Защо не може да се получи метален калий. Реакциите, в резултат на които се променя степента на окисление на елементите, се наричат ​​редокс реакции. Химични свойства на калия

Калият - деветнадесетият елемент от периодичната таблица на Менделеев, принадлежи към алкалните метали. Това е просто вещество, което при нормални условия се намира в твърдо вещество агрегатно състояние... Калият кипи при температура от 761 ° C. Точката на топене на елемента е 63 ° C. Калият има сребристо бял цвят с метален блясък.

Химични свойства на калия

Калият е силно реактивен, така че не може да се съхранява на открито: алкален метал реагира мигновено с околните вещества. Този химичен елемент принадлежи към I група и IV период на периодичната таблица. Калият притежава всички свойства, характерни за металите.

Той взаимодейства с прости вещества, които включват халогени (бром, хлор, флуор, йод) и фосфор, азот и кислород. Взаимодействието на калия с кислорода се нарича окисление. По време на тази химическа реакция кислородът и калият се консумират в моларно съотношение 4: 1, което води до две части калиев оксид. Това взаимодействие може да се изрази с уравнението на реакцията:

4K + O₂ = 2K2O

По време на горенето на калий се наблюдава ярък лилав пламък.

Това взаимодействие се разглежда качествен отговорза определяне на калий. Реакциите на калий с халогени се наричат ​​според имената на химичните елементи: флуориране, йодиране, бромиране, хлориране. Такива взаимодействия са реакции на присъединяване. Пример за това е реакцията между калий и хлор, която води до образуването на калиев хлорид. За да осъществите такова взаимодействие, вземете два мола калий и един мол. В резултат на това се образуват две мола калий:

2K + CIS = 2KSI

Молекулна структуракалиев хлорид

При изгаряне на открито калий и азот се консумират в моларно съотношение 6: 1. В резултат на това взаимодействие калиевият нитрид се образува в две части:

6K + N2 = 2K3N

Съединението е зелено-черни кристали. Калият реагира с фосфор по същия принцип. Ако вземете 3 мола калий и 1 мол фосфор, получавате 1 мол фосфид:

3K + R = K3R

Калият реагира с водород, за да образува хидрид:

2K + H2 = 2KN

Всички реакции на добавяне протичат при високи температури

Взаимодействие на калий със сложни вещества

Сложните вещества, с които калият реагира, включват вода, соли, киселини и оксиди. Тъй като калий - активен метал, той измества водородните атоми от техните съединения. Пример е реакцията, която протича между калий и солна киселина... За изпълнението му се вземат 2 мола калий и киселина. В резултат на реакцията се образуват 2 mol калиев хлорид и 1 mol водород:

2K + 2NSI = 2KSI + Н₂

Струва си да разгледаме по-подробно процеса на взаимодействие на калий с вода. Калият реагира бурно с вода. Движи се по повърхността на водата, избутва се от освободения водород:

2K + 2H2O = 2KOH + H2

В хода на реакцията се отделя много топлина за единица време, което води до запалване на калий и освободения водород. Това е много интересен процес: при контакт с вода калият моментално се запалва, виолетовият пламък пука и бързо се движи по повърхността на водата. В края на реакцията се получава светкавица с пръскане на капчици горящ калий и реакционни продукти.

Реакция на калий с вода

Основният краен продукт от реакцията на калий с вода е калиев хидроксид (алкал). Уравнението за реакцията на калий с вода:

4K + 2H2O + O2 = 4KOH

Внимание! Не опитвайте сами това преживяване!

Ако експериментът се извърши неправилно, можете да получите алкално изгаряне. За реакцията обикновено се използва кристализатор с вода, в който се поставя парченце калий. След като водородът спре да гори, много хора искат да погледнат в кристализатора. В този момент настъпва последният етап от реакцията на калий с вода, придружен от слаба експлозия и разпръскване на образуваната гореща алкална основа. Ето защо, от съображения за безопасност, си струва да се държи известно разстояние от лабораторната маса, докато реакцията завърши. ще намерите най-зрелищните преживявания, които човек може да има с деца у дома.

Структура на калий

Калиевият атом се състои от ядро, което съдържа протони и неутрони, и електрони, обикалящи около него. Броят на електроните винаги е равен на броя на протоните вътре в ядрото. Когато един електрон е изключен или прикрепен към атом, той престава да бъде неутрален и се превръща в йон. Йоните се разделят на катиони и аниони. Катионите са положително заредени, а анионите - отрицателни. Когато електрон е прикрепен към атом, той се превръща в анион; ако един от електроните напусне орбитата си, неутралният атом се превръща в катион.

