Чому металевий калій не можна отримати. Реакції, в результаті яких змінюється ступінь окислення елементів, називаються окисно-відновними. Хімічні властивості калію

Калій - дев'ятнадцятий елемент періодичної таблиці Менделєєва, відноситься до лужних металів. Це проста речовина, яке при нормальних умовах перебуває в твердому агрегатному стані. Закипає калій при температурі 761 ° С. Температура плавлення елемента - 63 ° С. Калій має сріблясто-біле забарвлення з металевим блиском.

Хімічні властивості калію

Калій -, що володіє високою хімічною активністю, тому його не можна зберігати на відкритому повітрі: лужний метал моментально вступає в реакцію з оточуючими речовинами. Цей хімічний елемент належить до I групи і IV періоду таблиці Менделєєва. Калій володіє всіма характерними для металів властивостями.

Він взаємодіє з простими речовинами, До яких відносяться галогени (бром, хлор, фтор, йод) і фосфор, азот і кисень. Взаємодія калію з киснем називається окисленням. Протягом цієї хімічної реакції кисень і калій витрачаються в молярному співвідношенні 4: 1, в результаті чого утворюється оксид калію в кількості двох частин. Така взаємодія можна виразити рівнянням реакції:

4К + О₂ = 2К₂О

Під час горіння калію спостерігається полум'я яскраво-фіолетового кольору.

Така взаємодія вважається якісною реакцієюна визначення калію. Реакції калію з галогенами називаються відповідно до назв хімічних елементів: це фторування, йодування, бромування, хлорування. Такі взаємодії є реакціями приєднання. Приклад - реакція між калієм і хлором, в результаті якої утворюється хлорид калію. Для проведення такої взаємодії беруть два благаючи калію і один моль. В результаті утворюється два благаючи калію:

2К + СІ₂ = 2КСІ

молекулярну будовухлориду калію

При горінні на відкритому повітрі калій і азот витрачаються в молярному співвідношенні 6: 1. В результаті такої взаємодії утворюється нітрид калію в кількості двох частин:

6К + N₂ = 2K₃N

З'єднання є кристали зелено-чорного кольору. З фосфором калій реагує за таким же принципом. Якщо взяти 3 благаючи калію і 1 моль фосфору, вийде 1 моль фосфіду:

3К + Р = К₃Р

Калій реагує з воднем, утворюючи гідрид:

2К + Н₂ = 2кн

Всі реакції приєднання відбуваються при високих температурах

Взаємодія калію зі складними речовинами

До складних речовин, з якими вступає в реакцію калій, відносяться вода, солі, кислоти і оксиди. Так як калій - активний метал, Він витісняє атоми водню з їхніх сполук. Приклад - реакція, яка відбувається між калієм і соляною кислотою. Для її проведення береться за 2 благаючи калію і кислоти. В результаті реакції утворюється 2 моля хлориду калію і 1 моль водню:

2К + 2НСІ = 2КСІ + Н₂

Більш детально варто розглянути процес взаємодії калію з водою. Калій бурхливо взаємодіє з водою. Він рухається по поверхні води, його підштовхує виділяється водень:

2K + 2H₂O = 2KOH + H₂

В ході реакції в одиницю часу виділяється багато тепла, що призводить до займання калію і виділяється водню. Це дуже цікавий процес: при контакті з водою калій миттєво запалюється, фіолетове полум'я потріскує і швидко пересувається по поверхні води. В кінці реакції відбувається спалах з розбризкуванням крапель палаючого калію і продуктів реакції.

Реакція калію з водою

Основний кінцевий продукт реакції калію з водою - гідроксид калію (луг). Рівняння реакції калію з водою:

4K + 2H₂O + O₂ = 4KOH

Увага! Не намагайтеся повторити цей досвід самостійно!

При неправильному проведенні експерименту можна отримати опік лугом. Для реакції зазвичай використовують кристаллизатор з водою, в який поміщають шматочок калію. Як тільки водень припиняє горіння, багато хто хоче зазирнути в кристалізатор. У цей момент відбувається завершальна стадія реакції калію з водою, що супроводжується слабким вибухом і розбризкуванням утворилася гарячої лугу. Тому з метою безпеки варто триматися на деякій відстані від лабораторного столу, поки реакція не завершиться повністю. ви знайдете самі видовищні досліди, які можна проводити з дітьми вдома.

будова калію

Атом калію складається з ядра, в якому містяться протони і нейтрони, і електронів, що обертаються навколо нього. Кількість електронів завжди дорівнює кількості протонів, що знаходяться всередині ядра. При від'єднанні електрона або при приєднанні до атома він перестає бути нейтральним і перетворюється в іон. Іони діляться на катіони і аніони. Катіони володіють позитивним зарядом, аніони - негативним. При приєднанні до атома електрона він перетворюється на аніон; якщо ж один з електронів покидає свою орбіту, нейтральний атом перетворюється в катіон.

