Номер 2, страница 199 - гдз по химии 11 класс учебник Еремин, Кузьменко

Параграф 41. Марганец. Глава 4. Металлы побочных подгрупп - номер 2, страница 199.

Условие.

2. Докажите, что перманганат калия — окислитель. Приведите уравнения реакций. В какой среде окислительная способность перманганата проявляется наиболее сильно?

Решение.

Решение 2.

Докажите, что перманганат калия — окислитель.

Окислитель — это атом, ион или молекула, принимающая электроны в ходе окислительно-восстановительной реакции. При этом окислитель восстанавливается, то есть понижает свою степень окисления.

В перманганате калия ($KMnO_4$) марганец находится в своей высшей степени окисления +7. Рассчитаем её: степень окисления калия (щелочной металл) равна +1, кислорода (в оксидах и солях кислородсодержащих кислот) — -2. Пусть степень окисления марганца равна $x$. Так как молекула электронейтральна, сумма степеней окисления всех атомов равна нулю:

$+1 + x + 4 \cdot (-2) = 0$

$1 + x - 8 = 0$

$x = +7$

Поскольку марганец находится в высшей степени окисления ($Mn^{+7}$), он не может отдавать электроны и повышать её. Он может только принимать электроны, понижая свою степень окисления. Вещества, атомы которых принимают электроны, являются окислителями. Следовательно, перманганат калия является сильным окислителем.

Ответ: Перманганат калия является окислителем, так как содержит марганец в высшей степени окисления +7, который в химических реакциях может только принимать электроны, понижая свою степень окисления.

Приведите уравнения реакций.

Окислительные свойства перманганата калия проявляются по-разному в зависимости от pH среды. Во всех случаях марганец понижает свою степень окисления, что доказывает его окислительные свойства. В качестве примера окисления возьмем реакцию с сульфитом натрия ($Na_2SO_3$).

1. В кислой среде (например, в присутствии серной кислоты $H_2SO_4$) перманганат-ион восстанавливается до катиона марганца(II) $Mn^{2+}$, обесцвечивая раствор. Марганец изменяет степень окисления с +7 до +2.

$2KMnO_4 + 5Na_2SO_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + 5Na_2SO_4 + K_2SO_4 + 3H_2O$

Полуреакция восстановления: $MnO_4^{-} + 8H^{+} + 5e^{-} \rightarrow Mn^{2+} + 4H_2O$

2. В нейтральной среде (в водном растворе) перманганат-ион восстанавливается до диоксида марганца $MnO_2$ — бурого осадка. Марганец изменяет степень окисления с +7 до +4.

$2KMnO_4 + 3Na_2SO_3 + H_2O \rightarrow 2MnO_2\downarrow + 3Na_2SO_4 + 2KOH$

Полуреакция восстановления: $MnO_4^{-} + 2H_2O + 3e^{-} \rightarrow MnO_2\downarrow + 4OH^{-}$

3. В щелочной среде (в присутствии щелочи, например $KOH$) перманганат-ион восстанавливается до манганат-иона $MnO_4^{2-}$, окрашивая раствор в зеленый цвет. Марганец изменяет степень окисления с +7 до +6.

$2KMnO_4 + Na_2SO_3 + 2KOH \rightarrow 2K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$

Полуреакция восстановления: $MnO_4^{-} + e^{-} \rightarrow MnO_4^{2-}$

Ответ: Примеры уравнений реакций, доказывающих окислительные свойства $KMnO_4$:
В кислой среде: $2KMnO_4 + 5Na_2SO_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + 5Na_2SO_4 + K_2SO_4 + 3H_2O$
В нейтральной среде: $2KMnO_4 + 3Na_2SO_3 + H_2O \rightarrow 2MnO_2\downarrow + 3Na_2SO_4 + 2KOH$
В щелочной среде: $2KMnO_4 + Na_2SO_3 + 2KOH \rightarrow 2K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$

В какой среде окислительная способность перманганата проявляется наиболее сильно?

Сила окислителя характеризуется его способностью принимать электроны. Сравним, сколько электронов принимает один ион $MnO_4^{-}$ в разных средах:
В кислой среде: $Mn^{+7} + 5e^{-} \rightarrow Mn^{+2}$ (принимает 5 электронов)
В нейтральной среде: $Mn^{+7} + 3e^{-} \rightarrow Mn^{+4}$ (принимает 3 электрона)
В щелочной среде: $Mn^{+7} + 1e^{-} \rightarrow Mn^{+6}$ (принимает 1 электрон)

Наибольшее изменение степени окисления и, соответственно, наибольшее число принятых электронов наблюдается в кислой среде. Это также подтверждается значениями стандартных окислительно-восстановительных потенциалов соответствующих полуреакций, который максимален для кислой среды ($E^0(MnO_4^{-}/Mn^{2+}) = +1.51 \text{ В}$). Чем выше потенциал, тем сильнее окислительные свойства. Таким образом, окислительная способность перманганата калия проявляется наиболее сильно в кислой среде.

Ответ: Окислительная способность перманганата калия проявляется наиболее сильно в кислой среде.