Поредният номер на калия в периодичната таблица на Менделеев е 19. Това означава, че протоните в ядрото химичен елементе също 19. Заключение: около ядрото има 19 електрона Броят на протоните в структурата се определя по следния начин: от атомна масаизвадете поредния номер на химичния елемент. Заключение: в калиевото ядро ​​има 20 протона. Калият принадлежи към IV период, има 4 "орбити", върху които електроните са разположени равномерно, като са в постоянно движение. В първата "орбита" има 2 електрона, във втората - 8; в третата и последна, четвърта "орбита" се върти 1 електрон. Това обяснява високо ниво химическа активносткалий: последната му "орбита" не е напълно запълнена, така че елементът има тенденция да се комбинира с други атоми. В резултат на това електроните на последните орбити на двата елемента ще станат общи.

Тема 1.6. Редокс реакции.

Въпроси по предварително проучена тема:

1. В какви случаи по време на електролиза на водни разтвори на соли:

а) на катода се отделя водород;

б) на анода се отделя кислород;

в) Осъществява ли се едновременното редуциране на метални катиони и водородни катиони на водата?

1. Какви процеси, протичащи върху електродите, се наричат ​​общо "електролиза"?
2. Каква е разликата между електролизата на стопилка на сода каустик и електролизата на нейния разтвор?
3. С кой полюс на акумулатора - положителен или отрицателен, трябва да се свърже металната част, когато е хромирана.
4. Да разкрие значението на електролизата; понятие - електролиза.
5. Какъв вид химични процесивъзникват на катода и анода по време на електролизата на разтвор на калиев йодид? Стопянето на калиев йодид?
6. Съставете схеми на електролиза с помощта на въглеродни електроди на стопилки и разтвори на следните соли: КСl.
7. В каква последователност ще се редуцират катиони по време на електролизата на техните соли със същата концентрация (неразтворим анод) със следния състав: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Обяснете защо металният калий не може да бъде получен от въглеродни електроди чрез електролиза воден разтворкалиев хлорид, но може ли да се получи чрез електролиза на стопилката на тази сол?
9. По време на електролизата на воден разтвор на сребърен нитрат на катода се образува следното:

a) Аg b) NO 2 c) NO d) H 2?

знаяосновни понятия и същност на редокс реакциите, правила за съставяне на редокс реакции по метода на електронния баланс;

да можекласифицира реакциите по отношение на степента на окисление; дефинират и прилагат понятията: „степен на окисление“, „окислители и редуциращи агенти“, „окислителни и редукционни процеси“; съставете електронен баланс за редокс реакции и го използвайте за подреждане на коефициентите в молекулярното уравнение.

Промяна на свойствата на елементите в зависимост от структурата на техните атоми

След като разгледахме видовете по-рано химична реакция, молекулярна структура, взаимовръзка на основните класове химични съединения, можем да кажем, че повечето реакции - добавяне, разлагане и заместване, протичат с промяна в степента на окисление на атомите на реагиращите вещества и само при метаболитни реакции това не се случва.

Реакциите, в резултат на които се променя степента на окисление на елементите, се наричат ​​редокс реакции.

Има няколко начина за формулиране на уравненията на редокс реакциите. Нека се спрем на метода на електронния баланс, базиран на определението общата сумадвижещи се електрони. Например:

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

Определете атомите на кои елементи са променили степента на окисление:

Мn → Мn Сl → Сl

Определете броя на загубените (-) и получените (+) електрони:

Mn - 2 д→ Мn Сl + 6 д→ Сl

Броят на загубените и спечелените електрони трябва да е еднакъв. Представяме двата процеса на полуреакция, както следва:

редуциращ агент Мn - 2 дˉ → Мn 3 3Мn - 6 дˉ → 3Мn окисление

окислител Сl + 6 дˉ → Сl 1 Сl + 6 дˉ → Сl възстановяване

Основните коефициенти за окислителя и редуциращия агент се прехвърлят в уравнението на реакцията

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

Процесът на трансформация на манган +4 в манган +6 е провисването на отката (загубата) на електроните, т.е. окисляване; процесът на превръщане на Сl (+5) в Сl (-1) е процесът на получаване на електрони, т.е. възстановителен процес. В този случай веществото MnO 2 е редуциращ агент, а KClO 3 е окислител.

