Reaktsioone, mis muudavad elementide oksüdatsiooniastet, nimetatakse redoksreaktsioonideks. Kaaliumi omadused ja koostoime veega Kaaliumi koostoime komplekssete ainetega

Valage lehtri ja klaaspulga abil reaktori kanistrisse alumiiniumviilud, seejärel leelistage, sulgege auk kleeplindi tükiga ja raputage sisu. Järgmisena kinnitage vastuvõtja. Selle alumine auk (vesiniku vabastamiseks) tuleb sulgeda naelaga. Määrige reaktori ja vastuvõtja ühenduskohta õrnalt alabastripudruga (võtke seda üsna vähe). Pärast 5-minutilist ootamist kuivatage ühendust fööniga umbes 4-5 minutit.

Nüüd mähime märja vati ettevaatlikult 5-8 mm äärtest tagasi astudes vastuvõtja pleki peale ja kinnitame peenikese traadiga.

Kõigepealt eemaldage küünekork. Seejärel soojendame reaktsiooniseguga purki järk-järgult põletiga (raha säästmiseks võite kasutada puhurit).

Kütmiseks kasutasin butaanipurki ja ülalmainitud suurt põletiotsikut. Purgi sees olev põlevgaas jahtub ja aja jooksul leek veidi väheneb, mistõttu pidin butaanipurki käsitsi soojendama.

Jälgi, et pool "retordist" oleks kuumutatud oranži kuumuseni, vastuvõtja kõri tuleb kuumutada punase kuumuse alguseni. Kuumuta umbes 13-14 minutit. Reaktsiooniga kaasneb algselt vastuvõtjast väljuva violetse leegi ilmumine, seejärel väheneb see järk-järgult ja kaob, seejärel saate naela sisestamisega auku vähendada (lahti ja vahega). Reaktsiooni ajal niisutage vatt järk-järgult pipetiga, vältides vee sattumist liigestesse.

Pärast kuumutamise peatamist sisestage pistik kindlalt. Laske seadmel toatemperatuurini jahtuda! Viisin selle lihtsalt külma kätte. Seejärel eemaldame vati ja kustutame vee jäljed.

Valmistage eelnevalt ette koht, kus vastuvõtjast kaaliumi kraapite. Olge teadlik tulekahjuohust! Teil peaks olema bensiin, pintsetid, omatehtud kaabits, kaaliumimahuti inertse vedelikuga, nagu petrooleum või õli. Soovitav on vedelik kuivatada. Kraabime kipsi maha ja eraldame vastuvõtja. Panime kohe polüetüleeni tüki vastuvõtja kurku ja surume plastiliiniga alla (või teeme eelnevalt korgi). Avame vastuvõtja pooled, vasakul pool kondenseerunud põhiosa kaaliumist (mis oli kaelaga reaktori küljes), parema külje sees olid ainult kaaliumi jäljed (vastuvõtja struktuur on näidatud foto). Valage vasakusse serva bensiin (mina kasutasin heksaani). Seda tehakse selleks, et kaitsta metalli oksüdeerumise eest (bensiin on hea, sest siis aurustub see jäljetult ning külmkappi saab uuesti kasutada ilma kipspahtlit häirimata). Operatsioon viiakse läbi kaitseprillides!

Kraapige spaatliga metall seintelt, seejärel asetage see pintsettidega säilitusnõusse. Pidage meeles, et väikesed kaaliumilaastud oksüdeeruvad õhus nii kiiresti, et võivad süttida. Seda on lihtne näha, kui lamedate kuivatatud kaaliumitüki noaga ettevaatlikult paberile (soovitavalt filter- või tualettpaberile) – kaalium süttib tavaliselt. Osa metallist osutub väikeste laastude ja teradena. Neid saab koguda, loputades bensiiniga säilitusnõusse või kuiva tassi. Need on kasulikud veega reageerimisel: isegi väikesed terad põlevad ilusate lillade tuledega.

Pudelisse õnnestus koguda umbes 1,1 g kaaliumi (0,7-0,8 g kompaktse massina). Kokku tekkis umbes 1,3 g metalli. Ma ei kogunud osa kaaliumist jääkide kujul, kuivatasin selle heksaanist paberiga ja kandsin pintsettidega vette (mugav on terad paberilt lihtsalt maha raputada). Pärast reaktsiooni peate eemaldama vastuvõtjast metalli jäljed, lihtsalt visake parem pool ("alumine") väljasirutatud käele vette ja liikuge kohe eemale. Laske vasakpoolsel poolel õhus lebada, kuni kaaliumi jäljed on osaliselt oksüdeerunud, seejärel eemaldage need traadilt niiske vatiga (ilma krohvipahtlit kahjustamata). Seejärel loputage vastuvõtjat pipetiga ja kuivatage salvrätikuga (olge ettevaatlik, et mitte suunata ava enda poole).

