Oxidace a redukce jsou hlavními reakcemi v chemii. Oxidace je proces přenosu elektronů z jedné látky na druhou, který způsobuje, že jedna látka ztrácí elektrony a druhá je přijímá. Obnova je opačný proces, kdy jedna látka přijímá elektrony z druhé.
Draselný Sulfit (K2SO3) může být oxidován manganistanem draselným (KMnO4) v alkalickém prostředí. Draselný manganistan je sám o sobě silným oxidačním činidlem, které může oxidovat mnoho sloučenin.
Chcete-li určit počet gramů KMnO4 potřebné pro oxidaci 50 g K2SO3, je třeba vzít v úvahu stechiometrii reakce, tedy množství látek zapojených do reakce. Přísně vzato, k tomu je třeba znát reakční schéma a příslušné koeficienty před reaktanty a produkty. Poté můžete použít poměry mezi koeficienty k nalezení požadovaného množství KMnO4.
Co je KMnO4 a K2SO3?
K2SO3 nazývaný sirný draslík jsou bezbarvé krystaly nebo prášek, který se dobře rozpouští ve vodě. Sírový draslík se používá v různých průmyslových procesech, včetně výroby papíru a korku, stejně jako jako antioxidant a redukce v chemickém a potravinářském průmyslu.
Oxidace a celková reakce
Oxidační reakce k2SO3 děje se za účasti KMnO4 což je v tomto případě oxidační činidlo. Tato oxidace může být reprezentována následující rovnicí:
| Reakční rovnice: | K2SO3 + 2KMnO4 + H2O → K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH |
|---|
Na základě této reakce, pro oxidaci 50 g k2SO3 je nutné použít 2 mol KMnO4. Tuto hodnotu převedeme na gramy pomocí molární hmoty:
Molární hmotnost KMnO4 = 158,03 g / mol
Hmotnost 2 mol KMnO4 = 2 * 158,03 g / mol = 316,06 g
Takže pro oxidaci 50 g K2SO3 potřebuje 316,06 g KMnO4.
Struktura a vzhled KMnO4
Sloučenina KMnO4 má specifickou strukturu krystalové mřížky. V něm ionty draslíku (k+) tvoří krychlovou mřížku, ve středu každé plochy je ion manganu (Mn7+). Kyslíkové ionty (O2 -) jsou umístěny v rozích krychle.
Fialová barva KMnO4 je spojena s excitací elektronů manganu na vyšší energetické hladiny při absorpci viditelného světla. Sloučenina má vysokou rozpustnost ve vodě, díky čemuž je vhodná pro použití v chemických reakcích a analýze.
| Formule | KMnO4 |
|---|---|
| Molární hmotnost | 158,034 g/mol |
| Barva | Fialová nebo tmavě fialová |
| Teplota tavení | 240 °C |
| Teplota varu | 400 °C (rozkládá se) |
| Rozpustnost ve vodě | 142 g / 100 ml při 25 °C |
Hmotnostní podíl jednotky látky
Hmotnostní podíl se vypočítá podle vzorce:
Hmotnostní podíl (X) = (hmotnost složky) / (hmotnost celé látky) * 100%
V tomto případě, pro výpočet hmotnostního podílu KMnO4, je nutné znát jeho hmotnost a hmotnost celé látky (k2so3).
K provedení oxidace 50 g k2so3 vyžaduje znát hmotu KMnO4, která závisí na vyvážení chemické rovnice oxidační reakce. Po vyvažování bude chemická rovnice vypadat:
2 KMnO4 + 3 K2SO3 + H2O -> 2 MnO2 + 3 K2SO4 + 2 KOH
Na základě této rovnice lze vypočítat množství látky (mol) KMnO4 potřebné k oxidaci 50 g K2so3.
Dále lze pomocí molární hmoty KMnO4 a získaného množství látky v molech vypočítat hmotu KMnO4 potřebnou k oxidaci 50 g K2so3.
Pro odpověď na tuto otázku je tedy nutné provést výpočty pomocí informací o chemické reakční rovnici a molární hmotnosti látky KMnO4.
Výpočet potřebného množství KMnO4
Pro výpočet potřebného množství KMnO4 pro oxidaci 50 g K2so3 je nutné použít reakční rovnici a molární hmotnost příslušných látek.
Reakční rovnice mezi KMnO4 a K2so3:
2 KMnO4 + 3 K2SO3 = 2 MnSO4 + 3 K2SO4 + 2 K2SO4
Molární hmotnost KMnO4 je 158 g/mol a molární hmotnost k2so3 je 158 g / mol.
Pro výpočet potřebného množství KMnO4 v gramech lze použít následující vzorec:
Počet KMnO4 (g) = (molární hmotnost KMnO4 * počet molů K2so3) / reakční faktor KMnO4.
Nastavíme příslušné hodnoty:
Množství KMnO4 (g) = (158 g / mol * 50 g) / 158 g/mol = 50 g
K oxidaci 50 g K2so3 je tedy nutné použít 50 g KMnO4.
Příklad výpočtu
Pro výpočet počtu gramů KMnO4 potřebné pro oxidaci 50 g K2SO3, je třeba použít reakční rovnici a molární hmoty látek.
Molární hmoty látek:
| Látka | Molární hmotnost (g/mol) |
|---|---|
| K2SO3 | 174.2592 |
| KMnO4 | 158.034 |
Pro začátek zjistíme počet mol K2SO3 v 50 g:
Hmotnost = počet molů × molární hmotnost
Počet molů = hmotnost / molární hmotnost
Počet mol K2SO3 = 50 g / 174.2592 g / mol ≈ 0.287 mol
Z rovnice vyplývá, že 1 mol K2SO3 reaguje s 2 moly KMnO4.
Pro úplnou oxidaci tedy 0.287 mol k2SO3 budete potřebovat:
Počet mol KMnO4 = 0.287 mol × 2 mol KMnO4 / 1 mol K2SO3 = 0.574 mol
Najdeme hmotu KMnO4 pomocí vzorce:
Hmotnost = počet molů × molární hmotnost
Massa KMnO4 = 0.574 mol × 158.034 g / mol ≥ 90.7 g
Tedy asi 90,7 g KMnO4 nezbytné pro oxidaci 50 g k2SO3.
Vlastnosti reakce
Oxidační reakce sírového KMnO4 draslíku má řadu vlastností.
První zvláštností je, že v této reakci dochází k přechodu manganu z valenčního stavu +7 do valenčního stavu +2. Mangan se tedy vybíjí a sírový draslík oxiduje. Současně vzniká MnSO4 - síran manganový a K2SO4-síran draselný.
Druhým rysem je použití peroxidové metody k určení množství oxidační látky. Peroxid vodíku H2O2 je oxidační činidlo a v této reakci se používá k rozkladu KMnO4 na nižší formy manganu. Tato metoda umožňuje přesně určit množství KMnO4 potřebné k oxidaci daného množství k2so3.
Za zmínku také stojí, že k této reakci dochází v kyselém prostředí. Před provedením experimentu je proto nutné přidat kyselinu, například kyselinu sírovou H2SO4. Slouží jako katalyzátor reakce a poskytuje kyselé prostředí.