Понякога едно от веществата, участващи в реакцията, изпълнява две функции едновременно: окислител (или редуциращ агент) и сол, образуващ агент. Да разгледаме като пример реакцията

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

Нека съставим полуреакциите за окислителя и редуктора. Цинкът губи два електрона, а азотът N (+5) получава осем електрона:

Zn - 2 дˉ → Zn 8 4

N + 8 дˉ → N 2 1

Така окисляването на четири цинкови атома изисква осем молекули HNO 3 и две молекули HNO 3 за образуване на сол.

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

Видове уравнения за редокс реакции.

Основни окислители и редуциращи агенти.

Редокс реакциите са разделени на три групи: междумолекулни, вътрешномолекулни и диспропорционални реакции.

Наричат ​​се реакции, при които едното вещество служи като окислител, а другото като редуциращ агент междумолекулни реакции, например:

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

Междумолекулните реакции включват и реакции между вещества, при които взаимодействащите атоми на един и същи елемент имат различни степени на окисление:

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

Реакциите, които протичат с промяна в степента на окисление на атомите в една и съща молекула, се наричат вътрешномолекулни реакции, например:

2KClO 3 = 2KCl + 3O 2

Вътремолекулните реакции включват реакции, при които атомите на един и същи елемент имат различни степени на окисление:

NH4NO3 = N2O + H2O

Реакции, при които окислителни и редукционни функции се извършват от атоми на един елемент в същото окислително състояние, се наричат диспропорционални реакции, например:

2Nа 2 O 2 + 2СО 2 = 2NаСО 3 + О 2

Окислители

Мярка за окислителната способност на атом или йон, както вече беше споменато, е електронният афинитет, т.е. способността им да приемат електрони.

Окислителните агенти са:

1. Всички атоми на неметали. Най-силните окислители са халогенните атоми, тъй като те могат да приемат само един, електрон. С намаляване на броя на групата окислителната способност на неметалните атоми, разположени в тях, намалява. Следователно атомите на неметалите от група IV са най-слабите окислители. В групи от горе до долу окислителни свойстваатомите на неметалите също намаляват поради увеличаване на радиусите на атомите.

2. Положително заредени метални йони в състояние на висока степен на окисление, например:

КМnО 4, К 2 СrО 4, V 2 O 5, МnО 2 и др.

В допълнение, окислителите са метални йони с ниско ниво на окисление, например:

Ag, Hg, Fe, Cu и др.

3. Концентрирани киселини HNO3 и H2SO4.

Редуциращи агенти

Реставраторите могат да бъдат:

1. Атомите на всички елементи, с изключение на He, Ne, Ar, F. Атомите на онези елементи, които имат един, два, три електрона на последния слой, най-лесно губят електрони.

2. Положително заредени метални йони в ниско окислително състояние, например:

Fe, Cr, Mn, Sn, Cu.

3. Отрицателно заредени йони, например: Clˉ, Brˉ, Iˉ, S 2 ˉ.

4. Слаби киселини и техните соли, например: H 2 SO 3 и K 2 SO 3; HNO 2 и KNO 2.

Въпроси по изучаваната тема:

1. Какви реакции се наричат ​​редокс реакции? Как окислително-редукционните реакции се различават от другите химични реакции?

1. Защо металите в съединенията показват само положителни степени на окисление, а неметалите както положителни, така и отрицателни?
2. Кои вещества се наричат ​​окислители и какви редуциращи агенти?
3. Как може да се прецени естеството на връзката между атомите в една молекула по относителната електроотрицателност?
4. Каква е връзката между енергията на електронен афинитет и окислителната способност на химичния елемент?
5. Кои сложни вещества се характеризират само с окислителни свойства? В кои случаи сложни веществаможе да действа като окислител и редуциращ агент?
6. В следните реакционни уравнения определете окислителя и редуктора, тяхното окислително състояние, поставете коефициентите:

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

б) 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

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

1. В следните реакции, при които окислителят и редуциращият агент са в едно и също вещество (вътремолекулни окислително-редукционни реакции), поставете коефициентите:

а) NH 4 NO 3 → N 2 O + H 2 O

б) КСlO 3 → КСl + О 2

в) Ag 2 O → Ag + O 2

1. За реакции на диспропорциониране (самоокисляване - самовъзстановяване) напишете електронни схеми и поставете коефициентите:

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

б) НСlO 3 → СlO 2 + НСlO 4

в) HNO 2 → HNO 3 + NO + H 2 O

1. Кои от следните реакции са вътремолекулни и кои са реакции на диспропорциониране:

а) Нg (NO 3) 2 → Нg + NO 2 + О 2

б) Сu (NO 3) 2 → СuО + NO 2 + О 2

в) K 2 SO 3 → K 2 SO 4 + K 2 S

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

Изберете коефициентите за всяка реакция.

