Utleniające właściwości manganianu(VII) potasu

Nadmanganiany

Manganiany $(VII)$ znane również pod nazwą nadmanganiany, to sole kwasu manganowego $(VII)$ ${HMnO}_{4}$ . Sole te, w warunkach normalnych, występują w postaci ciemnofioletowych kryształów, o charakterystycznym, metalicznym połysku. Jednym z najpopularniejszych manganianów $(VII)$ jest manganian $(VII)$ potasu, który uważany jest za bardzo silny utleniacz, stosowany w chemii nieorganicznej i organicznej. Jego wodny roztwór przyjmuje intensywną barwę fioletową.

Manganian $(VII)$ potasu jest wykorzystywany m.in. do laboratoryjnego otrzymywania tlenu

2 {KMnO}_{4} \overset{ogrzewanie}{\to} K_{2} {MnO}_{4} + {MnO}_{2} + O_{2} ↑

oraz do otrzymywania gazowego chloru:

2 {KMnO}_{4} + 16 HCl \to 2 {MnCl}_{2} + 5 {Cl}_{2} ↑ + 2 KCl + 8 H_{2} O

bg‑magenta

Właściwości utleniające

Manganian $(VII)$ potasu, jako jeden z najsilniejszych utleniaczy, łatwo się redukuje, a produkt reakcji zależy od pH roztworu:

R15eIDsk9gLJs1

Ilustracja przedstawia schemat doświadczenia, w którym przeprowadzono redukcję manganianusiedem potasu i towarzyszące temu zmiany stopni utlenienia i barwy. W górnej części znajdują się trzy probówki – w pierwszej probówce od lewej znajduje się fioletowy roztwór manganianusiedem potasu oraz wodny roztwór kwasu siarkowegosześć. W drugiej probówce – fioletowy wodny roztwór manganianusiedem. W trzeciej probówce znajduje się fioletowy wodny roztwór manganianusiedem potasu oraz wodorotlenku potasu K O H. Do wszystkich trzech probówek dodano wodnego roztworu siarczanucztery sodu. Od każdej z trzech probówek poprowadzono strzałki w dół. Każda z nich prowadzi do innej probówki, której zawartość obrazuje wynik reakcji po dodaniu wspomnianego siarczanucztery sodu. W pierwszej probówce znajduje się bladoróżowy roztwór. W drugiej fioletowy roztwór odbarwił się oraz wytrącił się brązowy osad. W trzeciej probówce fioletowy roztwór zmienił kolor na zielony. Poniżej znajduje się równanie reakcji dla redukcji manganianusiedem potasu w środowisku kwasowym: dwie cząsteczki K M n O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, dodać pięć cząsteczek N a indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, S O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, dodać trzy cząsteczki H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego. Strzałka w prawo, za strzałką dwie cząsteczki M n S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego dodać pięć cząsteczek N a indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, dodać cząsteczka K indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, dodać trzy cząsteczki H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O. W trzeciej probówce znajduje się brunatny osad po dodaniu do wodnego roztworu manganianusiedem potasu siarczanucztery sodu. Poniżej znajduje się równanie reakcji dla redukcji w środowisku obojętnym: dwie cząsteczki K M n O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego dodać trzy cząsteczki N a indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, S O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, dodać cząsteczka wody H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O. Strzałka w prawo, za strzałką dwie cząsteczki M n O indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, strzałka w dół, dodać trzy cząsteczki N a indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, dodać dwie cząsteczki K O H. W czwartej probówce znajduje się zielony roztwór po dodaniu do manganianusiedem potasu wodorotlenku potasu oraz siarczanucztery sodu. Poniżej znajduje się równanie reakcji dla redukcji w środowisku zasadowym: dwie cząsteczki K M n O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego dodać cząsteczka N a indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, S O indeks dolny, trzy, koniec indeksu dolnego, dodać dwie cząsteczki K O H. Strzałka w prawo, za strzałką dwie cząsteczki K indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, M n O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego dodać cząsteczka N a indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, S O indeks dolny, cztery, koniec indeksu dolnego, dodać cząsteczka H indeks dolny, dwa, koniec indeksu dolnego, O. — Prezentacja przebiegu i obserwacji reakcji redukcji manganianu $(VII)$ potasu
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Polecenie 1

Napisz w formie jonowej, z uwzględnieniem oddawanych lub pobieranych elektronów (zapis jonowo‑elektronowy), równania procesu redukcji i procesu utleniania zachodzących w każdej z probówek, w czasie doświadczenia zilustrowanego na powyższej grafice. Następnie napisz sumaryczne równania zachodzących reakcji, stosując zapis jonowy skrócony.