Порядковий номер калію в періодичній таблиці Менделєєва - 19. Значить, протонів в ядрі хімічного елементазнаходиться теж 19. Висновок: електронів навколо ядра розташоване 19. Кількість протонів в структурі визначається так: від атомної маси відняти порядковий номер хімічного елемента. Висновок: в ядрі калію знаходиться 20 протонів. Калій належить до IV періоду, має 4 «орбіти», на яких рівномірно розташовуються електрони, що перебувають у постійному русі. На першій «орбіті» розташовані 2 електрона, на другий - 8; на третій і на останній, четвертій «орбіті», обертається 1 електрон. цим пояснюється високий рівень хімічної активностікалію: його остання «орбіта» не заповнена повністю, тому елемент прагне з'єднатися з іншими атомами. В результаті електрони останніх орбіт двох елементів стануть спільними.

Тема 1.6. Окислювально-відновні реакції.

Питання по раніше вивченій темі:

1. В яких випадках при електролізі водних розчинів солей:

a) на катоді виділяється водень;

b) на аноді виділяється кисень;

c) проходить одночасне відновлення катіонів металу і катіонів водню води?

1. Які процеси, що протікають на електродах, об'єднуються загальною назвою "" електроліз ""?
2. Чим відрізняються електроліз розплаву їдкого натру від електролізу його розчину?
3. З яким полюсом батареї - позитивним або негативним повинна бути з'єднана металева деталь при її хромуванні.
4. Розкрити значення електроліз; поняття - електроліз.
5. які хімічні процесивідбуваються у катода і анода при електролізі розчину йодиду калію? Розплаву йодиду калію?
6. Складіть схеми електролізу з використанням вугільних електродів розплавів і розчинів наступних солей: КСl.
7. В якій послідовності будуть відновлюватися катіони при електролізі їх солей однаковою концентрації (анод нерозчинний) наступного складу: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Поясніть, чому металевий калій не можна отримати на вугільних електродах електролізом водного розчинухлориду калію, але можна отримати електролізом розплаву цієї солі?
9. При електролізі водного розчину нітрату срібла на катоді утворюється:

a) Аg b) NО 2 c) NO d) H 2?

знатиосновні поняття і сутність окислювально-відновних реакцій, правила складання окисно-відновних реакцій методом електронного балансу;

вмітикласифікувати реакції з точки зору ступеня окислення; визначати і застосовувати поняття: "ступінь окислення", "окислювачі та відновники", "процеси окислення і відновлення"; складати електронний баланс для окисно-відновних реакцій і застосовувати його для розстановки коефіцієнтів у молекулярному рівнянні.

Зміна властивостей елементів залежно від будови їх атомів

Вивчивши раніше типи хімічних реакцій, Будова молекул, взаємозв'язок основних класів хімічних сполук, Можна сказати, що більшість реакцій - приєднання, розкладання і заміщення, протікають зі зміною ступеня окислення атомів реагуючих речовин, і тільки в реакціях обміну цього не відбувається.

Реакції, в результаті яких змінюється ступінь окислення елементів, називаються окисно-відновними.

Існує кілька способів складання рівнянь окіслітеьно- відновних реакцій. Зупинимося на методі електронного балансу, заснованому на визначенні загального числапереміщаються електронів. наприклад:

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

Визначаємо, атоми яких елементів змінили ступінь окиснення:

Мn → Мn Сl → Сl

Визначаємо число втрачених (-) і отриманих (+) електронів:

Мn - 2 e→ Мn Сl + 6 e→ З l

Число втрачених і отриманих електронів повинно бути однаковим. Обидва процеси напівреакцій зобразимо наступним чином:

відновник Мn - 2 еˉ → Мn 3 3Мn - 6 еˉ → 3Мn окислення

окислювач Сl + 6 еˉ → Сl 1 Сl + 6 еˉ → Сl відновлення

Основні коефіцієнти при окисник і відновник переносимо в рівняння реакції

3МnО 2 + КСlO 3 + 6КОН = 3К 2 МnО 4 + КСl + 3Н 2 О

Процес перетворення марганцю +4 в марганець +6 є провисання віддачі (втрати) електронів, тобто окислення; процес перетворення Сl (+5) в Сl (-1) є процес отримання електронів, тобто процес відновлення. Речовина МnО 2 при цьому є відновником, а КСlO 3 - окислювачем.

