Номер 18, страница 240 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.18. При сплавлении оксида марганца(IV) с хлоратом калия и гидроксидом калия образуется темно-зеленый манганат(VI) калия. Запишите уравнение реакции.

Решение

Для составления уравнения реакции определим реагенты и продукты. В реакцию вступают: оксид марганца(IV) ($MnO_2$), хлорат калия ($KClO_3$) и гидроксид калия ($KOH$). В результате образуются: манганат(VI) калия ($K_2MnO_4$), а также другие продукты, которые можно определить, исходя из того, что это окислительно-восстановительная реакция.

Определим степени окисления элементов, которые их изменяют в ходе реакции:
Марганец в $MnO_2$ имеет степень окисления +4, а в продукте, манганате калия $K_2\overset{+6}{Mn}O_4$, его степень окисления +6. Марганец окисляется и является восстановителем.
Хлор в хлорате калия $K\overset{+5}{Cl}O_3$ имеет степень окисления +5. Хлорат калия — сильный окислитель, поэтому хлор будет восстанавливаться до своей низшей степени окисления -1, образуя хлорид калия ($KCl$).
Присутствие гидроксида калия ($KOH$) в качестве щелочной среды и образование воды ($H_2O$) характерно для подобных реакций, протекающих при сплавлении.

Схема реакции:
$MnO_2 + KClO_3 + KOH \rightarrow K_2MnO_4 + KCl + H_2O$

Уравняем реакцию методом электронного баланса. Составим полуреакции для окислителя и восстановителя:
$ \overset{+4}{Mn} - 2e^- \rightarrow \overset{+6}{Mn} \ \ \ | \times 3 $ (процесс окисления, $MnO_2$ — восстановитель)
$ \overset{+5}{Cl} + 6e^- \rightarrow \overset{-1}{Cl} \ \ \ | \times 1 $ (процесс восстановления, $KClO_3$ — окислитель)

Наименьшее общее кратное для чисел отданных и принятых электронов (2 и 6) равно 6. Отсюда находим коэффициенты: 3 для соединений марганца и 1 для соединений хлора.
Подставляем коэффициенты в схему реакции:
$3MnO_2 + KClO_3 + KOH \rightarrow 3K_2MnO_4 + KCl + H_2O$

Теперь сбалансируем остальные элементы (уравняем количество атомов в левой и правой частях уравнения).
1. Калий (K): справа $3 \times 2 + 1 = 7$ атомов. Слева 1 атом в $KClO_3$, следовательно, перед $KOH$ нужно поставить коэффициент $7 - 1 = 6$.
$3MnO_2 + KClO_3 + 6KOH \rightarrow 3K_2MnO_4 + KCl + H_2O$
2. Водород (H): слева 6 атомов в $6KOH$. Чтобы справа было 6 атомов, перед $H_2O$ ставим коэффициент 3.
$3MnO_2 + KClO_3 + 6KOH \rightarrow 3K_2MnO_4 + KCl + 3H_2O$

Проверим баланс по кислороду (O) для контроля:
Слева: $3 \times 2 (\text{ в } MnO_2) + 3 (\text{ в } KClO_3) + 6 (\text{ в } KOH) = 6 + 3 + 6 = 15$ атомов.
Справа: $3 \times 4 (\text{ в } K_2MnO_4) + 3 \times 1 (\text{ в } H_2O) = 12 + 3 = 15$ атомов.
Баланс сходится, все коэффициенты расставлены верно. Условие "сплавление" означает протекание реакции при нагревании, что можно обозначить над стрелкой символом $t$.

Ответ: $3MnO_2 + KClO_3 + 6KOH \xrightarrow{t} 3K_2MnO_4 + KCl + 3H_2O$