Оглавление Видео опыты по химии Видео опыты по физике На главную страницу

Химия и Химики № 3 2020

Журнал Химиков-Энтузиастов
Помощь журналуПомощь журналу Химия и Химики




Восстановление цинком в среде соляной кислоты ("восстановление водородом в момент выделения") - ч.3
Reduction by zinc in hydrochloric acid ("reduction by nascent hydrogen")


В.Н. Витер


Обнаружив ошибку на странице, выделите ее и нажмите Ctrl + Enter


Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты
Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid
Описание этого эксперимента прочитал в книге по демонстрационным химическим экспериментам. Название и авторов не помню, помню только, что книга была украинском языке. Смысл эксперимента: давайте проверим, какой водород активнее - молекулярный или атомарный. Готовим сернокислый раствор перманганата калия и барботируем через него водород из аппарата Киппа. Раствор никак не меняется - молекулярный водород не восстанавливает перманганат. Добавляем в раствор цинковую пыль. Начинается выделение водорода, вскоре раствор бледнеет и обесцвечивается. Семивалентный марганец восстановился до двухвалентного марганца. Делается вывод, что атомарный водород (водород в момент выделения) более активный, чем молекулярный. В частности, он вступает в реакции, в которые не вступает молекулярный водород. Вывод не совсем верный, поскольку было установлено, что в подобных реакциях восстановления принимает участие не атомарный водород (который гипотетически образуется в момент выделения), а поверхность металла, которая непосредственно передает электроны окислителю.

Решил воспроизвести этот опыт. К 40 мл воды добавил 10 мл концентрированной серной кислоты, перемешал. Потом добавил несколько капель раствора перманганата - до интенсивно-розовой окраски. Добавил много гранул цинка. Началась интенсивная реакция с активным выделением водорода. Цвет раствора немного подержался, потом стал постепенно бледнеть. Через несколько минут раствор обесцветился. Оттенок не менялся. Розовый анион перманганата перешел в катион двухвалентного марганца, который в разбавленных растворах почти бесцветный. Тем временем реакция серной кислоты с цинком продолжилась. Оставил стакан на ночь. Утром поверх гранул цинка выпали бесцветные кристаллы сульфата цинка ZnSO4·7H2O.

Вопрос: почему в этом опыте была использована разбавленная серная кислота, хотя в двух предыдущих экспериментах (с хромом и молибденом) мы брали соляную? Дело в том, что соляная кислота сама реагирует с перманганатом, что сделало бы эксперимент некорректным.


Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid


Download the Video / Скачать Видео (86 Мб, .avi )

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)
Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты
Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)

Восстановление перманганата калия с помощью цинка и серной кислоты. Reduction of potassium permanganate by zinc and sulfuric acid)






Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития
Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide


В.Н. Витер




Как мы увидели из предыдущей статьи, восстановление перманганата калия в кислой среде проходит сравнительно просто: был семивалентный марганец - стал двухвалентный: перманганат калия превратился в соль двухвалентного марганца. Это относится не только к случаю, когда восстановителем служит цинк в разбавленной серной кислоте: "атомарный водород", или "водород в момент выделения" - как говорили раньше, что с современной точки зрения не совсем верно. Не только "атомарный водород", но многие восстановители переводят кислый раствор перманганата в сульфат двухвалентного марганца, который является стабильной формой марганца в сильнокислой среде. Схема реакции такая:

Mn(VII) => Mn(II)

А как восстановление перманганата "атомарным водородом" протекает в щелочной среде? Известно, что двухвалентный марганец в щелочной среде нестабилен и легко окисляется - даже кислородом воздуха. Это свойство двухвалентного марганца лежит в основе метода анализа растворенного в воде кислорода (метод Винклера). В щелочной среде при действии восстановителей ион перманганата MnO4- восстанавливается до манганата MnO42-: розовая (или фиолетовая) окраска раствора меняется на зеленую. В избытке восстановителя зеленый манганат переходит в гидратинованный диоксид марганца MnO2·nH2O бурого цвета.

