \(\ce{Mn^2+}\) | 5 | обесцвечивание |
| нейтральная, слабощелочная | \(\ce{MnO2}\) | 3 | бурый осадок |
| сильнощелочная | \(\ce{MnO4^2-}\) | 1 | зелёная окраска |
scienceПерманганат и сульфит в трёх средах
- \(\ce{2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 -> 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O}\).
- \(\ce{2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O -> 2MnO2 v + 3K2SO4 + 2KOH}\).
- \(\ce{2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH -> 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O}\).
boltКак не ошибиться
Сначала определите среду (что добавлено: кислота? щёлочь? ничего?), затем — продукт марганца, и только потом уравнивайте. Серную кислоту берут, чтобы подкислить: соляная окисляется до хлора, азотная — сама окислитель.
auto_awesome«Марганцовка»
Перманганат калия — давнее антисептическое средство: в 1850-х годах англичанин Генри Конди продавал его растворы как дезинфицирующую «жидкость Конди». Им обрабатывают раны, полощут горло, обеззараживают воду. Коричневые пятна на коже — это \(\ce{MnO2}\); их снимают раствором аскорбиновой или щавелевой кислоты.
Перманганат и конкретные восстановители
scienceКлассика перманганатометрии
- \(\ce{2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 -> 2MnSO4 + 5O2 ^ + K2SO4 + 8H2O}\).
- \(\ce{2KMnO4 + 5H2C2O4 + 3H2SO4 -> 2MnSO4 + 10CO2 ^ + K2SO4 + 8H2O}\).
- \(\ce{2KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 -> 2MnSO4 + 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 + 8H2O}\).
- \(\ce{2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 -> 2MnSO4 + 5KNO3 + K2SO4 + 3H2O}\).
- \(\ce{2KMnO4 + 3MnSO4 + 2H2O -> 5MnO2 v + K2SO4 + 2H2SO4}\) — реакция Гюйяра.
Автокатализ. Первые капли перманганата в горячем растворе оксалата обесцвечиваются медленно, а затем всё быстрее: катализатор — образующийся \(\ce{Mn^2+}\). Поэтому оксалат титруют при 70–80 °C.
Реакция Гюйяра. Перманганат окисляет \(\ce{Mn^2+}\) до \(\ce{MnO2}\): марганец(VII) и марганец(II) «встречаются» посередине, на Mn(IV) (сопропорционирование). Поэтому в конце титрования в нейтральной среде раствор буреет, а в кислой реакция тормозится избытком кислоты.
boltПерманганат — сам себе индикатор
Пока в растворе есть восстановитель, малиновая окраска исчезает. Первая лишняя капля 0,02 М раствора окрашивает 100 мл в бледно-розовый цвет — это и есть конечная точка. Индикатор не нужен.
Получение и устойчивость перманганата
Промышленный путь: пиролюзит сплавляют с KOH при доступе воздуха — получается зелёный манганат; его раствор окисляют электролитически на аноде (или хлором), а раньше — пропусканием \(\ce{CO2}\) (диспропорционирование, урок 190).
Термическое разложение начинается около 200–250 °C — это лабораторный способ получить кислород.
Устойчивость раствора. Перманганат термодинамически способен окислять воду (урок 191), но делает это очень медленно. Реакцию катализируют \(\ce{MnO2}\) и свет. Поэтому раствор готовят заранее, фильтруют от \(\ce{MnO2}\) и хранят в тёмной склянке, а концентрацию устанавливают по оксалату натрия.
scienceПолучение и разложение
- \(\ce{2MnO2 + 4KOH + O2 ->[t] 2K2MnO4 + 2H2O}\).
- \(\ce{2K2MnO4 + 2H2O ->[эл. ток] 2KMnO4 + 2KOH + H2 ^}\).
- \(\ce{2K2MnO4 + Cl2 -> 2KMnO4 + 2KCl}\).
- \(\ce{2KMnO4 ->[t] K2MnO4 + MnO2 + O2 ^}\).
- \(\ce{4KMnO4 + 2H2O -> 4MnO2 + 3O2 ^ + 4KOH}\) — медленное разложение раствора на свету.
push_pinГлавное
\(\ce{MnO4-}\) принимает 5 e в кислой среде (\(\ce{Mn^2+}\), раствор обесцвечивается), 3 e в нейтральной и слабощелочной (\(\ce{MnO2}\), бурый осадок), 1 e в сильнощелочной (\(\ce{MnO4^2-}\), зелёный). С \(\ce{H2O2}\) — 2 : 5, с оксалатом — 2 : 5 (автокатализ \(\ce{Mn^2+}\), 70 °C), с \(\ce{Mn^2+}\) — реакция Гюйяра (\(\ce{MnO2}\)). Разложение: \(\ce{2KMnO4 -> K2MnO4 + MnO2 + O2}\). Получение: сплавление \(\ce{MnO2}\) с KOH на воздухе → \(\ce{K2MnO4}\) → электролитическое окисление или диспропорционирование. Перманганатометрия — сам себе индикатор; раствор стандартизуют по \(\ce{Na2C2O4}\). Подкисляют серной кислотой (соляная окисляется).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.