Окислення та відновлення є основними реакціями в хімії. Окислення-це процес передачі електронів від однієї речовини до іншої, в результаті якого одна речовина втрачає електрони, а інша отримує їх. Відновлення-це зворотний процес, коли одна речовина отримує електрони від іншої.
Калійсульфіт (K2SO3) може бути окислений калійним перманганатом (KMnO4) в лужному середовищі. Калійний перманганат сам по собі сильний окислювач, який може окислити безліч сполук.
Щоб визначити кількість грамів KMnO4, необхідних для окислення 50 г K2SO3, необхідно врахувати стехіометрію реакції, тобто кількість речовин, що беруть участь у реакції. Строго кажучи, для цього потрібно знати схему реакції і відповідні коефіцієнти перед реагентами і продуктами. Потім можна використовувати співвідношення між коефіцієнтами, щоб знайти шукану кількість KMnO4.
Що таке KMnO4 і K2SO3?
K2SO3, званий сірчистим калієм, являє собою безбарвні кристали або порошок, який добре розчиняється у воді. Сірчаний калій використовується в різних промислових процесах, включаючи виробництво паперу та пробки, а також як антиоксидант та редуктор у хімічній та харчовій промисловості.
Окислення та загальна реакція
Реакція окислення K2SO3 відбувається за участю KMnO4, який в даному випадку є окислювачем. Це окислення може бути представлено наступним рівнянням:
| Рівняння реакції: | K2SO3 + 2KMnO4 + H2O → K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH |
|---|
Виходячи з даної реакції, для окислення 50 г K2SO3 необхідно використовувати 2 моль KMnO4. Переведемо це значення в грами, використовуючи молярну масу:
Молярна маса KMnO4 = 158,03 г/моль
Маса 2 моль KMnO4 = 2 * 158,03 г/моль = 316,06 г
Отже, для окислення 50 г K2SO3 необхідно 316,06 г KMnO4.
Структура та зовнішній вигляд KMnO4
З'єднання KMnO4 має особливу структуру кристалічної решітки. У ній іони калію (K+) утворюють кубічну решітку, в центрі кожної грані якої знаходиться іон марганцю (mn7+). Кисневі іони (O2-) розташовуються в кутах куба.
Фіолетовий колір KMnO4 пов'язаний з збудженням електронів марганцю на більш високі енергетичні рівні при поглинанні видимого світла. Сполука має високу розчинність у воді, що робить її зручною для застосування в хімічних реакціях та аналізі.
| Формула | KMnO4 |
|---|---|
| Молярна маса | 158,034 г/моль |
| Колір | Фіолетовий або темно-фіолетовий |
| Температура плавлення | 240 °C |
| Температура кипіння | 400 °C (розкладається) |
| Розчинність у воді | 142 г / 100 мл при 25 °C |
Масова частка одиниці речовини
Масова частка обчислюється за формулою:
Масова частка (X) = (маса компонента) /(маса всієї речовини) * 100%
В даному випадку, для обчислення масової частки KMnO4, необхідно знати його масу і масу всього речовини (K2SO3).
Для проведення окислення 50 г K2SO3 потрібно знати масу KMnO4, яка залежить від балансування хімічного рівняння реакції окислення. Після балансування, хімічне рівняння матиме вигляд:
2 KMnO4 + 3 K2SO3 + H2O -> 2 MnO2 + 3 K2SO4 + 2 KOH
На підставі даного рівняння, можна розрахувати кількість речовини (моль) KMnO4, необхідного для окислення 50 г K2SO3.
Далі, використовуючи молярну масу KMnO4 і отриману кількість речовини в молях, можна обчислити масу KMnO4, необхідну для окислення 50 г K2SO3.
Таким чином, для відповіді на це питання необхідно провести розрахунки, використовуючи інформацію про хімічне рівняння реакції і молярної маси речовини KMnO4.
Розрахунок необхідної кількості KMnO4
Для розрахунку необхідної кількості KMnO4 для окислення 50 г K2SO3 необхідно використовувати рівняння реакції і молярні маси відповідних речовин.
Рівняння реакції між KMnO4 і K2SO3:
2 KMnO4 + 3 K2SO3 = 2 MnSO4 + 3 K2SO4 + 2 K2SO4
Молярна маса KMnO4 дорівнює 158 г/моль, а молярна маса K2SO3 дорівнює 158 г/моль.
Для розрахунку необхідної кількості KMnO4 в грамах можна використовувати наступну формулу:
Кількість KMnO4 (G) = (молярна маса KMnO4 * кількість молей K2SO3) / коефіцієнт реакції KMnO4.
Підставляємо відповідні значення:
Кількість KMnO4 (г) = (158 г/моль * 50 г) / 158 г/моль = 50 г
Таким чином, для окислення 50 г K2SO3 необхідно використовувати 50 г KMnO4.
Приклад розрахунку
Для розрахунку кількості грамів KMnO4, необхідного для окислення 50 г K2SO3, потрібно використовувати рівняння реакції і молярні маси речовин.
Молярні маси речовин:
| Речовина | Молярна маса (г / моль) |
|---|---|
| K2SO3 | 174.2592 |
| KMnO4 | 158.034 |
Для початку знайдемо кількість молей K2SO3 у 50 г:
Маса = кількість молей × молярна маса
Кількість молей = маса / молярна маса
Кількість молей K2SO3 = 50 г / 174.2592 г/моль ≈ 0.287 моль
З рівняння видно, що 1 моль K2SO3 реагує з 2 молями KMnO4.
Таким чином, для повного окислення 0.287 моль K2SO3 знадобитися:
Кількість молів KMnO4 = 0.287 моль × 2 моль KMnO4 / 1 моль K2SO3 = 0.574 моль
Знайдемо масу KMnO4 за допомогою формули:
Маса = кількість молей × молярна маса
Маса KMnO4 = 0.574 моль × 158.034 г / моль ≈ 90.7 г
Таким чином, близько 90.7 г KMnO4 необхідно для окислення 50 г K2SO3.
Особливості реакції
Реакція окислення калію сірчистого KMnO4 має ряд особливостей.
Перша особливість полягає в тому, що в даній реакції відбувається перехід марганцю з валентного стану +7 в валентний стан +2. Таким чином, Марганець розряджається, а сірчистий калій окислюється. При цьому утворюється MnSO4 – сульфат марганцю і K2SO4 – сульфат калію.
Друга особливість полягає у використанні перекисного методу для визначення кількості окисляє речовини. Перекис водню H2O2 є окислювачем і застосовується в даній реакції для розкладання KMnO4 на більш низькозарядні форми марганцю. Даний метод дозволяє точно визначити кількість KMnO4, необхідного для окислення заданої кількості K2SO3.
Варто також зазначити, що ця реакція відбувається в кислому середовищі. Тому перед проведенням експерименту необхідно додати кислотну речовину, наприклад, сірчану кислоту H2SO4. Вона служить каталізатором реакції і забезпечує кислотне середовище.