Условие задачи
Используя метод электронного баланса, составьте уравнение реакции:
Na2SO3 + … + KOH → K2MnO4 + … + H2O
Определите окислитель и восстановитель.
Решение
Ниже приведён подробный разбор задачи по химии (окислительно-восстановительные реакции в щёлочной среде) с использованием метода электронного баланса.
──────────────────────────────
1. Исходная задача
Нам дано уравнение (с пропущенными реагентами и продуктами):
Na₂SO₃ + … + KOH → K₂MnO₄ + … + H₂O
Нужно подобрать недостающие вещества, составить полностью уравненное уравнение реакции и определить окислитель и восстановитель.
Из анализа видно, что:
• Na₂SO₃ содержит сульфит-ион (SO₃²⁻), в котором сера имеет степень окисления +4.
• В продукте «…» должна оказаться соль сульфата – Na₂SO₄, где сера уже в степени окисления +6.
• K₂MnO₄ – это калиевая соль кмanganата, в которой Mn имеет степень окисления +6.
• Предполагается, что недостающим реагентом является KMnO₄ – калиевый перманганат, в котором Mn имеет степень окисления +7.
Таким образом, реакция происходит между сульфитом (Na₂SO₃) и перманганатом (KMnO₄) в присутствии щёлочи (KOH). При этом сульфит окисляется до сульфата (Na₂SO₄), а Mn из перманганата восстанавливается до кмanganата (K₂MnO₄).
──────────────────────────────
2. Определение полуравнений по методу электронного баланса
А) Восстановление перманганата до кмanganата
Сравниваем степени окисления:
• Mn в KMnO₄: +7.
• Mn в K₂MnO₄: +6.
То есть Mn приобретает 1 электрон.
Первичное (анионное) полуравнение в щёлочной среде можно записать так:
MnO₄⁻ + e⁻ → MnO₄²⁻
Поскольку фактическая соль K₂MnO₄ состоит из MnO₄²⁻, в дальнейшем мы свяжем ионы с калиевыми.
Б) Окисление сульфита до сульфата
Сравниваем степени окисления для серы:
• В SO₃²⁻: S имеет +4.
• В SO₄²⁻: S имеет +6.
При изменении от +4 до +6 теряется 2 электрона (то есть происходит отдача 2e⁻).
Пишем полуравнение:
SO₃²⁻ → SO₄²⁻ + 2e⁻
──────────────────────────────
3. Приведение полуравнений к общему числу электронов
Чтобы число принятых и отданных электронов совпало, умножим первое (редукционное) полуравнение на 2:
2 MnO₄⁻ + 2e⁻ → 2 MnO₄²⁻
Теперь сложим полученное с полуравнением окисления:
2 MnO₄⁻ + 2e⁻ + SO₃²⁻ → 2 MnO₄²⁻ + SO₄²⁻ + 2e⁻
Отменяем по 2e⁻ по обе стороны:
2 MnO₄⁻ + SO₃²⁻ → 2 MnO₄²⁻ + SO₄²⁻
──────────────────────────────
4. Приведение уравнения к молекулярной форме с учетом ионного обмена и щёлочной среды
Исходя из исходных солей:
• KMnO₄ является источником ионов MnO₄⁻ и K⁺.
• Na₂SO₃ является источником SO₃²⁻ и Na⁺.
• В щёлочной среде KOH добавляет дополнительные K⁺ и OH⁻.
Заметим, что для образования соли K₂MnO₄ от иона MnO₄²⁻ необходимо наличие двух ионов K⁺. В нашем уравнении получено 2 MnO₄²⁻, которых можно выделить в виде двух молекул K₂MnO₄, если обеспечить 4 K⁺.
При этом Na₂SO₃ окисляется до Na₂SO₄.
Подберём коэффициенты так, чтобы число калия сбалансировать. Пусть получится такое уравнение (все коэффициенты подбираются, чтобы выполнить баланс атомов и зарядов):
2 KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2 KOH → 2 K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O
Проверим баланс:
• Калий: слева 2 (из KMnO₄) + 2 (из KOH) = 4; справа 2×2 = 4.
• Натрий: слева 2 (из Na₂SO₃); справа 2 (из Na₂SO₄).
• Манган: слева 2; справа 2.
• Сера: слева 1 (из Na₂SO₃); справа 1 (из Na₂SO₄).
• Кислород: слева
– из 2 KMnO₄: 2×4 = 8,
– из Na₂SO₃: 3,
– из 2 KOH: 2,
Итого 8 + 3 + 2 = 13.
Справа:
– из 2 K₂MnO₄: 2×4 = 8,
– из Na₂SO₄: 4,
– из H₂O: 1,
Итого 8 + 4 + 1 = 13.
• Водород: слева 2 (из 2 KOH); справа 2 (из H₂O).
Таким образом, уравнение сбалансировано.
──────────────────────────────
5. Определение окислителя и восстановителя
Рассмотрим изменения степеней окисления:
• Mn переходит из +7 в +6 – происходит восстановление (принимает электрон).
• S переходит из +4 в +6 – происходит окисление (отдаёт электроны).
Таким образом:
– Окислителем является вещество, содержащее Mn в перманганате, то есть KMnO₄.
– Восстановителем является вещество, содержащее SO₃²⁻, то есть Na₂SO₃.
──────────────────────────────
6. Итоговый ответ
Полностью составленное уравнение реакции:
2 KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2 KOH → 2 K₂MnO₄ + Na₂SO₄ + H₂O
При этом:
– Окислителем является KMnO₄.
– Восстановителем является Na₂SO₃.
Это решение выполнено по правилам балансировки окислительно-восстановительных реакций методом электронного баланса в щёлочной среде, где все формулы записаны с использованием символов Unicode (например, K₂MnO₄, Na₂SO₃, Na₂SO₄, H₂O).