Предмет: Химия
Раздел: Окислительно-восстановительные реакции (Редокс-реакции)
Попробуем решить задание поэтапно. Мы имеем уравнение окислительно-восстановительной реакции между перманганатом калия (KMnO₄) и пероксидом водорода (H₂O₂) в основной среде, что связано с присутствием щёлочи (KOH).
Шаг 1: Определение степени окисления
Для начала определим степень окисления всех элементов:
- KMnO₄: Kalий (K) всегда в степени окисления +1, а марганец (Mn) в перманганате имеет степень окисления +7.
- H₂O₂ (пероксид водорода): В обычных соединениях кислород имеет степень окисления -2, но в пероксиде водорода (H₂O₂) его степень окисления -1.
- KOH: Калий (K) имеет степень окисления +1, кислород -2, водород +1.
Теперь для продуктов:
- K₂MnO₄: В манганате калия (K₂MnO₄) марганец имеет степень окисления +6.
- O₂: Молекулярный кислород всегда нейтрален, степень окисления кислорода = 0.
- H₂O: Вода, где кислород в степени окисления -2, а водород +1.
Шаг 2: Окисление и восстановление
Теперь определим, кто и что теряет и принимает электроны.
- В перманганате (MnO₄⁻) марганец имеет степень +7, а в манганате (MnO₄²⁻) уже +6. Это означает восстановление (получение электрона).
- В H₂O₂ кислород (-1 в H₂O₂) превращается в O₂ (степень 0). Это означает окисление (отдача электронов).
Шаг 3: Полуреакции
Теперь выделим окисляющуюся и восстанавливающуюся части:
- Полуреакция окисления (пероксид водорода окисляется): H₂O₂ → O₂ + 2e⁻
- Полуреакция восстановления (перманганат восстанавливается): MnO₄⁻ + 1e⁻ → MnO₄²⁻
Шаг 4: Составление уравнения
Теперь соединим эти полуреакции с учётом стехиометрии. Балансируя электроны, получаем:
- Для каждой молекулы H₂O₂ выделяется два электрона.
- Для восстановления одного иона MnO₄⁻ до MnO₄²⁻ нужен один электрон. Чтобы уравнять количество электронов, умножим уравнение для перманганата на 2:
- 2MnO₄⁻ + 2e⁻ → 2MnO₄²⁻
- H₂O₂ → O₂ + 2e⁻
Теперь можем сложить эти уравнения, и получим: 2MnO₄⁻ + H₂O₂ → 2MnO₄²⁻ + O₂
Шаг 5: Замечание о среде
Реакция протекает в основной среде (есть KOH), следовательно дополнительная нейтрализация протонов или выделение гидроксид-ионов не требуется для балансировки кислорода или водорода.
Ответ на исходный вопрос
Уравнение реакции: 2KMnO₄ + H₂O₂ + 2KOH → 2K₂MnO₄ + O₂ + 2H₂O
Самопроизвольная окислительно-восстановительная реакция будет протекать в направлении справа, то есть со стороны перманганата калия и пероксида водорода к образованию манганата калия, воды и кислорода.