Задание №20 — Химические реакции

Решение.

Для того чтобы расставить коэффициенты в данной окислительно-восстановительной реакции, проанализируем изменение степеней окисления элементов.

1. Определим степени окисления элементов, которые их меняют:
В соединении $K_2\overset{+6}{Mn}O_4$ марганец имеет степень окисления $+6$.
В продуктах реакции марганец переходит в два разных состояния:
— В диоксиде марганца $\overset{+4}{Mn}O_2$ степень окисления марганца $+4$.
— В перманганате калия $K\overset{+7}{Mn}O_4$ степень окисления марганца $+7$.

2. Составим электронный баланс:
Марганец в степени окисления $+6$ одновременно и повышает, и понижает свою степень окисления (такая реакция называется диспропорционированием):
$Mn^{+6} + 2e^- \rightarrow Mn^{+4}$ (процесс восстановления)
$Mn^{+6} - 1e^- \rightarrow Mn^{+7}$ (процесс окисления)

3. Находим наименьшее общее кратное для отданных и принятых электронов:
Для 2 и 1 это число 2.
Коэффициент перед $Mn^{+4}$ будет $2 : 2 = 1$.
Коэффициент перед $Mn^{+7}$ будет $2 : 1 = 2$.

4. Переносим коэффициенты в уравнение реакции:
Поставим коэффициент 2 перед $KMnO_4$ и 1 перед $MnO_2$.
Теперь посчитаем общее количество атомов марганца в правой части: $1 + 2 = 3$. Значит, перед исходным $K_2MnO_4$ ставим коэффициент 3.
$3K_2MnO_4 + H_2O \rightarrow MnO_2 + 2KMnO_4 + KOH$

5. Уравниваем калий и водород:
Слева 6 атомов калия ($3 \times 2$). Справа в $2KMnO_4$ уже есть 2 атома калия. Чтобы стало 6, перед $KOH$ нужно поставить коэффициент 4.
Проверим водород: справа в $4KOH$ стало 4 атома водорода. Значит, перед $H_2O$ слева ставим коэффициент 2.
Проверим кислород: слева $3 \times 4 + 2 \times 1 = 14$. Справа $2 + 2 \times 4 + 4 \times 1 = 14$. Кислород сошёлся.

Итоговое уравнение:
$3K_2MnO_4 + 2H_2O = MnO_2 + 2KMnO_4 + 4KOH$

6. Укажем окислитель и восстановитель:
В данной реакции марганец в составе манганата калия выступает в обеих ролях.
$Mn^{+6}$ (в составе $K_2MnO_4$) — окислитель;
$Mn^{+6}$ (в составе $K_2MnO_4$) — восстановитель.

Ответ: 3K₂MnO₄ + 2H₂O = MnO₂ + 2KMnO₄ + 4KOH; Mn⁺⁶ (K₂MnO₄) является и окислителем, и восстановителем.

Источник: ФИПИ