литература: 1, 2,3.

С помощта на фуния и стъклена пръчка изсипете алуминиеви стърготини в реактора за консерви, след това алкали, затворете дупката с парче лента и разклатете съдържанието. След това прикрепяме приемника. Долният му отвор (за изхода на водород) трябва да бъде затворен с пирон. Внимателно намажете съединението на реактора и приемника с алабастрона каша (вземете го доста). След като изчакате 5 минути, изсушете сместа със сешоар за около 4-5 минути.

Сега внимателно увиваме влажната памучна вата върху калайката на приемника, като отстъпваме 5-8 мм от краищата и го фиксираме с тънка тел.

Първо отстранете тапата за нокти. След това, малко по малко, загряваме кутията с реакционната смес с горелка (можете да използвате паялна лампа, за да спестите пари).

За отопление използвах кутия с бутан и горелката с голяма дюза, спомената по-горе. Горимият газ вътре в патрона се охлажда и с течение на времето пламъкът леко намалява, така че трябваше да затопля бутановия патрон с ръка.

Уверете се, че половината от "ретортата" се нагрява до оранжево сияние, гърлото на приемника трябва да се нагрее до началото на червена топлина. Загрейте за около 13-14 минути. Първоначално реакцията е придружена от появата на виолетов пламък, който излиза от приемника, след това постепенно намалява и изчезва, след което можете да намалите дупката, като поставите пирон (хлабав и с пролука)... По време на реакцията постепенно навлажнете памука с пипета, като не позволявате на водата да навлезе в ставите.

След като спрете нагряването, поставете щепсела здраво. Оставете уреда да изстине до стайна температура!Просто го извадих на студа. След това премахваме вата и заличаваме следите от вода.

Подгответе предварително мястото, където ще изстържете калия от приемника. Помнете опасността от пожар! Трябва да имате бензин, пинсета, домашна шпатула-стъргалка, съд за съхранение на калий с инертна течност като керосин или масло. Желателно е течността да бъде изсушена. Изстъргваме мазилката и отделяме приемника. Веднага поставете парче полиетилен върху гърлото на приемника и го натиснете надолу с пластилин (или направете тапа предварително). Отваряме половинките на приемника, основната част от калия се кондензира от лявата страна (която беше свързана с гърло към реактора), вътре в дясната страна имаше само следи от калий (структурата на приемника е показана на снимката). Налейте бензин от лявата страна (аз използвах хексан). Това се прави, за да се предпази метала от окисляване (бензинът е добър, защото след това ще се изпари без следа и можете да използвате хладилника отново, без да счупите гипсовата замазка). Операцията се извършва с очила!

Използвайте шпатула, за да изстържете метала от стените, след което го поставете в контейнера за съхранение с пинсета. Не забравяйте, че малките чипове калий се окисляват толкова бързо във въздуха, че могат да се запалят. Лесно се забелязва, ако внимателно сплескате изсушено парче калий с нож върху лист хартия (за предпочитане филтърна или тоалетна хартия) – калият обикновено се запалва. Част от метала ще излезе под формата на дребни стърготини и зърна. Те могат да бъдат събрани чрез промиване с бензин в контейнер за съхранение или сухо стъкло. Те са полезни за реакция с вода: дори малки зърна горят с красиви лилави светлини.

Успях да събера около 1,1 g калий в бутилка за претегляне (0,7-0,8 g под формата на компактна маса). Общо се образува около 1,3 g метал. Не събирах част от калия под формата на остатъци, попивах го с хартия от хексан и го прехвърлих във водата с пинсети (удобно е просто да се отърсят зърната от хартията). След реакцията трябва да премахнете следите от метал от приемника, просто хвърлете дясната половина („дъното“) във водата с протегната ръка и веднага отстъпете назад. Оставете лявата половина да престои на въздух, докато следите от калий се окислят частично, след което ги отстранете с влажна памучна вата върху тел (без да повредите гипсовата замазка). След това изплакнете приемника с пипета и го подсушете с кърпа (внимавайте да не насочвате дупката към вас).