R1HdAxKLZBQi8

RA4i7RH2IEdEu

Probówka $1$ :

Równanie procesu redukcji:

{MnO}_{4}^{-} + 8 H_{3} O^{+} + 5 e^{-} \to {Mn}^{2 +} + 12 H_{2} O | \cdot 2

Równanie procesu utlenienia:

{SO}_{3}^{2 -} + 3 H_{2} O \to {SO}_{4}^{2 -} + 2 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} | \cdot 5

Sumaryczne równanie reakcji:

2 {MnO}_{4}^{-} + 6 H_{3} O^{+} + 5 {SO}_{3}^{2 -} \to 2 {Mn}^{2 +} + 5 {SO}_{4}^{2 -} + 9 H_{2} O

Probówka $2$ :

Równanie procesu redukcji:

{MnO}_{4}^{-} + 2 H_{2} O + 3 e^{-} \to {MnO}_{2} + 4 {OH}^{-} | \cdot 2

Równanie procesu utlenienia:

{SO}_{3}^{2 -} + 2 {OH}^{-} \to {SO}_{4}^{2 -} + 2 e^{-} + H_{2} O | \cdot 3

Sumaryczne równanie reakcji:

2 {MnO}_{4}^{-} + H_{2} O + 3 {SO}_{3}^{2 -} \to 2 {MnO}_{2} + 3 {SO}_{4}^{2 -} + 2 {OH}^{-}

Probówka 3:

Równanie procesu redukcji:

{MnO}_{4}^{-} + e^{-} \to {MnO}_{4}^{2 -} | \cdot 2

Równanie procesu utlenienia:

{SO}_{3}^{2 -} + 2 {OH}^{-} \to {SO}_{4}^{2 -} + 2 e^{-} + H_{2} O

Sumaryczne równanie reakcji:

2 {MnO}_{4}^{-} + 2 {OH}^{-} + {SO}_{3}^{2 -} \to 2 {MnO}_{4}^{2 -} + {SO}_{4}^{2 -} + H_{2} O

Zwróć uwagę, że redukcja manganianu $(VII)$ potasu zależy od odczynu roztworu, w którym jest przeprowadzana. Właściwości utleniające ${KMnO}_{4}$ rosną wraz z obniżeniem pH.

${KMnO}_{4}$ można wykorzystać do utlenienia szerokiej gamy związków organicznych. Otrzymywane produkty mogą różnić się od siebie w zależności od warunków prowadzonej reakcji.

Przykład 1

Manganian $(VII)$ potasu, ze względu na silne właściwości utleniające, utlenia glicerynęglicerynaglicerynę (glicerol) do tlenku węgla $(IV)$ . Reakcja jest silnie egzoenergetyczna. W wyniku nagromadzenia energii następuje samozapłon i zaczynają pojawiać się iskry oraz fioletowy płomień.

14 {KMnO}_{4} + 4 C_{3} H_{5} {(OH)}_{3} \to 7 K_{2} {CO}_{3} + 7 {Mn}_{2} O_{3} + 5 {CO}_{2} + 16 H_{2} O

R1UHBNrzy8DXV

Na zdjęciu reakcja manganianu potasu z glicerolem - w moździerzu żarzą się ciemnofioletowe, drobne kryształki. — Reakcja manganianu $(VII)$ potasu z glicerolem
Źródło: Adam Rędzikowski, dostępny w internecie: pl.wikipedia.org, licencja: CC BY-SA 4.0.

Laboratorium 1

Przeprowadź eksperyment w laboratorium chemicznym. Zbadaj właściwości utleniające manganianu $(VII)$ potasu w zależności od środowiska, w którym się znajduje. Zapoznaj się z problemem badawczym i zweryfikuj własną hipotezę. W formularzu zanotuj swoje obserwacje i wyniki, a następnie zapisz wnioski.

RHAbPeb3eBCJI

Wirtualne laboratorium pt. Utleniające właściwości manganianu(VII).
Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

R1Gmo4C26snqT

Sprawdź, czy Twoje odpowiedzi są podobne do poniższych.

R4vImo6wyt2lk

Zapoznaj się z opisem eksperymentu przeprowadzonego w laboratorium chemicznym gdzie zbadano utleniające właściwości manganianu $(VII)$ potasu w zależności od środowiska, w którym się znajduje. Na koniec rozwiąż krótkie zadania.

Zadanie: Czy właściwości utleniające manganianu $(VII)$ potasu zależą od odczynu środowiska?

Hipoteza: Właściwości utleniające manganianu $(VII)$ potasu zależą od odczynu środowiska - najsilniejsze właściwości utleniające związek ten wykazuje w środowisku kwasowym, a najsłabsze w środowisku zasadowym.

Sprzęt laboratoryjny:

zlewki – naczynie szklane o kształcie cylindrycznym, stosowane do przeprowadzania prostych reakcji chemicznych;
cylinder miarowy – podłużne szklane naczynie laboratoryjne w kształcie walca z umieszczoną na ściance podziałką objętości. Służy do odmierzania cieczy.

Odczynniki chemiczne:

$0,02$ -molowy roztwór manganianu $(VII)$ potasu;
$0,05$ -molowy roztwór siarczanu $(IV)$ sodu;
woda;
$0,2$ -molowy roztwór wodorotlenku sodu;
$0,2$ -molowy roztwór kwasu siarkowego $(VI)$ .