Kaalium - Mendelejevi perioodilisuse tabeli üheksateistkümnes element, kuulub leelismetallide hulka. See on lihtne aine, mis tavatingimustes on agregeerunud tahkes olekus. Kaalium keeb temperatuuril 761 °C. Elemendi sulamistemperatuur on 63 °C. Kaalium on hõbevalge värvusega metallilise läikega.

Kaaliumi keemilised omadused

Kaalium - millel on kõrge keemiline aktiivsus, mistõttu seda ei saa hoida vabas õhus: leelismetall reageerib koheselt ümbritsevate ainetega. See keemiline element kuulub perioodilisuse tabeli I rühma ja IV perioodi. Kaaliumil on kõik metallidele iseloomulikud omadused.

Ta suhtleb lihtsad ained, mis hõlmavad halogeene (broomi, kloori, fluori, joodi) ning fosforit, lämmastikku ja hapnikku. Kaaliumi ja hapniku vastasmõju nimetatakse oksüdatsiooniks. Selle keemilise reaktsiooni käigus tarbitakse hapnikku ja kaaliumi molaarsuhtes 4:1, mille tulemusena moodustub kaaliumoksiid kahes osas. Seda koostoimet saab väljendada reaktsioonivõrrandiga:

4K + O₂ \u003d 2K₂O

Kaaliumi põlemisel täheldatakse eredalt lillat leeki.

Sellist koostoimet peetakse kvalitatiivseks reaktsiooniks kaaliumisisalduse määramisele. Kaaliumi reaktsioone halogeenidega nimetatakse keemiliste elementide nimetuste järgi: need on fluorimine, jodimine, broomimine, kloorimine. Sellised vastasmõjud on liitumisreaktsioonid. Näiteks võib tuua kaaliumi ja kloori vahelise reaktsiooni, mille tulemusena tekib kaaliumkloriid. Sellise interaktsiooni läbiviimiseks võetakse kaks mooli kaaliumi ja üks mool. Selle tulemusena moodustub kaks mooli kaaliumi:

2K + СІ₂ = 2КІ

Kaaliumkloriidi molekulaarstruktuur

Vabas õhus põletamisel kulub kaalium ja lämmastik molaarsuhtes 6:1. Selle interaktsiooni tulemusena moodustub kaaliumnitriid kahes osas:

6K + N2 = 2K3N

Ühend on rohekasmustad kristallid. Kaalium reageerib fosforiga samamoodi. Kui võtate 3 mooli kaaliumi ja 1 mooli fosforit, saate 1 mooli fosfiidi:

3K + P = K₃P

Kaalium reageerib vesinikuga, moodustades hüdriidi:

2K + N₂ = 2KN

Kõik liitumisreaktsioonid toimuvad kõrgel temperatuuril

Kaaliumi koostoime komplekssete ainetega

Keerulised ained, millega kaalium reageerib, on vesi, soolad, happed ja oksiidid. Kuna kaalium on aktiivne metall, tõrjub see välja vesinikuaatomid nende ühenditest. Näiteks on reaktsioon kaaliumi ja vesinikkloriidhappe vahel. Selle rakendamiseks võetakse 2 mooli kaaliumi ja hapet. Reaktsiooni tulemusena moodustub 2 mooli kaaliumkloriidi ja 1 mooli vesinikku:

2K + 2HCI = 2KSI + H2

Üksikasjalikumalt tasub kaaluda kaaliumi ja veega interaktsiooni protsessi. Kaalium reageerib ägedalt veega. See liigub veepinnal, seda surub eralduv vesinik:

2K + 2H2O = 2KOH + H2

Reaktsiooni käigus eraldub ajaühikus palju soojust, mis viib kaaliumi ja eralduva vesiniku süttimiseni. See on väga huvitav protsess: veega kokkupuutel süttib kaalium koheselt, violetne leek praguneb ja liigub kiiresti mööda veepinda. Reaktsiooni lõpus tekib põleva kaaliumi ja reaktsioonisaaduste tilkade pritsimisega välk.

Kaaliumi reaktsioon veega

Kaaliumi ja veega reageerimise peamine lõpp-produkt on kaaliumhüdroksiid (leelised). Kaaliumi ja veega reageerimise võrrand:

4K + 2H2O + O2 = 4KOH

Tähelepanu! Ärge proovige seda kogemust ise korrata!

