Tlenek manganu(IV) wykazuje właściwości amfoteryczne. Przebieg- Zadanie 108: Chemia. Zbiór zadań typu maturalnego. Poziom rozszerzony

Rozwiązanie

Jonowe skrócone równanie reakcji MnO₂ z HCl:

$MnO X_{2} + 4 H X_{3} O X^{+} + 2 Cl X^{-} Mn X^{2 +} + Cl X_{2} ↑ + 6 H X_{2} O$

Jonowe skrócone równanie reakcji MnO₂ z KOH:

$2 MnO X_{2} + 4 OH X^{-} + O X_{2} 2 MnO X_{4} X^{2 -} + 2 H X_{2} O$

Wyjaśnienie:

Poniżej przedstawiamy tabelę ilustrującą barwy najważniejszych jonów i związków manganu powstających w reakcjach redoks w roztworach o różnym odczynie:

Kolory jonów/związków manganu powstających w reakcjach redoks w roztworach o różnych odczynie:
pH roztworu	jon/związek manganu	stopień utlenienia manganu	roztwór	osad
Zasadowe	MnO₄^2-	+VI	zielony (niebieskozielony)	brak (klarowny roztwór)
Obojętne	MnO₂	+IV	bezbarwny (jasnożółty)	brunatny osad
Kwasowe	Mn²⁺	+II	bladoróżowy (bezbarwny)	brak (klarowny roztwór)

W pierwszej probówce bezbarwny roztwór poreakcyjny świadczy o powstaniu jonów Mn²⁺, w drugiej zielony kolor roztworu świadczy o obecności jonów MnO₄^2-.

Współczynniki do obu reakcji można dobrać metodą bilansu jonowo-elektronowego.

Reakcja 1:

Nieuzgodnione równanie w formie cząsteczkowej:

$MnO X_{2} + HCl MnCl X_{2} + Cl X_{2} ↑ + H X_{2} O$

Nieuzgodnione równanie w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem stopniu utlenienia atomów, które je zmieniają:

$Mn IV O X_{2} + H X_{3} O X^{+} + Cl - I X^{-} Mn II X^{2 +} + Cl 0 X_{2} + H X_{2} O$

Połówkowe równania reakcji:

redukcji:

$2 Cl - I X^{-} Cl 0 X_{2} + 2 e X^{-}$

utleniania:

$Mn IV O X_{2} + 4 H X_{3} O X^{+} + 2 e X^{-} Mn II X^{2 +} + 6 H X_{2} O$

Sumujemy równania stronami. Skracamy elektrony po obu stronach równania i otrzymujemy uzgodnione równanie reakcji w postaci jonowej skróconej:

$MnO X_{2} + 4 H X_{3} O X^{+} + 2 Cl X^{-} Mn X^{2 +} + Cl X_{2} ↑ + 6 H X_{2} O$

Reakcja 2:

Nieuzgodnione równanie w formie cząsteczkowej:

$MnO X_{2} + KOH + O X_{2} K X_{2} MnO X_{4} + H X_{2} O$

Nieuzgodnione równanie w formie jonowej skróconej z uwzględnieniem stopniu utlenienia atomów, które je zmieniają:

$Mn IV O X_{2} + OH X^{-} + O X_{2} 0 Mn VI O X_{4} X^{2 -} + H X_{2} O$

Połówkowe równania reakcji:

redukcji:

$O X_{2} 0 + 2 H X_{2} O + 4 e X^{-} 4 O - II H X^{-}$

(redukcji ulegają dwa atomy tlenu stąd liczba przyjmowanych elektronów wynosi 4, produktem redukcji są aniony OH^-, których "nie widać" w równaniu reakcji. Dzieje się tak ponieważ większa liczba jonów OH^- jest substratem połówkowej reakcji utleniania, więc zostają one skrócone na dalszym etapie bilansowania reakcji.)

utleniania:

$Mn IV O X_{2} + 4 OH X^{-} Mn VI O X_{4} X^{2 -} + 2 e X^{-} + 2 H X_{2} O ∣ \cdot 2$

Sumujemy przemnożone równania stronami:

$2 MnO X_{2} + 8 OH X^{-} + O X_{2} + 2 H X_{2} O + 4 e X^{-} 2 MnO X_{4} X^{2 -} + 4 e X^{-} + 4 H X_{2} O + 4 OH X^{-}$

Skracamy drobiny, które znajdują się po obu stronach równania i otrzymujemy uzgodnione równanie reakcji w postaci jonowej skróconej:

$2 MnO X_{2} + 4 OH X^{-} + O X_{2} 2 MnO X_{4} X^{2 -} + 2 H X_{2} O$

Poniżej przypominamy podstawowe wiadomości dotyczące określania stopni utlenienia pierwiastków oraz bilansowania równań reakcji redoks:

Reguły dotyczące stopni utlenienia:

Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w obojętnym związku jest równa 0.
Suma stopni utlenienia wszystkich atomów w jonie jest równa ładunkowi tego jonu.
Tlen w związkach przyjmuje zwykle -II stopień utlenienia (w H₂O₂ -I, a w OF₂ +II).
Wodór w związkach przyjmuje zwykle +I stopień utlenienia (w wodorkach metali -I).
Metale w związkach przyjmują dodatnie stopnie utlenienia równe ich wartościowości.
Pierwiastki w stanie wolnym mają stopień utlenienia równy 0.

Utleniacz to substrat, którego pierwiastek/jeden z pierwiastków obniża stopień utlenienia.

Reduktor to substrat, którego pierwiastek/jeden z pierwiastków zwiększa stopień utlenienia.

Utlenianie - proces w którym bierze udział reduktor, dochodzi w nim do zwiększenia stopnia utlenienia.

Redukcja - proces w którym bierze udział utleniacz, dochodzi w nim do obniżenia stopnia utlenienia.

Aby zapisać zbilansowane równania procesów utleniania i redukcji postępujemy zgodnie z poniższym schematem:

Ustalamy stopnie utlenienia wszystkich atomów.
Sprawdzamy, które pierwiastki zmieniły swój stopień utlenienia
Pierwiastek obniża stopień utlenienia przyjmując elektrony, a zwiększa stopień utlenienia oddając elektrony. Dopisujemy odpowiednią ilość elektronów po lewej stronie w procesie redukcji, a po prawej stronie w procesie utlenienia
Uzgadniamy ładunki po lewej i po prawej stronie dopisując jony H₃O⁺ /H⁺ lub jony OH^-, To jakich jonów możemy użyć zależy od środowiska:
- środowisko kwaśne ⇒ H₃O⁺/H⁺
- środowisko obojętne ⇒ H₃O⁺/H⁺ lub OH^- (staramy się użyć takiego jonu, aby po lewej stronie dopisać H₂O)
- środowisko zasadowe ⇒ OH^-
Sprawdzamy czy ilości atomów są takie same po lewej i po prawej stronie. Jeśli nie zgadza się ilość atomów tlenu i wodoru dopisujemy cząsteczki wody w odpowiedniej ilości po lewej lub prawej stronie.
Jeżeli ilości elektronów biorących udział w utlenianiu i redukcji są różne, to mnożymy równania przez odpowiednie liczby, tak aby ilość elektronów w utlenianiu i redukcji była identyczna.
Dodajemy stronami równanie utleniania i redukcji, a następnie porządkujemy substancje, tak aby znajdowały się po odpowiedniej stronie równania.

Kamil Kwiatkowski

Nauczyciel chemii

Tutaj pojawi się lista Twoich książek

Zaloguj się i zacznij tworzyć ją już teraz.