Por qué no se puede obtener potasio metálico en electrodos de carbono. Las reacciones como resultado de las cuales cambia el estado de oxidación de los elementos se denominan reacciones redox. Propiedades químicas del potasio

Tema 1.6. Reacciones redox.

Preguntas sobre un tema previamente estudiado:

1. En qué casos durante la electrólisis de soluciones acuosas de sales:

a) se desprende hidrógeno en el cátodo;

b) se desprende oxígeno en el ánodo;

c) ¿Tiene lugar la reducción simultánea de cationes metálicos y cationes de hidrógeno del agua?

1. ¿Qué procesos que ocurren en los electrodos se denominan colectivamente "electrólisis"?
2. ¿Cuál es la diferencia entre la electrólisis de la sosa cáustica fundida y la electrólisis de su solución?
3. Con qué polo de la batería, positivo o negativo, se debe conectar la parte metálica cuando está cromado.
4. Descubrir el significado de la electrólisis; concepto - electrólisis.
5. ¿Qué procesos químicos ocurren en el cátodo y el ánodo durante la electrólisis de una solución de yoduro de potasio? ¿Se derrite el yoduro de potasio?
6. Elabore esquemas de electrólisis utilizando electrodos de carbono de fundidos y soluciones de las siguientes sales: КСl.
7. ¿En qué secuencia se reducirán los cationes durante la electrólisis de sus sales de la misma concentración (ánodo insoluble) de la siguiente composición: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Explicar por qué no se puede obtener potasio metálico a partir de electrodos de carbono por electrólisis. solución acuosa cloruro de potasio, pero ¿se puede obtener por electrólisis de la masa fundida de esta sal?
9. Durante la electrólisis de una solución acuosa de nitrato de plata, se forman las siguientes formas en el cátodo:

a) Àg b) NO 2 c) NO d) H 2?

saber conceptos básicos y esencia de oxidativo reacciones de recuperación, reglas para la elaboración de reacciones redox por el método de balanza electrónica;

ser capaz de clasificar reacciones en términos de estado de oxidación; definir y aplicar los conceptos: "estado de oxidación", "agentes oxidantes y agentes reductores", "procesos de oxidación y reducción"; elaborar una balanza electrónica para redox reacciones y utilícelo para organizar los coeficientes en la ecuación molecular.

Cambiar las propiedades de los elementos en función de la estructura de sus átomos.

Habiendo estudiado previamente los tipos de reacciones químicas, la estructura de las moléculas, la relación de las clases principales. compuestos químicos, podemos decir que la mayoría de las reacciones - adición, descomposición y sustitución, proceden con un cambio en el estado de oxidación de los átomos de las sustancias que reaccionan, y solo en las reacciones metabólicas esto no ocurre.

Las reacciones como resultado de las cuales cambia el estado de oxidación de los elementos se denominan reacciones redox.

Hay varias formas de formular las ecuaciones de reacciones redox. Detengámonos en el método del balance electrónico basado en la determinación del número total de electrones en movimiento. Por ejemplo:

МnО 2 + КСlO 3 + KOH = К 2 МnО 4 + КСl + Н 2 О

Determinamos los átomos de qué elementos han cambiado el estado de oxidación:

Мn → Мn Сl → Сl

Determine la cantidad de electrones perdidos (-) y recibidos (+):

Mn - 2 mi→ Мn Сl + 6 mi→ Сl

El número de electrones perdidos y ganados debe ser el mismo. Representamos ambos procesos de semirreacción de la siguiente manera:

agente reductor Мn - 2 miˉ → Мn 3 3Мn - 6 miˉ → 3Мn oxidación

agente oxidante Сl + 6 miˉ → Сl 1 Сl + 6 miˉ → Сl recuperación

Los coeficientes principales para el agente oxidante y el agente reductor se transfieren a la ecuación de reacción

3MnO 2 + KClO 3 + 6KOH = 3K 2 MnO 4 + KCl + 3H 2 O

El proceso de transformación de manganeso +4 en manganeso +6 es el hundimiento del retroceso (pérdida) de electrones, es decir. oxidación; el proceso de convertir Сl (+5) en Сl (-1) es el proceso de obtención de electrones, es decir proceso de recuperación. En este caso, la sustancia MnO 2 es un agente reductor y el KClO 3 es un agente oxidante.

