Условие задачи
Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:
KMnO4 + HCl → MnCl2 + Cl2 + … + …
Определите окислитель и восстановитель.
Решение
Ниже приводится подробное решение задачи по химическому равновесию (квалификация: окислительно-восстановительные реакции, метод электронного баланса).
─────────────────────────────
1. Записываем исходное уравнение реакции:
KMnO₄ + HCl → MnCl₂ + Cl₂ + … + …
В итоге необходимо получить полное уравнение реакции, в котором кроме MnCl₂ и Cl₂ появятся ещё продукты – KCl и H₂O.
─────────────────────────────
2. Определяем изменения степеней окисления:
• В ионе MnO₄⁻ марганец имеет степень окисления +7, а в соединении MnCl₂ – +2. То есть происходит восстановление марганца (приём электронов).
• Хлор в HCl имеет степень окисления –1, а в Cl₂ – 0, т.е. хлор окисляется (отдача электронов).
Таким образом:
Окислитель – вещество, содержащее MnO₄⁻ (то есть KMnO₄), так как оно принимает электроны;
Восстановитель – вещество, содержащее Cl⁻ (то есть HCl), так как оно отдает электроны.
─────────────────────────────
3. Выпишем полуравнения по методу электронного баланса.
(а) Полуравнение восстановления MnO₄⁻ (в кислой среде):
MnO₄⁻ + 8H⁺ + 5e⁻ → Mn²⁺ + 4H₂O
(б) Полуравнение окисления хлорида:
2Cl⁻ → Cl₂ + 2e⁻
Чтобы число электронов в обоих полуравнениях совпало, домножим полуравнение окисления на 5, а полуравнение восстановления – на 2:
Полуравнение восстановления ×2:
2MnO₄⁻ + 16H⁺ + 10e⁻ → 2Mn²⁺ + 8H₂O
Полуравнение окисления ×5:
10Cl⁻ → 5Cl₂ + 10e⁻
─────────────────────────────
4. Складываем полуравнения (электроны сокращаются):
2MnO₄⁻ + 16H⁺ + 10Cl⁻ → 2Mn²⁺ + 8H₂O + 5Cl₂
─────────────────────────────
5. Восстанавливаем исходные соли и учитываем ионы-сопутствующие компоненты:
Исходное вещество KMnO₄, давая ион MnO₄⁻, вместе с ионами K⁺, должно войти в состав конечных продуктов. Также HCl – источник как H⁺, так и Cl⁻.
Заметим, что:
– 2Mn²⁺, в соединении с хлоридами, дают MnCl₂, для 2 молекул MnCl₂ необходимо 4Cl⁻
– 2K⁺, присутствующие после диссоциации 2KMnO₄, соединяются с Cl⁻, образуя 2KCl (требуется 2Cl⁻)
– Итого число Cl⁻, непосредственно участвующих в образовании солей, равно 4 + 2 = 6
При этом в электронном балансе для окисления использовалось 10Cl⁻, что соответствует образованию 5Cl₂ (каждая молекула Cl₂ содержит 2 атома хлора, итого 10 атомов Cl).
Таким образом, общее число атомов хлора, поступивших с HCl, равно 10 + 6 = 16. Значит, необходимо 16 молекул HCl.
Записываем полное уравнение, возвращая исходные соединения:
2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O
─────────────────────────────
6. Итоговый ответ:
Полное уравнение реакции:
2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O
Окислитель – KMnO₄ (ион MnO₄⁻ восстанавливается от Mn в степени +7 до Mn²⁺);
Восстановитель – HCl (ионы Cl⁻ окисляются от степени –1 до Cl₂).
─────────────────────────────
Таким образом, используя метод электронного баланса, получаем окончательное уравнение реакции и определяем, что KMnO₄ является окислителем, а HCl – восстановителем.