Номер 5, страница 255 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 35. Галогены - номер 5, страница 255.

Условие.

5. Как получить хлорат калия, имея концентрированную соляную кислоту, диоксид марганца, раствор гидроксида калия? Составьте уравнения реакций, рассмотрите окислительно-восстановительные процессы.

Решение.

Решение 2.

Для получения хлората калия ($KClO_3$) из предложенных реагентов необходимо провести две последовательные реакции.

Стадия 1: Получение хлора

Сначала необходимо получить газообразный хлор ($Cl_2$). Это можно сделать путем взаимодействия диоксида марганца ($MnO_2$) с концентрированной соляной кислотой ($HCl$) при нагревании. Эта реакция является окислительно-восстановительной.

Уравнение реакции:

$MnO_2 + 4HCl_{конц.} \xrightarrow{t} MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$

Рассмотрим окислительно-восстановительные процессы, указав степени окисления элементов:

$Mn^{+4}O_2^{-2} + 4H^{+1}Cl^{-1} \rightarrow Mn^{+2}Cl_2^{-1} + Cl_2^{0} + 2H_2^{+1}O^{-2}$

Марганец понижает свою степень окисления с +4 до +2, следовательно, $MnO_2$ (за счет $Mn^{+4}$) является окислителем. Процесс восстановления:

$Mn^{+4} + 2e^{-} \rightarrow Mn^{+2}$

Хлор повышает свою степень окисления с -1 до 0, следовательно, $HCl$ (за счет $Cl^{-1}$) является восстановителем. Процесс окисления:

$2Cl^{-1} - 2e^{-} \rightarrow Cl_2^{0}$

Стадия 2: Получение хлората калия

Полученный на первой стадии хлор пропускают через горячий концентрированный раствор гидроксида калия ($KOH$). В результате реакции диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления) образуется хлорат калия ($KClO_3$), хлорид калия ($KCl$) и вода.

Уравнение реакции:

$3Cl_2 + 6KOH_{конц., гор.} \xrightarrow{t} KClO_3 + 5KCl + 3H_2O$

Рассмотрим окислительно-восстановительные процессы. Хлор в степени окисления 0 одновременно и окисляется, и восстанавливается:

$3Cl_2^{0} + 6K^{+1}O^{-2}H^{+1} \rightarrow K^{+1}Cl^{+5}O_3^{-2} + 5K^{+1}Cl^{-1} + 3H_2^{+1}O^{-2}$

Хлор ($Cl_2$) является и окислителем, и восстановителем.

Процесс окисления (хлор отдает электроны):

$Cl^{0} - 5e^{-} \rightarrow Cl^{+5}$

Процесс восстановления (хлор принимает электроны):

$Cl^{0} + 1e^{-} \rightarrow Cl^{-1}$

Для составления уравнения реакции методом электронного баланса наименьшее общее кратное для числа отданных и принятых электронов равно 5. Следовательно, перед процессом окисления ставим коэффициент 1, а перед процессом восстановления — 5. Это означает, что в реакции участвуют 6 атомов хлора (1 окисляется и 5 восстанавливаются), что соответствует 3 молекулам $Cl_2$.

Ответ: Чтобы получить хлорат калия, необходимо сначала получить хлор по реакции $MnO_2 + 4HCl \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 + 2H_2O$. Затем полученный хлор пропустить через горячий концентрированный раствор гидроксида калия, в результате чего образуется хлорат калия по реакции $3Cl_2 + 6KOH \rightarrow KClO_3 + 5KCl + 3H_2O$.