A veces, una de las sustancias que participan en la reacción realiza dos funciones a la vez: un agente oxidante (o agente reductor) y un agente formador de sal. Considere como ejemplo la reacción

Zn + HNO 3 = Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O

Compongamos semirreacciones para el agente oxidante y el agente reductor. El zinc pierde dos electrones y el nitrógeno N (+5) gana ocho electrones:

Zn - 2 miˉ → Zn 8 4

N + 8 miˉ → N 2 1

Por tanto, la oxidación de cuatro átomos de zinc requiere ocho moléculas de HNO 3 y dos moléculas de HNO 3 para la formación de la sal.

4Zn + 2HNO 3 + 8HNO 3 = 4Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4Zn + 10НNO 3 = 4Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3Н 2 О

Tipos de ecuaciones para reacciones redox.

Principales agentes oxidantes y reductores.

Las reacciones redox se dividen en tres grupos: reacciones intermoleculares, intramoleculares y de desproporción.

Las reacciones en las que una sustancia sirve como agente oxidante y la otra como agente reductor se denominan reacciones intermoleculares, Por ejemplo:

2КМnО 4 + 16HСl = 2МnСl 2 + 5Сl 2 + 2КСl + 8Н 2 О

Las reacciones intermoleculares también incluyen reacciones entre sustancias en las que los átomos que interactúan del mismo elemento tienen diferentes estados de oxidación:

2H 2 S + SO 2 = 3S + 2H 2 O

Las reacciones que ocurren con un cambio en el estado de oxidación de los átomos en la misma molécula se denominan reacciones intramoleculares, Por ejemplo:

2KClO 3 = 2KCl + 3O 2

Las reacciones intramoleculares incluyen reacciones en las que los átomos de un mismo elemento tienen diferentes estados de oxidación:

NH 4 NO 3 = N 2 O + H 2 O

Las reacciones en las que las funciones de oxidación y reducción son realizadas por átomos de un elemento en el mismo estado de oxidación se denominan reacciones de desproporción, Por ejemplo:

2Nа 2 O 2 + 2СО 2 = 2NаСО 3 + О 2

Oxidantes

Una medida de la capacidad oxidante de un átomo o ión, como ya se mencionó, es la afinidad electrónica, es decir, su capacidad para aceptar electrones.

Los agentes oxidantes son:

1. Todos los átomos de los no metales. Los oxidantes más fuertes son los átomos de halógeno, ya que solo pueden aceptar uno, un electrón. Con una disminución en el número de grupos, la capacidad de oxidación de los átomos no metálicos ubicados en ellos disminuye. Por tanto, los átomos de los no metales del grupo IV son los agentes oxidantes más débiles. En grupos de arriba a abajo propiedades oxidantes Los átomos de los no metales también disminuyen debido a un aumento en los radios de los átomos.

2. Iones metálicos cargados positivamente en un estado de alto estado de oxidación, por ejemplo:

КМnО 4, К 2 СrО 4, V 2 O 5, МnО 2, etc.

Además, los agentes oxidantes son iones metálicos con un bajo estado de oxidación, por ejemplo:

Ag, Hg, Fe, Cu, etc.

3. Ácidos concentrados HNO 3 y H 2 SO 4.

Agentes reductores

Los restauradores pueden ser:

1. Átomos de todos los elementos, excepto He, Ne, Ar, F. Los átomos de aquellos elementos que tienen uno, dos, tres electrones en la última capa pierden electrones con mayor facilidad.

2. Iones metálicos cargados positivamente en un estado de baja oxidación, por ejemplo:

Fe, Cr, Mn, Sn, Cu.

3. Iones cargados negativamente, por ejemplo: Clˉ, Brˉ, Iˉ, S 2 ˉ.

4. Ácidos débiles y sus sales, por ejemplo: H 2 SO 3 y K 2 SO 3; HNO 2 y KNO 2.

Preguntas sobre el tema estudiado:

1. ¿Qué reacciones se denominan reacciones redox? ¿En qué se diferencian las reacciones redox de otras reacciones químicas?

