Номер 30, страница 241 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.30. Запишите уравнения реакций, соответствующих следующей схеме превращений, укажите условия их протекания. Расшифруйте неизвестные вещества, если X содержит марганец, a Y и Z содержат бром.

${\mathrm{KMnO}}_4\underset{{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}}{\overset{{\mathrm{MnCl}}_2}{\to }}\mathrm{X}\to \mathrm{Mn}\to {\mathrm{MnBr}}_2\stackrel{{\mathrm{H}}_2\mathrm{SO}{4}_{4(\mathrm{конц}.)}}{\to }\mathrm{Y}\to {\mathrm{KBrO}}_3\stackrel{t}{\to }\mathrm{Z}$

Для решения задачи расшифруем неизвестные вещества X, Y и Z и запишем уравнения реакций для каждой стадии превращения, указав условия их протекания.

1. $KMnO_4 \xrightarrow{MnCl_2, H_2O} X$

Первая реакция — это реакция сопропорционирования между перманганатом калия ($KMnO_4$), где марганец имеет степень окисления +7, и хлоридом марганца(II) ($MnCl_2$), где степень окисления марганца +2. В нейтральной водной среде ($H_2O$) они реагируют с образованием оксида марганца(IV) ($MnO_2$), в котором марганец имеет промежуточную степень окисления +4. Вещество X, содержащее марганец, — это оксид марганца(IV) $MnO_2$. Реакция протекает при комнатной температуре.

$2KMnO_4 + 3MnCl_2 + 2H_2O \rightarrow 5MnO_2\downarrow + 2KCl + 4HCl$

Ответ: Неизвестное вещество X – это оксид марганца(IV) $MnO_2$. Уравнение реакции: $2KMnO_4 + 3MnCl_2 + 2H_2O \rightarrow 5MnO_2\downarrow + 2KCl + 4HCl$.

2. $X \rightarrow Mn$

Вторая стадия — получение металлического марганца из его оксида $MnO_2$. Это можно осуществить методом алюминотермии — восстановлением оксида металла более активным металлом, в данном случае алюминием. Реакция требует сильного нагревания для инициации (поджигания смеси).

$3MnO_2 + 4Al \xrightarrow{t} 3Mn + 2Al_2O_3$

Ответ: Уравнение реакции: $3MnO_2 + 4Al \xrightarrow{t} 3Mn + 2Al_2O_3$.

3. $Mn \rightarrow MnBr_2$

Третья стадия — это прямое взаимодействие металлического марганца с бромом с образованием бромида марганца(II). Реакция протекает при небольшом нагревании.

$Mn + Br_2 \xrightarrow{t} MnBr_2$

Ответ: Уравнение реакции: $Mn + Br_2 \xrightarrow{t} MnBr_2$.

4. $MnBr_2 \xrightarrow{H_2SO_4(конц)} Y$

Четвертая стадия — окислительно-восстановительная реакция между бромидом марганца(II) и концентрированной серной кислотой. Концентрированная $H_2SO_4$ при нагревании является сильным окислителем. Она окисляет бромид-ионы ($Br^{-1}$) до свободного брома ($Br_2$), а сама восстанавливается до диоксида серы ($SO_2$). Таким образом, вещество Y, содержащее бром, — это молекулярный бром $Br_2$.

$MnBr_2 + 2H_2SO_4(конц) \xrightarrow{t} MnSO_4 + Br_2\uparrow + SO_2\uparrow + 2H_2O$

Ответ: Неизвестное вещество Y – это бром $Br_2$. Уравнение реакции: $MnBr_2 + 2H_2SO_4(конц) \xrightarrow{t} MnSO_4 + Br_2\uparrow + SO_2\uparrow + 2H_2O$.

5. $Y \rightarrow KBrO_3$

Пятая стадия — получение бромата калия ($KBrO_3$) из брома ($Y=Br_2$). Это реакция диспропорционирования брома в горячем концентрированном растворе гидроксида калия. В ходе реакции бром одновременно и окисляется до степени окисления +5 (в $KBrO_3$), и восстанавливается до степени окисления -1 (в $KBr$).

$3Br_2 + 6KOH(конц) \xrightarrow{t} 5KBr + KBrO_3 + 3H_2O$

Ответ: Уравнение реакции: $3Br_2 + 6KOH(конц) \xrightarrow{t} 5KBr + KBrO_3 + 3H_2O$.

6. $KBrO_3 \xrightarrow{t} Z$

Шестая стадия — термическое разложение бромата калия. При сильном нагревании (особенно в присутствии катализатора, например, $MnO_2$) бромат калия разлагается на бромид калия и кислород. Вещество Z, содержащее бром, — это бромид калия $KBr$.

$2KBrO_3 \xrightarrow{t, кат.} 2KBr + 3O_2\uparrow$

Ответ: Неизвестное вещество Z – это бромид калия $KBr$. Уравнение реакции: $2KBrO_3 \xrightarrow{t, кат.} 2KBr + 3O_2\uparrow$.