Больше интересного про химию, тренажеры для отработки тем, а также полезные конспекты для экзаменов в ТГ-канале:
Сегодня мы подробно разберем одну из самых сложных окислительно-восстановительных реакций (ОВР), которая встречается в заданиях ЕГЭ по химии: взаимодействие фосфина (PH₃) с перманганатом калия (KMnO₄). Эта реакция имеет нюансы, связанные с изменением степеней окисления элементов, образованием промежуточных продуктов и особенностями нейтрализации.
Анализ исходных веществ и их свойств
Фосфин (PH₃)
Фосфин - бесцветный ядовитый газ с неприятным запахом. В этом соединении фосфор имеет степень окисления -3. При окислительно-восстановительных реакциях в водной среде фосфор стремится перейти в свою высшую степень окисления +5, образуя фосфорную кислоту H₃PO₄.
Фосфор в данной реакции выступает как восстановитель, отдавая электроны и повышая свою степень окисления от -3 до +5.
Перманганат калия (KMnO₄)
Перманганат калия - кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета. Марганец в нем находится в степени окисления +7. KMnO₄ является сильным окислителем, причем продукты его восстановления зависят от среды реакции:
- В кислой среде: Mn⁺⁷ → Mn⁺² (MnSO₄)
- В нейтральной среде: Mn⁺⁷ → Mn⁺⁴ (MnO₂)
- В щелочной среде: Mn⁺⁷ → Mn⁺⁶ (K₂MnO₄)
Сделаем “набросок” реакции и начнем уравнивать:
Для соблюдения баланса электронов необходимо найти наименьшее общее кратное (НОК) числа отданных и принятых электронов:
НОК(8, 3) = 24
Теперь найдем коэффициенты для фосфора и марганца:
Для фосфора: 24 ÷ 8 = 3 (коэффициент перед PH₃)
Для марганца: 24 ÷ 3 = 8 (коэффициент перед KMnO₄)
Ключевой момент: нейтрализация кислоты щёлочью
Фосфорная кислота и гидроксид калия не могут существовать вместе в одном растворе - они вступают в реакцию нейтрализации:
H₃PO₄ + 3KOH → K₃PO₄ + 3H₂O
На полную нейтрализацию 1 молекулы H₃PO₄ требуется 3 молекулы KOH.
Для 3 молекул H₃PO₄ необходимо 9 молекул KOH, а у нас по уравнению образуется только 8!
Таким образом, для 2 молекул происходит полная нейтрализация, образуется средняя соль:
2H₃PO₄ + 6 KOH → 2 K₃PO₄ + 6 H₂O
А для еще одной молекулы фосфорной кислоты щелочи не хватило и произошла частичная нейтрализация (образование кислой соли):
H₃PO₄ + 2 KOH → K₂HPO₄ + 2 H₂O
Именно поэтому в конечных продуктах появляются две разные соли: средняя соль K₃PO₄ (две молекулы фосфорной кислоты нейтрализовались полностью) и кислая соль K₂HPO₄ (одна молекула нейтрализовалась частично).
Итоговое уравнение реакции
Запишем полное уравнение реакции, учитывая все промежуточные превращения:
3PH₃ + 8KMnO₄ → 8MnO₂ + K₂HPO₄ + 2K₃PO₄ + 4H₂O