1. ¿Por qué los metales en los compuestos muestran solo estados de oxidación positivos y los no metales tanto positivos como negativos?
2. ¿Qué sustancias se denominan agentes oxidantes y qué agentes reductores?
3. ¿Cómo se puede juzgar la naturaleza del enlace entre los átomos de una molécula por la electronegatividad relativa?
4. ¿Cuál es la relación entre la energía de afinidad electrónica y la capacidad oxidativa? elemento químico?
5. ¿Qué sustancias complejas se caracterizan por tener solo propiedades oxidantes? ¿En qué casos las sustancias complejas pueden actuar como agentes oxidantes y reductores?
6. En las siguientes ecuaciones de reacción, determine el agente oxidante y el agente reductor, su estado de oxidación, coloque los coeficientes:

a) НgS + НNО 3 + НСl → НgСl 2 + S + NO + Н 2 O

b) SnСl 2 + К 2 Сr 2 О 7 + Н 2 SO 4 → Sn (SO 4) 2 + SnCl 4 + Сr 2 (SO 4) 3 + К 2 SO 4 + Н 2 O

c) AsH 3 + AgNO 3 + H 2 O → H 3 AsO 4 + Ag + HNO 3

1. En las siguientes reacciones, en las que el agente oxidante y el agente reductor se encuentran en la misma sustancia (reacciones de oxidación-reducción intramoleculares), coloque los coeficientes:

a) NH 4 NO 3 → N 2 O + H 2 O

b) КСlO 3 → КСl + О 2

c) Ag 2 O → Ag + O 2

1. Para reacciones de desproporción (autooxidación - autorreparación), escriba circuitos electrónicos y coloque los coeficientes:

a) К 2 МnО 4 + Н 2 О → КМnО 4 + МnО 2 + KOH

b) НСlO 3 → СlO 2 + НСlO 4

c) HNO 2 → HNO 3 + NO + H 2 O

1. ¿Cuáles de las siguientes reacciones son intramoleculares y cuáles son reacciones de desproporción?

a) Íg (NO 3) 2 → Íg + NO 2 + О 2

b) Сu (NO 3) 2 → СuО + NO 2 + О 2

c) K 2 SO 3 → K 2 SO 4 + K 2 S

d) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 → N 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O

Elija los coeficientes para cada reacción.

Literatura: 1, 2,3.

Con un embudo y una varilla de vidrio, vierta aserrín de aluminio en el reactor de lata, luego álcali, cierre el orificio con un trozo de cinta y agite el contenido. A continuación, adjuntamos el receptor. Su orificio inferior (para la salida de hidrógeno) debe cerrarse con un clavo. Engrase con cuidado la unión del reactor y el receptor con gachas de alabastro (tómate un poco). Después de esperar 5 minutos, seque el compuesto con un secador de pelo durante unos 4-5 minutos.

Ahora envolvemos con cuidado el algodón húmedo en la lata del receptor, retrocediendo 5-8 mm desde los bordes, y lo fijamos con un alambre delgado.

Primero, retire el tapón de la uña. Luego, poco a poco, calentamos la lata con la mezcla de reacción con un quemador (puedes usar un soplete para ahorrar dinero).

Para calentar, utilicé una lata de butano y el quemador de boquilla grande mencionado anteriormente. El gas combustible dentro del cartucho se enfría y, con el tiempo, la llama disminuye ligeramente, por lo que tuve que calentar el cartucho de butano con la mano.

Asegúrese de que la mitad de la "retorta" se caliente a un brillo anaranjado, la garganta del receptor debe calentarse hasta el inicio del calor rojo. Caliente durante unos 13-14 minutos. La reacción inicialmente se acompaña de la aparición de una llama violeta que sale del receptor, luego disminuye gradualmente y desaparece, luego se puede reducir el agujero insertando un clavo (suelto y con un hueco)... Durante la reacción, humedezca gradualmente el algodón con una pipeta, sin permitir que entre agua en las articulaciones.

Después de dejar de calentar, inserte el enchufe firmemente. ¡Deje que el aparato se enfríe a temperatura ambiente! Lo saqué al frío. Luego retiramos el algodón y borramos los restos de agua.