Іноді одне з речовин, що беруть участь в реакції, виконує відразу дві функції: окислювача (або відновника) і солеобразователя. Розглянемо як приклад реакцію

Zn + НNО 3 = Zn (NO 3) 2 + NН 4 NО 3 + H 2 O

Складемо полуреакции для окислювача і відновника. Цинк втрачає два електрони, а азот N (+5) набуває вісім електронів:

Zn - 2 eˉ → Zn 8 4

N + 8 eˉ → N 2 1

Таким чином, на окислення чотирьох атомів цинку необхідно вісім молекул НNО 3 і дві молекули НNO 3 на солеутворення.

4Zn + 2НNО 3 + 8НNO 3 = 4Zn (NО 3) 2 + NН 4 NО 3 + 3Н 2 О

4Zn + 10НNO 3 = 4Zn (NО 3) 2 + NН 4 NО 3 + 3Н 2 О

Типи рівнянь окисно-відновних реакцій.

Oсновной окислювачі і відновники.

Окислювально-відновні реакції поділяються на три групи: міжмолекулярні, внутрішньо-молекулярні і реакції диспропорціонування.

Реакції, в яких одна речовина служить окислювачем, а інше - відновником, називаються межмолекулярними реакціями, Наприклад:

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

До міжмолекулярним реакцій відносяться також реакції між речовинами, в яких взаємодіють атоми одного і того ж елемента мають різну ступінь окислення:

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

Реакції, які протікають зі зміною ступеня окислення атомів в одній і тій же молекулі, називаються внутрішньомолекулярними реакціями, Наприклад:

2KClO 3 = 2KCl + 3O 2

До внутрімолекулярних можна віднести реакції, в яких атоми одного і того ж елемента мають різні ступені окислення:

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

Реакції, в яких окисні і відновні функції виконують атоми одного елемента в одній і тій же мірі окислення, називаються реакціями диспропорционирования, Наприклад:

2Nа 2 O 2 + 2СО 2 = 2NаСО 3 + О 2

окислювачі

Мірою окислювальної здатності атома або іона, як уже говорилося, є спорідненість до електрону, тобто здатність їх приймати електрони.

Окислювачами є:

1. Всі атоми неметалів. Найсильніші окислювачі - атоми галогенів, так як вони здатні прийняти тільки один, електрон. Зі зменшенням номера групи окисні здатності атомів неметалів, розташованих в них, падають. Тому атоми неметалів IV групи - найслабші окислювачі. У групах зверху вниз окисні властивостіатомів неметалів також зменшуються внаслідок збільшення радіусів атомів.

2. Позитивно заряджені іони металів в стані високого ступеня оксиді ня, наприклад:

КМnО 4, К 2 СrО 4, V 2 O 5, МnО 2 і т.д.

Крім того, окислювачами є іони металів з низьким ступенем окислення, наприклад:

Аg, Нg, Fе, Сu і ін.

3. Концентровані НNО 3 і Н 2 SO 4 кислоти.

Відновлювачі

Восстановителями можуть бути:

1. Атоми всіх елементів, крім Не, Nе, Аr, F. Найбільш легко втрачають електрони атоми тих елементів, які на останньому шарі мають один, два, три електрона.

2. Позитивно заряджені іони металів, що знаходяться в низького ступеня оксиді ня, наприклад:

Fе, Сг, Мn, Sn, Сu.

3. Негативно заряджені іони, наприклад: Сlˉ, Вгˉ, Iˉ, S 2 ˉ.

4. Слабкі кислоти і їх солі, наприклад: Н 2 SО 3 і К 2 SО 3; НNО 2 і КNО 2.

Питання по вивченій темі:

1. Які реакції називаються окислювально-відновними? Чим відрізняються окислювально-відновні реакції від інших хімічних реакцій?

1. Чому метали в сполуках проявляють тільки позитивні ступені окислення, а неметали - як позитивні, так і негативні?
2. Які речовини називаються окислювачами і які відновниками?
3. Як по відносній електронегативності можна судити про характер зв'язку між атомами в молекулі?
4. Який зв'язок між енергією спорідненості до електрону і окисної здатністю хімічного елемента?
5. Для яких складних речовин характерні тільки окисні властивості? В яких випадках складні речовиниможуть виступати в ролі окислювачів і відновників?
6. У наступних рівняннях реакцій визначте окислювач і відновник, їх ступінь окислення, розставте коефіцієнти:

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

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

c) АsН 3 + АgNО 3 + Н 2 О → Н 3 AsO 4 + Аg + НNО 3

1. У наступних реакціях, в яких окислювач і відновник знаходяться в одному і тому ж речовині (реакції внутрішньомолекулярного окиснення - відновлення), розставте коефіцієнти:

a) NН 4 NО 3 → N 2 О + Н 2 О

b) КСlO 3 → КСl + О 2

c) Аg 2 О → Аg + О2

1. Для реакцій диспропорціонування (самоокисления - самовідновлення) напишіть електронні схеми і розставте коефіцієнти:

a) До 2 МnО 4 + Н 2 О → КМnО 4 + МnО 2 + КОН

b) НСlO 3 → СlO 2 + НСlO 4

c) НNО 2 → НNО 3 + NO + Н 2 О

1. Які з наведених реакцій відносяться до внутрімолекулярних і які - до реакцій диспропорціонування:

a) Нg (NO 3) 2 → Нg + NO 2 + О 2

b) Сu (NO 3) 2 → СuО + NO 2 + О 2

c) До 2 SО 3 → До 2 SО 4 + К 2 S

d) (NH 4) 2 Сr 2 Про 7 → N 2 + Сr 2 О 3 + Н 2 O

Підберіть коефіцієнти до кожної реакції.