Kui katse tehakse valesti, võite saada leelisega põletuse. Reaktsiooniks kasutatakse tavaliselt veega kristallisaatorit, millesse asetatakse tükk kaaliumi. Niipea, kui vesinik lõpetab põlemise, tahavad paljud kristallisaatorisse vaadata. Sel hetkel toimub kaaliumi ja veega reageerimise viimane etapp, millega kaasneb nõrk plahvatus ja tekkinud kuuma leelise pritsimine. Seetõttu tasub ohutuse huvides hoida laborilauast teatud distantsi kuni reaktsiooni lõppemiseni. leiate kõige suurejoonelisemad elamused, mida saate oma lastega kodus kogeda.

Kaaliumi struktuur

Kaaliumiaatom koosneb tuumast, mis sisaldab prootoneid ja neutroneid ning selle ümber tiirlevaid elektrone. Elektronide arv on alati võrdne tuuma sees olevate prootonite arvuga. Kui elektron on aatomiga eraldunud või kinnitunud, lakkab see olemast neutraalne ja muutub iooniks. Ioonid jagunevad katioonideks ja anioonideks. Katioonidel on positiivne laeng, anioonidel on negatiivne laeng. Kui elektron on aatomiga seotud, muutub see aniooniks; kui üks elektronidest lahkub oma orbiidilt, muutub neutraalne aatom katiooniks.

Kaaliumi seerianumber perioodilisustabel Mendelejev – 19. Niisiis, prootonid tuumas keemiline element neid on ka 19. Järeldus: elektrone on tuuma ümber 19. Prootonite arv struktuuris määratakse järgmiselt: lahutada aatommassist keemilise elemendi järjekorranumber. Järeldus: kaaliumi tuumas on 20 prootonit. Kaalium kuulub IV perioodi, sellel on 4 "orbiiti", millel on ühtlaselt jaotunud elektronid, mis on pidevas liikumises. Esimesel "orbiidil" on 2 elektroni, teisel - 8; kolmandal ja viimasel, neljandal "orbiidil" pöörleb 1 elektron. See selgitab kõrge tase keemiline aktiivsus kaalium: selle viimane "orbiit" ei ole täielikult täidetud, nii et element kipub ühinema teiste aatomitega. Selle tulemusena muutuvad kahe elemendi viimaste orbiitide elektronid ühiseks.

Teema 1.6. Redoksreaktsioonid.

Küsimused eelnevalt uuritud teemal:

1. Millistel juhtudel soolade vesilahuste elektrolüüsi ajal:

a) katoodil eraldub vesinik;

b) anoodil eraldub hapnik;

c) kas samaaegselt redutseeritakse metalli katioonid ja vee vesiniku katioonid?

1. Milliseid elektroodidel toimuvaid protsesse kombineeritakse üldnimetus""elektrolüüs""?
2. Mis vahe on seebikivisulami elektrolüüsil ja selle lahuse elektrolüüsil?
3. Millise aku poolusega - positiivse või negatiivse - tuleks metallosa ühendada, kui see on kroomitud.
4. Avastage elektrolüüsi tähendus; kontseptsioon - elektrolüüs.
5. Millised keemilised protsessid toimuvad katoodil ja anoodil kaaliumjodiidi lahuse elektrolüüsil? Kaaliumjodiidi sulam?
6. Tehke elektrolüüsi skeemid järgmiste soolade sulamite ja lahuste süsinikelektroodide abil: KCl.
7. Millises järjestuses redutseeritakse katioonid nende sama kontsentratsiooniga (anoodilahustumatud) soolade elektrolüüsil järgmise koostisega: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Selgitage, miks metallilist kaaliumit ei saa süsinikelektroodidelt elektrolüüsi teel vesilahus kaaliumkloriid, kuid seda saab saada selle soola sulami elektrolüüsil?
9. Katoodil hõbenitraadi vesilahuse elektrolüüsi käigus moodustub:

a) Ag b) NO 2 c) NO d) H2?

tea oksüdatiivse põhimõisted ja olemus vähendavad reaktsioonid, meetodiga redoksreaktsioonide koostamise reeglid elektrooniline tasakaal;

suutma klassifitseerida reaktsioone oksüdatsiooniastme järgi; defineerida ja rakendada mõisteid: "oksüdatsiooniaste", "oksüdeerijad ja redutseerijad", "oksüdatsiooni- ja redutseerimisprotsessid"; koostada elektrooniline kaal redoksreaktsioonide jaoks ja kasutada seda koefitsientide järjestamiseks molekulaarvõrrandis.