Prepare de antemano el lugar donde raspará el potasio del receptor. ¡Recuerde el peligro del fuego! Debes tener gasolina, pinzas, un espátula-raspador casero, un recipiente para almacenar potasio con un líquido inerte como queroseno o aceite. Es deseable que el líquido se seque. Raspamos el yeso y separamos el receptor. Coloque inmediatamente un trozo de polietileno en la garganta del receptor y presiónelo con plastilina (o haga un corcho con anticipación). Abrimos las mitades del receptor, la parte principal del potasio condensado en el lado izquierdo (que estaba conectado con un cuello al reactor), dentro del lado derecho solo había rastros de potasio (la estructura del receptor se muestra en la foto). Vierta gasolina en el lado izquierdo (usé hexano). Esto se hace para proteger el metal de la oxidación (la gasolina es buena porque luego se evaporará sin dejar rastro, y puedes volver a usar el refrigerador sin romper la masilla de yeso). ¡La operación se realiza en gafas!

Use una espátula para raspar el metal de las paredes, luego colóquelo en el recipiente de almacenamiento con unas pinzas. Recuerde, las pequeñas virutas de potasio se oxidan tan rápidamente en el aire que pueden encenderse. Es fácil ver si aplana con cuidado una pieza seca de potasio con un cuchillo en una hoja de papel (preferiblemente papel de filtro o papel higiénico); el potasio generalmente se enciende. Parte del metal saldrá en forma de pequeñas virutas y granos. Pueden recogerse enjuagando con gasolina en un recipiente de almacenamiento o en un vaso seco. Son útiles para reaccionar con el agua: incluso los granos pequeños se queman con hermosas luces púrpuras.

Logré recolectar alrededor de 1,1 g de potasio en una botella de pesaje (0,7-0,8 g en forma de una masa compacta). En total, se formaron aproximadamente 1,3 g de metal. No recogí parte del potasio en forma de residuos, lo sequé con papel de hexano y lo transferí al agua con pinzas (es conveniente simplemente sacudir los granos del papel). Después de la reacción, debe eliminar los rastros de metal del receptor, simplemente arroje la mitad derecha ("inferior") al agua con el brazo extendido e inmediatamente retroceda. Deje reposar la mitad izquierda en el aire hasta que las trazas de potasio se oxiden parcialmente, luego retírelas con un algodón húmedo sobre un alambre (sin dañar la masilla de yeso). Luego enjuague el receptor con una pipeta y séquelo con un pañuelo de papel (tenga cuidado de no apuntar el orificio hacia usted).

El potasio, el decimonoveno elemento de la tabla periódica de Mendeleev, pertenece a los metales alcalinos. Se trata de una sustancia simple que, en condiciones normales, reside en un sólido estado de agregación... El potasio hierve a una temperatura de 761 ° C. El punto de fusión del elemento es de 63 ° C. El potasio tiene un color blanco plateado con un brillo metálico.

Propiedades químicas del potasio

El potasio es muy reactivo, por lo que no se puede almacenar al aire libre: metal alcalino reacciona instantáneamente con las sustancias circundantes. Este elemento químico pertenece al grupo I y al período IV de la tabla periódica. El potasio tiene todas las propiedades características de los metales.

El interactúa con sustancias simples, que incluyen halógenos (bromo, cloro, flúor, yodo) y fósforo, nitrógeno y oxígeno. La interacción del potasio con el oxígeno se llama oxidación. Durante esto reacción química el oxígeno y el potasio se consumen en una proporción molar de 4: 1, lo que da como resultado la formación de óxido de potasio en una cantidad de dos partes. Esta interacción se puede expresar mediante la ecuación de reacción:

4K + O₂ = 2K₂O

Durante la combustión del potasio, se observa una llama púrpura brillante.

