Окислительные свойства перманганата калия в различных средах (взаимодействие с NH3 и KI)

Соли марганцевой кислоты — перманганаты — содержат в составе перманганат-ион MnO4-, в растворе — фиолетового цвета. Проявляют окислительные свойства, в кислой среде образуются соединения марганца (II):

2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O.

в нейтральной — марганца (IV):

2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH.

в щелочной — марганца (VI):

2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O.

При нагревании разлагаются:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2.

Перманганат калия получается по следующей схеме:

2MnO2 + 4KOH + O2 = 2K2MnO4 + 2H2O;

затем манганат переводится в перманганат электрохимическим окислением, суммарное уравнение процесса имеет вид:

• 2K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + 2KOH + Н2.
• А) 2KMnO4+2NH3=2MnO2+N2+2H2O+2KOH
• Б) 2 KMnO4 + 2 KI = 2 MnO2 + I2 + 4 KO

Железо, кобальт и никель. Получение простых веществ, их свойства и применение

Элементы триады железа имеют следующие конфигурации валентных электронов:

Fe — 3d64s2, Co — 3d74s2, Ni — 3d84s2.

В триаде железа ярко проявляется горизонтальная аналогия, характерная для d-элементов. Железо, кобальт и никель очень близки по свойствам, они обладают схожими атомными радиусами и значениями электроотрицательности. Наиболее типичные степени окисления: +2 и +3. При этом у железа наиболее устойчива степень окисления +3, чем +2, поскольку на 3d-оболочке существует всего один лишний электрон сверх устойчивой d5-конфигурации. У кобальта обе степени окисления устойчивы в равной мере, у никеля более стабильна степень окисления +2. Кроме того, в жестких окислительных условиях железо проявляет степень окисления, равную +6. В химическом отношении железо, кобальт и никель относятся к металлам средней активности.

• А) В воде в присутствии кислорода железо медленно окисляется кислородом воздуха (корродирует):
  • 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe (OH)3.

При температуре 700−900 °С раскаленное железо реагирует с водяным паром:

3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2.

Кобальт и никель с водой не взаимодействуют.

• Б) С галогенами металлы реагируют, образуя галогениды:
  • 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3, Co + Br2 = CoBr2, Ni + Cl2 = NiCl2.
• В) При нагревании на воздухе выше 200 °C железо взаимодействует с кислородом, образуя оксиды нестехиометрического состава FexO, мелкодисперсное железо сгорает с образованием смешанного оксида железа (II, III):
  • 3Fe + 2O2 = Fe3O4.

Кобальт и никель реагируют с кислородом при более высоких температурах, образуя в основном оксиды двухвалентных элементов, имеющие переменный состав в зависимости от условий получения:

2Co + O2 = 2CoO, 2Ni + O2 = 2NiO.

Производство железа основано на карботермическом восстановлении оксидных металлсодержащих руд. Сульфидные и другие руды вначале подвергают окислительному обжигу:

4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2.

Восстановление оксидных руд осуществляется в доменных печах, при этом протекают следующие реакции:

3Fe2O3 + CO = CO2 + 2Fe3O4,.

Fe3O4 + CO = CO2 + 3FeO,.

FeO + CO = CO2 + Fe или FeO + C = CO + Fe.

Полученное железо насыщено углеродом. Затем происходит «выжигание» углерода в сталеплавильных или конверторных печах с образованием стали. Чистое железо получают электролизом водных растворов или расплавов солей железа и разложением пентакарбонила железа. Получение металлических кобальта и никеля связано с процессом их разделения. В начале сульфидные или арсенидные руды подвергают окислительному обжигу, металлы переходят в состав оксидов, сульфатов и арсенатов. Разделение соединений кобальта и никеля осуществляется путем добавления хлорной извести, в результате получаются оксиды трехвалентных элементов. Полученные оксиды восстанавливают углем в электропечах:

2Э2О3 + 3С = 4Э + 3СО2.

Полученные черновые металлы подвергают электрохимическому рафинированию. Применение: Никель и кобальт также используются в виде сплавов. Никель используется в качестве декоративно-защитных покрытий, из него изготавливаются детали химической и электровакуумной аппаратуры. Кобальт и никель применяются в качестве катализаторов в органическом синтезе. Нитраты железа (II) и (III) применяются в качестве коагулянтов в процессе очистки сточных вод, протравы для крашения шерсти. Сульфат железа (II) применяется в качестве компонента электролита в гальванотехнике, в сельском хозяйстве для борьбы с вредителями. Комплексные соединения железа с неорганическими лигандами используются в цветной фотографии. Соли кобальта (II) используются в качестве пигментов. Соли никеля (II) применяются для получения катализаторов и термочувствительных красок.