Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2014 » Декабрь » 16 » Примеры ОВР по окислителям. Марганцевая кислота.
20:55
Примеры ОВР по окислителям. Марганцевая кислота.

   Ранее мы познакомились с рядом примеров ОВР, в которых в качестве окислителей выступали различные соединения, главным образом, кислоты и их соли. Сегодня перейдем к следующему окислителю, соединениям марганца в высшей степени окисления +7.

   Типичными представителями данного типа соединений являются марганцовка КMnO4, марганцевая кислота HMnO4, и гемигептооксид марганца Mn2O7, получаемый, при воздействии серной кислотой на безводную марганцевую кислоту. Гемигептооксид марганца представляет собой бурую маслянистую жидкость с плотностью около 1,85 гр./см3. Это соединение крайне неустойчиво и разлагается со взрывом на диоксид марганца и кислород уже при 65-70*С. Так же, разложение происходит при контакте с горючими материалами (органика, сахар, сера, фосфор, порошки металлов, целлюлоза, полимеры и пр.).

   Более интересным соединением является перманганат калия, в виду невысокой себестоимости и достаточной химической стабильности, это соединение активно используется в качестве окислителя в лабораториях и в быту. В кислой среде перманганат калия выделяет марганцевую кислоту. Так же, марганцевую кислоту можно вытеснить из перманганатов при действии концентрированных, достаточно химически стабильных кислот. При концентрировании водных растворов марганцевой кислоты более 5-10% она становится неустойчива и легко разлагается.

   Для начала возьмем простой пример окисления марганцевой кислотой классического восстановителя хлорида двухвалентного железа. Как Вы помните, все соединения двухвалентного железа это сильные восстановители, поэтому реакция протекает без нагревания. Для упрощения возьмем избыток марганцевой кислоты и, не будем подкислять среду посторонними кислотами. Разбавленные растворы марганцевой кислоты можно получить электролитическим путем с достаточной чистотой. Другое дело, что такие растворы не хранятся долго.

   Диоксид марганца выпадает в осадок на стенках емкости или растворяется в избытке марганцевой кислоты. Окисленное железо переходит в смешанную соль дихлорид-перманганат железа (III).

   Достаточно интересна реакция окисления перманганатами органических соединений. Как мы уже упоминали, наиболее легко окисляются альдегиды и спирты, несколько медленнее соединения с двойными и тройными связями (ненасыщенные углеводороды), намного сложнее окислить алифатику (алканы, или предельные углеводороды) и самые устойчивые это ароматические циклы (бензол и его гомологи). Исходя из этого, возьмем для примера ацетилен.

   Для ускорения реакции и во избежание необходимости сильного нагрева, да и для протекания процесса без засорения стенок колбы черным налетом диоксида марганца, подкислим среду избытком серной кислоты. Окисление может протекать по различным механизмам, мы же выберем один из возможных, при жестких условиях протекания процесса, путей реакции. А именно, до муравьиной кислоты. Хотя, легче всего подобрать условия, при которых получиться, скажем, щавелевая кислота (НООС-СООН).

   Перманганаты, как и все соли кислот-окислителей, склонны в сухом виде разлагаться при нагревании с выделением кислорода. Для перманганатов, как и для нитратов, этот процесс протекает весьма бурно и в замкнутом объеме может сопровождаться взрывом. Для примера возьмем легко окисляемое твердое вещество – красный фосфор. При растирании в ступке небольшого количества сухой марганцовки и красного фосфора, происходит самовоспламенение фосфора в выделяющемся при термическом (от трения) разложении перманганата, кислороде. Это процесс сопровождается яркой вспышкой. Смесь белого фосфора с перманганатами самовоспламеняется уже в первые секунды процесса смешения.

   Так как, для данного демонстрационного опыта обычно используют большой избыток перманганата, то восстановление марганца происходит лишь до степени окисления 4+. Реакция протекает в газовой фазе, поэтому, уравниваем реакцию методом электронного баланса. С течением времени, а так же, если смочить продукты реакции, оксиды калия и фосфора дают ортофосфат калия.

   Если вместо фосфора использовать порошок активного металла, например, магния, тогда температура процесса будет еще выше, а марганец легко восстановится до степени окисления “0”.

   Данную смесь часто использую в лабораториях для воспламенения небольших количеств термитных смесей в ходе демонстрационных опытов.

   Если вернемся в жидкую среду, тогда можно для наглядности нагреть порошок серы в разбавленной марганцевой кислоте (или подкисленном серной кислотой растворе перманганата калия). В этом случае сера окислится до своей высшей степени окисления, а марганец перейдет в диоксид (или в соль марганца 2+, если использовали подкисленный раствор перманганата).

   В отличие от двух предыдущих реакций, этот процесс протекает без заметного выделения энергии, а при комнатной температуре и вовсе, может занять многие годы (визуально заметен по растворению порошка серы). Выделившийся триоксид серы даст с водой серную кислоту, которая незамедлительно переведет марганец в сульфат двухвалентного марганца.

   Напоследок возьмем соединение марганца в степени окисления 4+, а именно, знаменитый пиролюзит MnO2. Это кристаллическое соединение черного цвета с плотностью 5,03 гр./см3, нерастворимое в воде и весьма химически стабильное. В ходе всей эволюции химической промышленности, вплоть до открытия процесса электролиза, пиролюзит добывали в различном масштабе и широко использовали как недорогой и достаточно сильный окислитель в промышленности и в лабораториях. Сегодня пиролюзит служит сырьем для процессов электролиза (в том числе, для получения перманганатов) и металлургии (легирование сталей и сплавов марганцем).

   Так как диоксид марганца это твердое мелкокристаллическое соединение, то пропустим сквозь нагретый пиролюзит достаточно сильный восстановитель, например, сероводород.

   Восстанавливаясь до степени окисления 3+, марганец окисляет серу до диоксида, который, как и водяной пар, улетает из зоны реакции. Тепловой эффект реакции несколько разогревает зону процесса, но, приток свежего сероводорода и отток паро- и газообразных продуктов реакции, обеспечивают унос тепла процесса.

   На сегодня закончим, в следующий раз займемся другим, не менее интересным окислителем.

Категория: Фундамент | Просмотров: 2615 | Добавил: Chemadm | Теги: решение ОВР, соединения марганца, химия элементов | Рейтинг: 4.8/5
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]