Elementide omaduste muutmine sõltuvalt nende aatomite struktuurist

Olles eelnevalt tüüpe uurinud keemilised reaktsioonid, molekulide ehitus, põhiklasside seos keemilised ühendid, võime öelda, et enamik reaktsioone - liitumine, lagunemine ja asendamine - kulgevad koos reageerivate ainete aatomite oksüdatsiooniastme muutumisega ja ainult vahetusreaktsioonides seda ei toimu.

Reaktsioone, mis muudavad elementide oksüdatsiooniastet, nimetatakse redoksreaktsioonideks.

Redoksreaktsioonide võrrandite kirjutamiseks on mitu võimalust. Peatugem definitsioonist lähtuva elektroonilise bilansi meetodil koguarv liikuvad elektronid. Näiteks:

MnO 2 + KClO 3 + KOH \u003d K 2 MnO 4 + KCl + H 2 O

Määrame kindlaks, milliste elementide aatomid on oksüdatsiooni olekut muutnud:

Mn → Mn Cl → Cl

Määrake kadunud (-) ja saadud (+) elektronide arv:

Mn - 2 e→ Mn Cl + 6 e→ Сl

Kaotatud ja saadud elektronide arv peaks olema sama. Mõlemad poolreaktsiooni protsessid on kujutatud järgmiselt:

redutseerija Mn - 2 eˉ → Мn 3 3Мn – 6 eˉ → 3Mn oksüdatsioon

oksüdeeriv aine Cl + 6 eˉ → Сl 1 Сl + 6 eˉ → Сl taastamine

Oksüdeeriva aine ja redutseerija peamised koefitsiendid kantakse üle reaktsioonivõrrandisse

3MnO2 + KClO3 + 6KOH \u003d 3K2MnO4 + KCl + 3H2O

Mangaani +4 muundumisprotsess mangaaniks +6 on elektronide tagasilöögi (kadu) langus, s.o. oksüdatsioon; Cl(+5) Cl(-1)-ks muutmise protsess on elektronide saamise protsess, s.o. taastumisprotsess. Sel juhul on MnO 2 aine redutseerija ja KClO 3 oksüdeeriv aine.

Mõnikord täidab üks reaktsioonis osalevatest ainetest korraga kahte funktsiooni: oksüdeerija (või redutseerija) ja soolamoodustaja. Vaatleme näitena reaktsiooni

Zn + HNO 3 \u003d Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + H 2 O

Koostage oksüdeeriva aine ja redutseerija poolreaktsioonid. Tsink kaotab kaks elektroni ja lämmastik N(+5) saab kaheksa elektroni:

Zn-2 eˉ → Zn 8 4

N+8 eˉ → N 2 1

Seega on nelja tsingi aatomi oksüdeerimiseks soola moodustamiseks vaja kaheksa HNO 3 molekuli ja kaks HNO 3 molekuli.

4Zn + 2HNO 3 + 8HNO 3 \u003d 4Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

4Zn + 10HNO 3 \u003d 4Zn (NO 3) 2 + NH 4 NO 3 + 3H 2 O

Redoksreaktsioonide võrrandite tüübid.

Põhilised oksüdeerivad ja redutseerivad ained.

Redoksreaktsioonid jagunevad kolme rühma: molekulidevahelised, molekulisisesed ja disproportsioonireaktsioonid.

Nimetatakse reaktsioone, milles üks aine on oksüdeerija ja teine ​​redutseerija molekulidevahelised reaktsioonid, näiteks:

2KMnO4 + 16HCl \u003d 2MnCl2 + 5Cl2 + 2KCl + 8H2O

Molekulidevahelised reaktsioonid hõlmavad ka reaktsioone ainete vahel, milles sama elemendi interakteeruvatel aatomitel on erinevad oksüdatsiooniastmed:

2H 2 S + SO 2 \u003d 3S + 2H 2 O

Nimetatakse reaktsioone, mis tekivad aatomite oksüdatsiooniastme muutumisel samas molekulis intramolekulaarsed reaktsioonid, näiteks:

2KClO 3 \u003d 2KCl + 3O 2

Intramolekulaarsed reaktsioonid hõlmavad reaktsioone, milles sama elemendi aatomitel on erinevad oksüdatsiooniastmed:

NH 4 NO 3 \u003d N 2 O + H 2 O

Reaktsioone, milles oksüdeerivat ja redutseerivat funktsiooni täidavad sama elemendi samas oksüdatsiooniastmes olevad aatomid, nimetatakse ebaproportsionaalsuse reaktsioonid, näiteks:

2Nа 2O 2 + 2СО 2 = 2NAСО 3 + О 2

Oksüdeerijad

Aatomi või iooni oksüdeerimisvõime mõõt, nagu juba mainitud, on elektronide afiinsus, s.o. nende võime elektrone vastu võtta.

