Задание
Используя метод полуреакций, определить продукты реакции и подобрать
коэффициенты уравнения, описывающего окисление оксалата калия
перманганатом калия в водном щелочном растворе:
K₂C₂O₄ + KMnO₄ + KOH → ...
Решение
Указанные в числе реагентов вещества в водном растворе диссоциируют на ионы:
K₂C₂O₄ ⇄ 2K⁺ + C₂O₄²⁻
KMnO₄ ⇄ K⁺ + MnO₄⁻
KOH ⇄ K⁺ + OH⁻
Начнём с составления полуреакции восстановления. Перманганат-анион в щелочной среде превращается в манганат, принимая электрон (марганец понижает степень окисления с +7 до +6):
MnO₄⁻ + e⁻ = MnO₄²⁻
Далее, типичным продуктом окисления оксалат-аниона C₂O₄²⁻ является углекислый газ, но последний в растворе щёлочи будет превращаться в CO₃²⁻. Таким образом, в полуреакции окисления оксалат переходит в карбонат:
C₂O₄²⁻ → CO₃²⁻
или (с уравниванием числа атомов углерода):
C₂O₄²⁻ → 2CO₃²⁻
В правой части получилось 6 атомов кислорода, а в левой их их всего 4. Далее можно пойти разными путями: правильно и не очень. Рассмотрим оба варианта и начнём с «неправильного».
Вариант 1
Недостающий кислород может поставить вода:
C₂O₄²⁻ + 2H₂O → 2CO₃²⁻
При этом избыточные атомы водорода слева можно компенсировать соответствующими катионами справа:
C₂O₄²⁻ + 2H₂O → 2CO₃²⁻ + 4H⁺
Для выравнивания зарядов необходимо в левой части отнять 2 электрона:
C₂O₄²⁻ + 2H₂O – 2e⁻ = 2CO₃²⁻ + 4H⁺
Далее записываем обе полуреакции друг под другом и действуем как обычно:
Добавлением по 4 катиона калия в обе части уравнения
C₂O₄²⁻ + 2H₂O + 2MnO₄⁻ = 2CO₃²⁻ + 4H⁺ + 2MnO₄²⁻ / +4K⁺
в левой можно собрать «молекулы» (формульные единицы) оксалата и перманганата, а в правой – карбоната калия:
K₂C₂O₄ + 2H₂O + 2KMnO₄ = 2K₂CO₃ + 4H⁺ + 2MnO₄²⁻
Сугубо формально из четырёх катионов водорода и двух манганат-анионов можно составить две молекулы марганцоватой кислоты H₂MnO₄, но здесь пора бы вспомнить, что реакция проводится в щелочном растворе, поэтому любые катионы водорода, даже если бы они и сумели образоваться, сразу же «съедятся» гидроксид-ионами, дав воду. В связи с этим самое время добавить в обе части уравнения по четыре ОН⁻и K⁺ :
K₂C₂O₄ + 2H₂O + 2KMnO₄ = 2K₂CO₃ + 4H⁺ + 2MnO₄²⁻ / +4OH⁻, +4K⁺
K₂C₂O₄ + 2H₂O + 2KMnO₄ + 4K⁺ + 4OH⁻ = 2K₂CO₃ + 4H⁺ + 4OH⁻ + 4K⁺ + 2MnO₄²⁻
K₂C₂O₄ + 2H₂O + 2KMnO₄ + 4KOH = 2K₂CO₃ + 4H₂O + 2K₂MnO₄
K₂C₂O₄ + 2KMnO₄ + 4KOH = 2K₂CO₃ + 2K₂MnO₄ + 2H₂O
Вариант 2
В щелочном растворе источником недостающих атомов кислорода выступают гидроксид-ионы, а избыточные атомы водорода «утилизируются» в виде молекул воды:
C₂O₄²⁻ + 4OH⁻ → 2CO₃²⁻ + 2H₂O
Для выравнивания зарядов от левой части необходимо, как и в Варианте 1 забрать два электрона. Последующие действия совершенно стандарты:
На разобранном примере легко видеть любопытную особенность метода полуреакций – он менее чувствителен к ошибкам учащегося, ведь если при решении упустить из вида, что в щелочном растворе образование свободных катионов водорода крайне затруднено, то после сведения баланса отданных и принятых электронов всё равно остаётся шанс исправить ситуацию введением дополнительных гидроксид-ионов в обе части уравнения. Разумеется, такой путь решения получается более долгим, но всё равно позволяет получить верный ответ – правильно подобранные коэффициенты.
Ответ
K₂C₂O₄ + 2KMnO₄ + 4KOH = 2K₂CO₃ + 2K₂MnO₄ + 2H₂O
Другие задания, имеющиеся на канале, можно найти здесь:
