Miért nem lehet káliumfémet szerezni? Az elemek oxidációs állapotát megváltoztató reakciókat redoxreakcióknak nevezzük. A kálium kémiai tulajdonságai

A kálium - Mengyelejev periódusos rendszerének tizenkilencedik eleme, az alkálifémek közé tartozik. Ez egy egyszerű anyag, amely normál körülmények között szilárd állapotban marad. az összesítés állapota. A kálium 761 °C-on forr. Az elem olvadáspontja 63 °C. A kálium ezüstös-fehér színű, fémes fényű.

A kálium kémiai tulajdonságai

Kálium - amely magas kémiai aktivitású, ezért nem tárolható rajta szabadban: Az alkálifém azonnal reagál a környező anyagokkal. Ez a kémiai elem a periódusos rendszer I. csoportjába és IV. periódusába tartozik. A kálium a fémekre jellemző összes tulajdonsággal rendelkezik.

interakcióba lép vele egyszerű anyagok, amelyek tartalmaznak halogéneket (bróm, klór, fluor, jód) és foszfort, nitrogént és oxigént. A kálium és az oxigén kölcsönhatását oxidációnak nevezik. E kémiai reakció során az oxigén és a kálium 4:1 mólarányban fogyasztódik el, így két rész mennyiségben kálium-oxid képződik. Ez a kölcsönhatás a reakcióegyenlettel fejezhető ki:

4K + O₂ = 2K₂O

A kálium égése során élénk lila színű láng figyelhető meg.

Ezt az interakciót figyelembe veszik kvalitatív reakció a kálium meghatározására. A kálium és a halogének reakcióit a kémiai elemek neve alapján nevezzük el: ezek fluorozás, jódozás, brómozás, klórozás. Az ilyen kölcsönhatások addíciós reakciók. Példa erre a kálium és a klór reakciója, amely kálium-kloridot eredményez. Egy ilyen kölcsönhatás végrehajtásához két mól káliumot és egy mól káliumot veszünk. Ennek eredményeként két mol kálium képződik:

2K + СІ₂ = 2КІ

Molekuláris szerkezet kálium klorid

Szabadtéri égetéskor a kálium és a nitrogén 6:1 mólarányban fogyasztódik el. A kölcsönhatás eredményeként két részből álló kálium-nitrid képződik:

6K + N2 = 2K3N

A vegyület zöld-fekete kristályok. A kálium ugyanúgy reagál a foszforral. Ha bevesz 3 mól káliumot és 1 mól foszfort, akkor 1 mól foszfidot kap:

3K + P = K₃P

A kálium hidrogénnel reagálva hidridet képez:

2K + N2 = 2KN

Minden addíciós reakció magas hőmérsékleten megy végbe

A kálium kölcsönhatása összetett anyagokkal

A kálium reakcióba lépő összetett anyagok közé tartozik a víz, sók, savak és oxidok. Mivel a kálium az aktív fém, kiszorítja a hidrogénatomokat vegyületeikből. Példa erre a reakció a kálium és sósav. A megvalósításhoz 2 mól káliumot és savat veszünk. A reakció eredményeként 2 mol kálium-klorid és 1 mol hidrogén képződik:

2K + 2HCI = 2KSI + H2

Részletesebben érdemes megfontolni a kálium és a víz kölcsönhatásának folyamatát. A kálium hevesen reagál vízzel. A víz felszínén mozog, a felszabaduló hidrogén löki:

2K + 2H2O = 2KOH + H2

A reakció során egységnyi idő alatt sok hő szabadul fel, ami a kálium és a felszabaduló hidrogén meggyulladásához vezet. Ez egy nagyon érdekes folyamat: vízzel érintkezve a kálium azonnal meggyullad, az ibolyaláng recseg-ropog és gyorsan mozog a víz felszínén. A reakció végén felvillanás következik be égő káliumcseppek és reakciótermékek fröccsenésével.

Kálium reakciója vízzel

A kálium vízzel való reakciójának fő végterméke a kálium-hidroxid (lúg). A kálium és a víz reakciójának egyenlete:

4K + 2H2O + O2 = 4KOH

Figyelem! Ne próbáld magad megismételni ezt az élményt!

Ha a kísérletet helytelenül végzik el, lúggal égési sérülést szenvedhet. A reakcióhoz általában vízzel kristályosítót használnak, amelybe egy darab káliumot helyeznek. Amint a hidrogén abbahagyja az égést, sokan bele akarnak nézni a kristályosítóba. Ebben a pillanatban a kálium vízzel való reakciójának végső szakasza következik be, amelyet gyenge robbanás és a keletkező forró lúg fröccsenése kísér. Ezért biztonsági okokból a reakció befejeződéséig érdemes bizonyos távolságot tartani a laboratóriumi asztaltól. a leglátványosabb élményeket fogod megtalálni, amiket gyermekeiddel otthon élhetsz át.

A kálium szerkezete

A káliumatom egy protonokat és neutronokat tartalmazó magból, valamint a körülötte keringő elektronokból áll. Az elektronok száma mindig megegyezik az atommag belsejében lévő protonok számával. Amikor egy elektron levál vagy kapcsolódik egy atomhoz, megszűnik semleges lenni, és ionná alakul. Az ionokat kationokra és anionokra osztják. A kationok pozitív, az anionok negatív töltésűek. Amikor egy elektron kapcsolódik egy atomhoz, anionná válik; ha az egyik elektron elhagyja a pályáját, a semleges atom kationná alakul.

Mengyelejev periódusos rendszerében a kálium sorszáma 19. Ez azt jelenti, hogy az atommag protonjai kémiai elem van még 19. Következtetés: az atommag körül 19 elektron található A szerkezet protonjainak számát a következőképpen határozzuk meg: tól atomtömeg vonjuk le egy kémiai elem sorozatszámát. Következtetés: 20 proton van a káliummagban. A kálium a IV periódusba tartozik, 4 "pályája" van, amelyeken egyenletesen oszlanak el az elektronok, amelyek állandó mozgásban vannak. Az első "pályán" 2 elektron van, a másodikon - 8; a harmadik és az utolsó, negyedik "pályán" 1 elektron forog. Ez megmagyarázza magas szint kémiai tevékenység kálium: utolsó "pályája" nincs teljesen kitöltve, ezért az elem hajlamos más atomokkal egyesülni. Ennek eredményeként a két elem utolsó pályájának elektronjai közössé válnak.

Téma 1.6. Redox reakciók.

Kérdések egy korábban tanulmányozott témában:

1. Milyen esetekben történik a sók vizes oldatainak elektrolízise:

a) hidrogén szabadul fel a katódon;

b) oxigén szabadul fel az anódon;

c) Egyidejűleg redukálódnak a fémkationok és a vízhidrogénkationok?

1. Milyen folyamatokat egyesít az elektródákon az "elektrolízis" elnevezés?
2. Mi a különbség a nátronlúg elektrolízise és az oldatának elektrolízise között?
3. Az akkumulátor melyik pólusához - pozitív vagy negatív - kell csatlakoztatni a fém részt, ha krómozott.
4. Fedezze fel az elektrolízis jelentését; koncepció - elektrolízis.
5. Miféle kémiai folyamatok kálium-jodid oldat elektrolízise során a katódon és az anódon fordulnak elő? Kálium-jodid olvadék?
6. Készítsen elektrolízis sémákat a következő sók olvadékainak és oldatainak szénelektródáival: KCl.
7. Milyen sorrendben redukálódnak a kationok a következő összetételű, azonos koncentrációjú (anódoldhatatlan) sóik elektrolízise során: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Magyarázza meg, miért nem nyerhető fémes kálium a szénelektródákon elektrolízissel! vizesoldat kálium-klorid, de előállítható ennek a sónak az olvadékának elektrolízisével?
9. Az ezüst-nitrát vizes oldatának a katódon történő elektrolízise során a következők képződnek:

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

tud a redoxreakciók alapfogalmai és lényege, a redoxreakciók elektronikus mérleg módszerrel történő összeállításának szabályai;

képesnek lenni osztályozza a reakciókat oxidációs állapot szerint; határozza meg és alkalmazza a következő fogalmakat: „oxidációs állapot”, „oxidálószerek és redukálószerek”, „oxidációs és redukciós folyamatok”; Készítsen egy elektronikus mérleget a redox reakciókhoz, és használja fel az együtthatók molekuláris egyenletbe rendezésére.

Az elemek tulajdonságainak megváltoztatása atomjaik szerkezetétől függően

Miután korábban tanulmányozta a típusokat kémiai reakciók, a molekulák szerkezete, a főbb osztályok kapcsolata kémiai vegyületek, azt mondhatjuk, hogy a legtöbb reakció - az összeadás, a bomlás és a helyettesítés - a reagáló anyagok atomjainak oxidációs állapotának megváltozásával megy végbe, és csak a cserereakciókban ez nem következik be.

Az elemek oxidációs állapotát megváltoztató reakciókat redoxreakcióknak nevezzük.

Számos módja van a redoxreakciók egyenleteinek felírására. Maradjunk az elektronikus mérleg módszerénél a definíció alapján teljes szám mozgó elektronok. Például:

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

Meghatározzuk, hogy mely elemek atomjai változtatták meg az oxidációs állapotot:

Mn → Mn Cl → Cl

Határozza meg az elveszett (-) és nyert (+) elektronok számát:

Mn - 2 e→ Mn Cl + 6 e→ Сl

Az elveszett és nyert elektronok számának azonosnak kell lennie. A félreakció mindkét folyamatát a következőképpen ábrázoljuk:

redukálószer Mn - 2 eˉ → Мn 3 3Мn – 6 eˉ → 3Mn oxidáció

oxidálószer Cl + 6 eˉ → Сl 1 Сl + 6 eˉ → Сl helyreállítás

Az oxidálószer és a redukálószer fő együtthatói átkerülnek a reakcióegyenletbe

3MnO 2 + KClO 3 + 6KOH \u003d 3K 2 MnO 4 + KCl + 3H 2 O

A mangán +4 mangán +6-dá alakulásának folyamata az elektronok visszarúgása (vesztése), azaz. oxidáció; a Cl(+5) Cl(-1) átalakítási folyamata az elektronszerzés folyamata, azaz. helyreállítási folyamat. Ebben az esetben a MnO 2 anyag redukálószer, a KClO 3 pedig oxidálószer.

Néha a reakcióban részt vevő anyagok egyike egyszerre két funkciót lát el: oxidálószer (vagy redukálószer) és sóképző. Tekintsük példaként a reakciót

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

Állítsa össze az oxidálószer és a redukálószer félreakcióit! A cink két elektront veszít, a nitrogén N(+5) pedig nyolc elektront nyer:

Zn-2 eˉ → Zn 8 4

N+8 eˉ → N 2 1

Így négy cinkatom oxidációjához nyolc HNO 3 molekulára és két HNO 3 molekulára van szükség a sóképzéshez.

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

A redoxreakciók egyenleteinek típusai.

Alapvető oxidáló- és redukálószerek.

A redoxreakciókat három csoportra osztják: intermolekuláris, intramolekuláris és diszproporcionációs reakciókra.

Azokat a reakciókat, amelyekben az egyik anyag az oxidálószer, a másik a redukálószer, nevezzük intermolekuláris reakciók, Például:

2KMnO 4 + 16HCl \u003d 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 2KCl + 8H 2 O

Az intermolekuláris reakciók közé tartoznak az olyan anyagok közötti reakciók is, amelyekben ugyanazon elem kölcsönható atomjai eltérő oxidációs állapotúak:

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

Azokat a reakciókat, amelyek az azonos molekulában lévő atomok oxidációs állapotának megváltozásával jönnek létre, ún intramolekuláris reakciók, Például:

2KClO 3 \u003d 2KCl + 3O 2

Az intramolekuláris reakciók közé tartoznak azok a reakciók, amelyekben ugyanazon elem atomjai különböző oxidációs állapotúak:

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

Azokat a reakciókat, amelyekben az oxidáló és redukáló funkciót ugyanazon elem azonos oxidációs állapotú atomjai látják el, ún. aránytalanítási reakciók, Például:

2Nа 2O 2 + 2СО 2 = 2NAСО 3 + О 2

Oxidálószerek

Egy atom vagy ion oxidációs képességének mértéke, mint már említettük, az elektronaffinitás, azaz. elektronfogadó képességüket.

Az oxidálószerek a következők:

1. A nemfémek összes atomja. A legerősebb oxidálószerek a halogénatomok, mivel csak egy elektront képesek befogadni. A csoportszám csökkenésével a bennük található nemfém atomok oxidációs képessége csökken. Ezért a IV. csoportba tartozó nemfémek atomjai a leggyengébb oxidálószerek. Csoportosan fentről lefelé oxidáló tulajdonságok a nemfémek atomjai is csökkennek az atomok sugarának növekedése miatt.

2. Pozitív töltésű fémionok magas oxidációs állapotban, például:

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

Ezenkívül az oxidálószerek alacsony oxidációs állapotú fémionok, például:

Ag, Hg, Fe, Cu stb.

3. Tömény HNO 3 és H 2 SO 4 savak.

Restaurátorok

A restaurátorok lehetnek:

1. Minden elem atomja, kivéve He, Ne, Ar, F. Azon elemek atomjai veszítenek legkönnyebben elektront, amelyeknek az utolsó rétegében egy, kettő, három elektron van.

2. Pozitív töltésű fémionok alacsony oxidációs állapotban, például:

Fe, Cr, Mn, Sn, Cu.

3. Negatív töltésű ionok, például: Сlˉ, Вгˉ, Iˉ, S 2 ˉ.

4. Gyenge savak és sóik, például: H 2 SO 3 és K 2 SO 3; HNO 2 és KNO 2.

Kérdések a vizsgált témával kapcsolatban:

1. Milyen reakciókat nevezünk redox reakcióknak? Miben különböznek a redox reakciók a többi kémiai reakciótól?

1. Miért mutatnak a vegyületekben lévő fémek csak pozitív oxidációs állapotot, míg a nemfémek pozitív és negatív oxidációs állapotot is?
2. Mely anyagokat nevezzük oxidálószereknek és melyeket redukálószereknek?
3. Hogyan használható a relatív elektronegativitás a molekulában lévő atomok közötti kötés természetének megítélésére?
4. Mi a kapcsolat az elektronaffinitás energiája és egy kémiai elem oxidáló ereje között?
5. Milyen összetett anyagokra jellemzőek csak oxidáló tulajdonságok? Milyen esetekben összetett anyagok oxidáló és redukálószerként működhet?
6. Az alábbi reakcióegyenletekben határozza meg az oxidálószert és a redukálószert, azok oxidációs állapotát, rendezze el az együtthatókat!

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. Az alábbi reakciókban, amelyekben az oxidálószer és a redukálószer ugyanabban az anyagban van (molekulán belüli oxidáció - redukció reakciói), rendezze el az együtthatókat:

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. Az aránytalanítási reakciókhoz (önoxidáció - öngyógyulás) írjon elektronikus áramköröket és rendezze el az együtthatókat:

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. Az alábbi reakciók közül melyek intramolekulárisak és melyek disproporcionációs reakciók:

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

Válassza ki az együtthatókat minden reakcióhoz.

Irodalom: 1, 2,3.

Tölcsér és üvegrúd segítségével öntsön alumínium reszeléket a reaktortartályba, majd lúgot öntsön, a lyukat zárja le egy darab ragasztószalaggal és rázza fel a tartalmát. Ezután csatlakoztassa a vevőt. Alsó lyukát (a hidrogén kibocsátásához) szöggel le kell zárni. Óvatosan kenje be a reaktor és a vevő csatlakozását alabástromdarával (vigyen egy kicsit). 5 perc várakozás után szárítsa meg a csatlakozást hajszárítóval körülbelül 4-5 percig.

Most a nedves vattát óvatosan a vevő bádogjára tekerjük, 5-8 mm-es szélektől hátralépve, és egy vékony dróttal rögzítjük.

Először távolítsa el a szögdugót. Ezután fokozatosan felmelegítjük a reakciókeverékkel ellátott kannát egy égővel (pénzmegtakarítás céljából használhatunk fújólámpát).

Fűtéshez bután kannát és a fent említett nagy égőfejet használtam. A kannában lévő éghető gáz lehűl, idővel a láng is enyhén csökken, így a butános dobozt kézzel kellett melegítenem.

Ügyeljünk arra, hogy a "retorta" fele narancssárga hőre legyen melegítve, a vevő torkát a piros hő elejére kell melegíteni. Kb. 13-14 percig melegítjük. A reakció kezdetben a vevőegységből kilépő ibolyaszínű láng megjelenésével jár, majd fokozatosan csökken és eltűnik, majd szög beszúrásával csökkentheti a lyukat. (laza és réssel). A reakció során fokozatosan nedvesítse meg a gyapotot egy pipettával, hogy megakadályozza a víz bejutását az ízületekbe.

A fűtés leállítása után szorosan dugja be a dugót. Hagyja lehűlni a készüléket szobahőmérsékletre! Most vettem ki a hidegbe. Ezután eltávolítjuk a vattát, és eltüntetjük a víz nyomait.

Előzetesen készítse elő azt a helyet, ahol a káliumot le fogja kaparni a vevőegységből. Legyen tudatában a tűzveszélynek! Legyen nálad benzin, csipesz, házi kaparó, káliumtároló edény inert folyadékkal, például kerozinnal vagy olajjal. Kívánatos, hogy a folyadékot megszárítsák. Lekaparjuk a vakolatot és leválasztjuk a vevőt. Azonnal a vevő torkára teszünk egy darab polietilént, és gyurmával lenyomjuk (vagy előre dugjuk a dugót). A vevő felét kinyitjuk, a bal oldalon lecsapódott a kálium fő része (mely nyakkal volt a reaktorhoz rögzítve), a jobb oldalon belül csak nyomokban volt kálium (a vevő szerkezete a képen látható). a fénykép). Öntsön benzint a bal oldalra (én hexánt használtam). Ez azért van így, hogy megóvjuk a fémet az oxidációtól (a benzin azért jó, mert akkor nyomtalanul elpárolog, és a gipszgitt megzavarása nélkül újra lehet használni a hűtőszekrényt). A művelet védőszemüvegben történik!

Egy spatulával kaparja le a fémet a falakról, majd helyezze csipesszel egy tárolóedénybe. Ne feledje, a kis káliumforgácsok olyan gyorsan oxidálódnak a levegőben, hogy meggyulladhatnak. Ez könnyen belátható, ha egy megszáradt káliumdarabot óvatosan egy késsel egy papírra (lehetőleg szűrő- vagy WC-papírra) lapítunk - a kálium általában meggyullad. A fém egy része apró forgácsok és szemcsék formájában jelenik meg. Összegyűjthetők benzines öblítéssel tárolóedényben vagy száraz pohárban. Hasznosak a vízzel való reakcióban: még a kis szemcsék is gyönyörű lila fényekkel égnek.

Kb. 1,1 g káliumot sikerült összegyűjtenem egy üvegben (0,7-0,8 g tömör massza formájában). Összesen körülbelül 1,3 g fém keletkezett. A kálium egy részét nem gyűjtöttem össze maradék formájában, hexánból papírral átitattam, és csipesszel vízbe tettem (kényelmes, ha lerázom a szemcséket a papírról). A reakció után el kell távolítania a fémnyomokat a vevőből, csak dobja a jobb felét ("alul") kinyújtott karral a vízbe, és azonnal menjen el. Hagyja a bal felét a levegőben feküdni, amíg a kálium nyomai részben oxidálódnak, majd nedves vattával távolítsa el a drótról (a gipszgitt károsodása nélkül). Ezután pipettával öblítse ki a vevőegységet, és szárítsa meg egy törlőkendővel (vigyázzon, hogy a nyílást ne maga felé irányítsa).