Oksüdeerijad on:

1. Kõik mittemetallide aatomid. Kõige tugevamad oksüdeerivad ained on halogeeniaatomid, kuna need on võimelised vastu võtma ainult ühte elektroni. Rühmaarvu vähenemisega langevad neis paiknevate mittemetallide aatomite oksüdatsioonivõimed. Seetõttu on IV rühma mittemetallide aatomid kõige nõrgemad oksüdeerivad ained. Rühmades ülalt alla vähenevad aatomiraadiuste suurenemise tõttu ka mittemetallide aatomite oksüdeerivad omadused.

2. Positiivselt laetud metalliioonid olekus kõrge aste oksüdatsioon, näiteks:

KMnO 4, K 2 CrO 4, V 2 O 5, MnO 2 jne.

Lisaks on oksüdeerivad ained madala oksüdatsiooniastmega metalliioonid, näiteks:

Ag, Hg, Fe, Cu jne.

3. Kontsentreeritud HNO 3 ja H 2 SO 4 happed.

Restauraatorid

Taastajad võivad olla:

1. Kõigi elementide aatomid, välja arvatud He, Ne, Ar, F. Nende elementide aatomid, mille viimasel kihil on üks, kaks, kolm elektroni, kaotavad elektrone kõige kergemini.

2. Positiivselt laetud metalliioonid madala oksüdatsiooniastmega, näiteks:

Fe, Cr, Mn, Sn, Cu.

3. Negatiivselt laetud ioonid, näiteks: Сlˉ, Вгˉ, Iˉ, S 2 ˉ.

4. Nõrgad happed ja nende soolad, näiteks: H 2 SO 3 ja K 2 SO 3; HNO 2 ja KNO 2.

Küsimused uuritud teema kohta:

1. Milliseid reaktsioone nimetatakse redoksreaktsioonideks? Mille poolest erinevad redoksreaktsioonid teistest keemilistest reaktsioonidest?

1. Miks näitavad metallid ühendites ainult positiivseid oksüdatsiooniastmeid, mittemetallid aga nii positiivseid kui negatiivseid?
2. Milliseid aineid nimetatakse oksüdeerivateks ja milliseid redutseerivateks aineteks?
3. Kuidas saab suhtelist elektronegatiivsust kasutada molekuli aatomitevahelise sideme olemuse üle otsustamiseks?
4. Milline on seos elektronide afiinsuse energia ja keemilise elemendi oksüdeeriva võimsuse vahel?
5. Milliseid kompleksaineid iseloomustavad ainult oksüdeerivad omadused? Millistel juhtudel võivad kompleksained toimida oksüdeerivate ja redutseerivate ainetena?
6. Järgmistes reaktsioonivõrrandites määrake oksüdeerija ja redutseerija, nende oksüdatsiooniaste, järjestage koefitsiendid:

a) HgS + HNO 3 + Hcl → HgCl 2 + S + NO + H 2 O

b) SnCl 2 + K 2 Cr 2 O 7 + H 2 SO 4 → Sn (SO 4) 2 + SnCl 4 + Cr 2 (SO 4) 3 + K 2 SO 4 + H 2 O

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

1. Järgmistes reaktsioonides, milles oksüdeeriv aine ja redutseerija on samas aines (molekulaarse oksüdatsiooni - redutseerimise reaktsioonid), korraldage koefitsiendid:

a) NH 4 NO 3 → N 2 O + H 2 O

b) KClO 3 → KCl + O 2

c) Ag 2 O → Ag + O 2

1. Disproportsioonireaktsioonide jaoks (iseoksüdatsioon - iseparanemine) kirjutage elektroonilised vooluringid ja korraldage koefitsiendid:

a) K 2 MnO 4 + H 2 O → KMnO 4 + MnO 2 + KOH

b) HclO 3 → ClO 2 + HclO 4

c) HNO 2 → HNO 3 + NO + H 2 O

1. Millised järgmistest reaktsioonidest on molekulisisesed ja millised disproportsioonireaktsioonid:

a) Hg (NO 3) 2 → Hg + NO 2 + O 2

b) Cu (NO 3) 2 → CuO + NO 2 + O 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

Valige iga reaktsiooni koefitsiendid.

Kirjandus: 1, 2,3.