Przebieg doświadczenia:

Za pomocą cylindra miarowego odmierzono $50 {cm}^{3}$ wodnego roztworu manganianu $(VII)$ potasu, a odmierzony roztwór przelano do zlewki.
Za pomocą cylindra miarowego odmierzono $30 {cm}^{3}$ wodnego roztworu siarczanu $(IV)$ sodu i wprowadź go do zlewki z wodnym roztworem manganianu $(VII)$ potasu.
Za pomocą cylindra miarowego odmierzono $50 {cm}^{3}$ wodnego roztworu manganianu $(VII)$ potasu, a odmierzony roztwór przelano do zlewki.
Za pomocą cylindra miarowego odmierzono $8 {cm}^{3}$ wodnego roztworu kwasu siarkowego $(VI)$ i wprowadzono go do zlewki z wodnym roztworem manganianu $(VII)$ potasu.
Do tej samej zlewki wprowadzono $50 {cm}^{3}$ wodnego roztworu siarczanu $(IV)$ sodu, odmierzonego za pomocą cylindra miarowego.
Za pomocą cylindra miarowego odmierzono $50 {cm}^{3}$ wodnego roztworu manganianu $(VII)$ potasu, a odmierzony roztwór przelano do zlewki.
Za pomocą cylindra miarowego odmierzono $5 {cm}^{3}$ wodnego roztworu wodorotlenku sodu i wprowadzono go do zlewki z wodnym roztworem manganianu $(VII)$ potasu.
Do tej samej zlewki wprowadzono $10 {cm}^{3}$ wodnego roztworu siarczanu $(IV)$ sodu, odmierzonego za pomocą cylindra miarowego.

Obserwacje:

Po zmieszaniu wodnych roztworów manganianu $(VII)$ potasu i siarczanu $(IV)$ sodu zaobserwowano odbarwienie się fioletowego roztworu i wytrącenie brunatnego osadu.

Po wprowadzeniu wodnego roztworu siarczanu $(IV)$ sodu do mieszaniny wodnych roztwór manganianu $(VII)$ potasu i kwasu siarkowego $(VI)$ zaobserwowano, że fioletowy roztwór zmienił zabarwienie na bladoróżowe.

Po wprowadzeniu wodnego roztworu siarczanu $(IV)$ sodu do mieszaniny wodnych roztwór manganianu $(VII)$ potasu i wodorotlenku sodu zaobserwowano, że fioletowy roztwór zmienił zabarwienie na ciemnozielone.

Wyniki:

W każdym z przypadków dodanie do układu wodnego roztworu siarczanu $(IV)$ sodu, spowodowało przebieg odpowiedniej reakcji chemicznej i zmianę zabarwienia roztworu. Obserwowane zmiany były inne w przypadku użycia roztworu kwasu siarkowego $(VI)$ i roztworu wodorotlenku sodu. Jeszcze inne były zmiany gdy do układu nie wprowadzono ani roztworu kwasu ani wodorotlenku.

Manganowi w manganianie $(VII)$ potasu, przypisujemy stopień utlenienia równy $VII$ . W obecności kwasu siarkowego $(VI)$ , a więc w środowisku kwasowym, utworzyła się sól manganu $(II)$ . W obecności zasady, a więc w środowisku zasadowym, utworzył się manganian $(VI)$ potasu. Z kolei w środowisku obojętnym wytrącił się tlenek manganu $(IV)$ .

Wnioski:

W czasie zachodzących reakcji, mangan najbardziej obniżył swój stopień utlenienia w środowisku kwasowym, najmniej zaś w środowisku zasadowym. Można zatem wnioskować, że właściwości utleniające manganianu $(VII)$ potasu zależą od odczynu środowiska – najsilniejsze właściwości utleniające związek ten wykazuje w środowisku kwasowym, a najsłabsze w środowisku zasadowym. Hipoteza została potwierdzona.

Ćwiczenie 1

RnhYvzVd7SnBj

Ćwiczenie 2

R1bXUfyBMnDT4

RRB1qKqF1eIUL

Ćwiczenie 1

R1FB0yuyCQJey

Ćwiczenie 2

bg‑blue

Notatnik

R17TY7A3VUjRk

Źródło: Gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

gliceryna

(gr. glykerós „słodki”) glicerol, propano- $1$ , $2$ , $3$ -triol, związek organiczny, najprostszy alkohol trihydroksylowy

R10WrBr4t0wwG

Ilustracja przedstawia wzór półstrukturalny gliceryny. Do atomu węgla przyłączone są: atom wodoru, grupa hydroksylowa oraz dwie − C H 2 O H . W cząsteczce występują jedynie wiązania pojedyncze. Wzór sumaryczny to C 3 H 8 O 3 . — Źródło: GroMar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0.

Jakie związki chemiczne tworzy mangan?

Żelazo i jego związki

Nadmanganiany

Właściwości utleniające

Notatnik