Условие задачи

Хлор окисляет манганат калия K2MnO4. Какое соединение при этом получается? Как меняется окраска раствора в результате этой реакции? Составьте электронные и молекулярное уравнения реакции.

Решение

Данная задача относится к неорганической химии, в частности к окислительно-восстановительным (редокс) реакциям в неорганическом веществе. Здесь хлор (Cl₂) окисляет манганат калия (K₂MnO₄).

Обозначим основные моменты реакции:

1. У манганата калия (K₂MnO₄) иона манганата (MnO₄²⁻) марганец имеет степень окисления +6. При окислении он переходит в ион перманганата (MnO₄⁻), где степень окисления марганца равна +7. При этом меняется окраска раствора: манганат имеет зелёный цвет, а перманганат – характерный фиолетовый.

2. Хлор (Cl₂) является сильным окислителем, он сам восстанавливается до иона хлорида (Cl⁻).

Ниже приведём подробное решение задачи.

──────────────────────────────
Шаг 1. Запишем полуреакции.

Окисление манганата:
MnO₄²⁻ → MnO₄⁻ + e⁻
Здесь марганец теряет один электрон (переход из +6 в +7).

Восстановление хлора:
Cl₂ + 2e⁻ → 2Cl⁻

──────────────────────────────
Шаг 2. Приведём число электронов к общему знаменателю.

Чтобы число электронов, отдаваемых в окислительной полуреакции, совпало с количеством принимаемых в восстановительной, умножим реакцию окисления манганата на 2:

2 MnO₄²⁻ → 2 MnO₄⁻ + 2e⁻

Теперь суммируем с полуреакцией восстановления хлора:

Cl₂ + 2e⁻ → 2 Cl⁻

──────────────────────────────
Шаг 3. Суммарное (чистое) йонное уравнение:

2 MnO₄²⁻ + Cl₂ → 2 MnO₄⁻ + 2 Cl⁻

──────────────────────────────
Шаг 4. Запишем молекулярное уравнение с учетом ионов калия.

В исходном веществе манганат представлен в виде K₂MnO₄, а в продукте – перманганат в виде KMnO₄ (так как ион перманганата MnO₄⁻ связывается с одним катионом K⁺). Кроме того, образуются ионы хлора (Cl⁻), которые связываются с K⁺, образуя калий хлорид (KCl).

При этом надо учесть, что в левой части у нас 2 K₂MnO₄, что означает 4 иона K⁺. В правой части их должно быть тоже 4. Если 2 молекулы KMnO₄ содержат 2 иона K⁺, то оставшиеся 2 иона K⁺ переходят в состав KCl, т.е. образуется 2 молекулы KCl.

Таким образом, молекулярное уравнение выглядит так:

2 K₂MnO₄ + Cl₂ → 2 KMnO₄ + 2 KCl

──────────────────────────────
Шаг 5. Итоговое описание реакции и изменения окраски.

Исходно раствор манганата калия (K₂MnO₄) имеет зелёный цвет (и ион MnO₄²⁻ зелёный). При добавлении хлора происходит окисление: MnO₄²⁻ переходит в MnO₄⁻, который при соединении с калиевым ионом образует KMnO₄ – вещество с ярко-фиолетовым окрасом. Таким образом, происходит смена окраски раствора с зелёного на фиолетовый.

──────────────────────────────
Ответ:

Дисциплина: неорганическая химия (окислительно-восстановительные реакции).

При взаимодействии хлора с манганатом калия происходит его окисление до перманганата калия, что сопровождается изменением окраски раствора с зелёного (MnO₄²⁻) на фиолетовый (MnO₄⁻).

Электронное уравнение (в йонной форме):
2 MnO₄²⁻ + Cl₂ → 2 MnO₄⁻ + 2 Cl⁻

Молекулярное уравнение:
2 K₂MnO₄ + Cl₂ → 2 KMnO₄ + 2 KCl

Таким образом, в результате реакции образуется перманганат калия (KMnO₄) и калий хлорид (KCl).