Номер 31, страница 241 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

9.31. Как из металлического марганца в минимальное число стадий получить перманганат калия, не прибегая к электролизу? Запишите уравнения реакций.

Решение

Получить перманганат калия ($KMnO_4$) из металлического марганца ($Mn$) в одну стадию химическим путем практически невозможно, так как условия, необходимые для окисления металлического марганца (высокотемпературное сплавление), приведут к разложению перманганата калия, который термически неустойчив. Поэтому минимальное число стадий для этого процесса – две.

Стадия 1: Получение манганата калия ($K_2MnO_4$)

На первой стадии металлический марганец окисляют до степени окисления +6. Это достигается путем сплавления марганца с гидроксидом калия ($KOH$) в присутствии сильного окислителя. В качестве окислителя может выступать кислород воздуха ($O_2$), нитрат калия ($KNO_3$) или хлорат калия ($KClO_3$).

Уравнение реакции при использовании кислорода воздуха в качестве окислителя:
$2Mn + 4KOH + 3O_2 \xrightarrow{t} 2K_2MnO_4 + 2H_2O$

В результате образуется манганат калия – соединение зеленого цвета, в котором марганец имеет степень окисления +6.

Стадия 2: Получение перманганата калия ($KMnO_4$) из манганата калия ($K_2MnO_4$)

На второй стадии манганат калия ($Mn^{+6}$) необходимо окислить до перманганата ($Mn^{+7}$). Без использования электролиза это можно сделать двумя основными химическими способами.

Вариант А: Окисление хлором
Через водный раствор манганата калия пропускают хлор. Хлор является более сильным окислителем, чем манганат-ион, и окисляет марганец до степени окисления +7.
$2K_2MnO_4 + Cl_2 \rightarrow 2KMnO_4 + 2KCl$

Вариант Б: Диспропорционирование в кислой среде
Манганат-ион ($MnO_4^{2-}$) устойчив только в сильнощелочной среде. При подкислении раствора он диспропорционирует, одновременно повышая и понижая свою степень окисления. В качестве подкисляющего агента удобно использовать углекислый газ ($CO_2$), который, будучи слабой кислотой, не будет реагировать с образующимся перманганатом.
$3K_2MnO_4 + 2CO_2 \rightarrow 2KMnO_4 + MnO_2\downarrow + 2K_2CO_3$

Таким образом, синтез осуществляется в две стадии.

Ответ: Минимальное число стадий – две.
1. Сплавление металлического марганца с гидроксидом калия и окислителем (например, кислородом):
$2Mn + 4KOH + 3O_2 \xrightarrow{t} 2K_2MnO_4 + 2H_2O$
2. Окисление полученного манганата калия хлором или его диспропорционирование в кислой среде:
$2K_2MnO_4 + Cl_2 \rightarrow 2KMnO_4 + 2KCl$
или
$3K_2MnO_4 + 2CO_2 \rightarrow 2KMnO_4 + MnO_2\downarrow + 2K_2CO_3$