література: 1, 2,3.

За допомогою воронки і скляної палички насипте всередину балончика-реактора тирса алюмінію, потім луг, закрийте отвір шматочком скотчу та струсіть вміст. Далі приєднуємо приймач. Його нижній отвір (для виходу водню) має бути закрита цвяхом. Акуратно підмазують стик реактора і приймача кашкою алебастру (беріть його зовсім трохи). Зачекавши 5 хвилин, сушимо з'єднання феном близько 4-5 хвилин.

Тепер акуратно навертаються вологу вату на жерсть приймача, відступивши від країв 5-8 мм, і закріплюємо її тонким дротом.

Спочатку видаляємо цвях-затичку. Потім потроху прогреваем балончик з реакційною сумішшю пальником (можна для економії користуватися паяльною лампою).

Для нагріву я використовував бутановий балончик і велику пальник-насадку, згадану вище. Горючий газ всередині балончика охолоджується, і з часом полум'я трохи зменшується, тому довелося зігрівати бутановий балончик рукою.

Слідкуйте, щоб половина "реторти" була нагріта до оранжевого жару, горло приймача має бути підігрітий до початку червоного розжарювання. Грійте близько 13-14 хвилин. Реакція спочатку супроводжується появою фіолетового полум'я, що виходить з приймача, потім воно поступово зменшується і зникає, тоді можна зменшити отвір, вставивши цвях (Нещільно і з зазором). В ході реакції потроху змочуйте вату піпеткою, не допускаючи попадання води на стики.

Припинивши нагрів, щільно вставте затичку. Дайте приладу охолонути до кімнатної температури!Я просто виніс його на мороз. Потім видаляємо вату, і стираємо сліди води.

Заздалегідь підготуйте місце, де будете вишкрібати калій з приймача. Пам'ятайте про небезпеку загоряння! У Вас повинен бути бензин, пінцет, саморобний шпатель-шкребок, ємність для зберігання калію з інертною рідиною, на зразок гасу або масла. Бажано, щоб рідина була висушена. Відскрібатися гіпс і сидимо приймач. Відразу на горло приймача надягаємо шматок поліетилену і Придавлюємо його пластиліном (або заздалегідь зробіть пробочку). Розмикаємо половинки приймача, основна частина калію сконденсувалася в лівій частині (яка була приєднана шийкою до реактору), всередині правій частині були лише сліди калію (будова приймача показано на фотографії). У ліву частину налийте бензин (я використовував гексан). Робиться це для захисту металу від окислення (бензин хороший тим, що потім він випарується безслідно, і можна буде знову використовувати холодильник, не порушуючи гіпсову мастику). Операцію проводять в захисних окулярах!

Шпателем відскребіть метал зі стінок, потім пінцетом помістіть його в ємність для зберігання. Пам'ятайте, маленькі стружки калію окислюються на повітрі так швидко, що можуть спалахнути. Це легко побачити, якщо ретельно розплющити ножем обсушенний шматочок калію на шматку паперу (краще фільтрувальної або туалетного) - калій зазвичай запалюється. Частина металу вийде у вигляді невеликих стружок і крупинок. Їх можна зібрати змив бензином в ємність для зберігання або сухий стаканчик. Вони стануть в нагоді для реакції з водою: навіть невеликі крупинки горять красивими фіолетовими вогниками.

Мені вдалося зібрати в бюкс близько 1.1 г калію (0.7-0.8 г у вигляді компактної маси). Всього утворилося десь 1.3 г металу. Частина калію у вигляді залишків я збирати не став, витер папером від гексану і пінцетом переніс в воду (зручно просто струшувати крупинки з паперу). Після реакції потрібно видалити сліди металу з приймача, праву половину ( "дно") просто киньте в воду на витягнутій руці і відразу відійдіть. Ліва половина хай полежить на повітрі, поки сліди калію частково окислятся, потім видаліть їх за допомогою вологої вати на дроті (не пошкодивши гіпсової замазки). Потім промийте приймач піпеткою і просушіть його серветкою (обережно, не направляйте отвір на себе).