Esta interacción se considera una respuesta cualitativa a la determinación de potasio. Las reacciones del potasio con los halógenos se denominan de acuerdo con los nombres de los elementos químicos: fluoración, yodación, bromación, cloración. Tales interacciones son reacciones de adición. Un ejemplo es la reacción entre el potasio y el cloro, que da como resultado la formación de cloruro de potasio. Para llevar a cabo tal interacción, tome dos moles de potasio y un mol. Como resultado, se forman dos moles de potasio:

2K + CIS = 2KSI

Estructura molecular cloruro de potasio

Cuando se quema al aire libre, el potasio y el nitrógeno se consumen en una proporción molar de 6: 1. Como resultado de esta interacción, el nitruro de potasio se forma en dos partes:

6K + N₂ = 2K₃N

El compuesto son cristales de color verde-negro. El potasio reacciona con el fósforo de acuerdo con el mismo principio. Si toma 3 moles de potasio y 1 mol de fósforo, obtiene 1 mol de fosfuro:

3K + R = K₃R

El potasio reacciona con el hidrógeno para formar hidruro:

2K + H₂ = 2KN

Todas las reacciones de adición tienen lugar a altas temperaturas.

Interacción del potasio con sustancias complejas.

A sustancias complejas con los que reacciona el potasio incluyen agua, sales, ácidos y óxidos. Dado que el potasio es un metal activo, desplaza los átomos de hidrógeno de sus compuestos. Un ejemplo es la reacción que se produce entre el potasio y ácido clorhídrico... Para su implementación, se toman 2 moles de potasio y ácido. Como resultado de la reacción, se forman 2 mol de cloruro de potasio y 1 mol de hidrógeno:

2K + 2NSI = 2KSI + Н₂

Vale la pena considerar con más detalle el proceso de interacción del potasio con el agua. El potasio reacciona violentamente con el agua. Se mueve a lo largo de la superficie del agua, es empujado por el hidrógeno liberado:

2K + 2H₂O = 2KOH + H₂

En el curso de la reacción, se libera mucho calor por unidad de tiempo, lo que conduce a la ignición del potasio y el hidrógeno liberado. Este es un proceso muy interesante: en contacto con el agua, el potasio se enciende instantáneamente, la llama violeta crepita y se mueve rápidamente a lo largo de la superficie del agua. Al final de la reacción, se produce un destello con una salpicadura de gotitas de potasio ardiente y productos de reacción.

La reacción del potasio con el agua.

El principal producto final de la reacción del potasio con el agua es el hidróxido de potasio (álcali). La ecuación para la reacción del potasio con agua:

4K + 2H₂O + O₂ = 4KOH

¡Atención! ¡No intentes esta experiencia tú mismo!

Si el experimento se realiza incorrectamente, puede quemarse con álcali. Para la reacción se suele utilizar un cristalizador con agua, en el que se coloca un trozo de potasio. Una vez que el hidrógeno deja de arder, muchas personas quieren mirar dentro del cristalizador. En este momento, ocurre la etapa final de la reacción del potasio con el agua, acompañada de una explosión débil y salpicaduras del álcali caliente formado. Por tanto, por motivos de seguridad, conviene mantener cierta distancia de la mesa del laboratorio hasta que se complete la reacción. encontrarás las experiencias más espectaculares que uno puede tener con los niños en casa.

Estructura de potasio

Un átomo de potasio consta de un núcleo, que contiene protones y neutrones, y electrones que lo orbitan. El número de electrones siempre es igual al número de protones dentro del núcleo. Cuando un electrón se desconecta o se une a un átomo, deja de ser neutro y se convierte en un ion. Los iones se dividen en cationes y aniones. Los cationes tienen carga positiva y los aniones negativos. Cuando un electrón se une a un átomo, se convierte en un anión; si uno de los electrones abandona su órbita, el átomo neutro se convierte en un catión.

El número ordinal de potasio en la tabla periódica de Mendeleev es 19. Esto significa que también hay 19 protones en el núcleo de un elemento químico. Conclusión: hay 19 electrones alrededor del núcleo. El número de protones en la estructura se determina como sigue desde masa atomica reste el número ordinal del elemento químico. Conclusión: hay 20 protones en el núcleo de potasio. El potasio pertenece al período IV, tiene 4 "órbitas", en las que los electrones están ubicados uniformemente, estando en constante movimiento. En la primera "órbita" hay 2 electrones, en la segunda - 8; en la tercera y última, cuarta "órbita" rota 1 electrón. Esto explica el alto nivel de actividad química del potasio: su última "órbita" no está completamente llena, por lo que el elemento tiende a combinarse con otros átomos. Como resultado, los electrones de las últimas órbitas de los dos elementos se volverán comunes.