Т.е., схема восстановления следующая:

Mn(VII) =>Mn(VI) =>Mn(IV)

Небольшое отступление. Эксперимент по восстановлению перманганата в кислой, нейтральной и щелочной среде был много раз описан в практикумах по неорганической химии. Называется он "Химический хамелеон". Берется три колбы с кислым, нейтральным и щелочным раствором перманганата. Сначала цвет раствора во всех трех колбах одинаковый - фиолетовый. Теперь во все три стакана добавляем один и тот же восстанвоитель. Например, сульфит натрия Na2SO3. В колбе с кислым раствором жидкость обесцветится - там образуется сульфат марганца MnSO4 (бесцветный в разбавленных растворах и розовый - в крепких). В колбе с нейтральным раствором выпадет бурый осадок оксида марганца Mn(VI). В колбе со щелочным раствором образуется зеленый манганат калия K2MnO4. Если с первыми двумя колбами все просто, то с третьей главное не переборщить с избытком восстановителя, иначе при избытке восстановителя зеленый манганат перейдет в бурый диоксид марганца.

А что будет, если в щелочной раствор перманганата калия добавить металлический алюминий? Т.е., если восстановителем перманганата будет "водород в момент выделения". Такая формулировка не совсем верна, т.к. передача электронов к окислителю происходит непосредственно от поверхности металла, без промежуточного участия "атомарного водорода", но у нас так принято говорить до сих пор - гипотеза об особой активной форме водорода - "водороде в момент выделения" - оказалась слишком красивой.

Логично ожидать, что перманганат калия восстановится до манганата. В этом не было бы ничего удивительного, т.к. в сильнощелочной среде перманганат способен разлагаться до манганата и сам по себе (без восстановителей) - с выделением кислорода при комнатной температуре. Если будет восстановитель, например, комбинация алюминий-щелочь, то восстановление легко пройдет до манганата, пойдет ли оно дальше - до диоксида марганца - сказать трудно. До опыта я этого не ожидал (а надо было).

Решил взять крепкий раствор едкого натра, добавить в него несколько капель 0.1N раствора перманганата калия и алюминий. Гранулы алюминия где-то были, но не нашел. Взял проволоку. Пошел на этаж ниже за едким натром. Его у нас - несколько 25-кг мешков (думаю, на 1-2 опыта хватит). Оказалось, что распечатанных мешков нет. Был один - наполовину полный, но днем ранее я попросил гальваника высыпать его в ванну блестящего цинка. Чтобы не разрезать мешок ради нескольких граммов, решил взять гидроксид лития вместо гидроксида натрия. И то, и то - щелочь, но гидроксид лития был в килограммовых кульках.

Для пробного эксперимента взял 5 г гидроксида лития LiOH·H2O, добавил воды до 20 мл, перемешал. Частично растворилось. Добавил несколько капель раствора перманганата. Раствор в стакане стал розово-фиолетовым. Бросил кусок алюминиевой проволоки. И... реакции практически не было - визуально водород не выделялся. Может это не алюминий? Нет - алюминий: осмотрел проволоку - легкая, не пружинистая и легко гнется. Нужно было взять гидроксид натрия? Как реагирует алюминий с гидроксидом лития, я раньше не видел. По-видимому, изменения окраски придется ждать долго... Прекратил съемку. Взял еще кусок проволоки, зачистил ее поверхность ножом, чтобы снять оксид. Смотрю, а выделение водорода в стакане слабо, но идет, но главное - цвет стал меняться. Но главное - цвет уже изменился: пока я зачищал другой кусочек проволоки, розово-фиолетовый раствор стал сиреневым: серо-фиолетовый оттенок все усиливался. Потом раствор стал серым, а дальше - серо-зеленым и, наконец, зеленым. На этом я прекратил первый эксперимент.

Во второй раз взял 10 г гидроксида лития, 40 мл воды и несколько капель перманганата. Исходный цвет - слабо-фиолетовый. Добавил алюминий. Цвет раствора постепенно становился сиреневым, потом - серым, серо-зеленым, и, наконец, зеленым. В отличие от первого раза, эксперимент продолжил. Зеленый цвет стал бледнеть, в растворе и на поверхности алюминия появились коричневые хлопья диоксида марганца. Не выдержал - добавил раствор перманганата до темно-фиолетового цвета. Реакция "началась сначала". Раствор через промежуточные цвета стал темно-зеленым, но в этот раз на поверхности был четко виден осадок диоксида марганца, который всплыл. Оставил стакан на час без наблюдения. Результат оказался неожиданным - содержимое стакана стало коричневым. Т.е., весь манганат перешел в гидратированный диоксид марганца.

Делал эксперимент и в третий раз. Причем оставил стакан на ночь. Результат - много белого осадка, местами - осадок коричневый. Белый осадок - гидроксид алюминия, может - алюминат лития, частично - карбонат лития (в отличие от карбоната натрия он плохо растворим). Коричневый осадок - диоксид марганца MnO2·nH2O.


Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Download the Video / Скачать Видео (100 Мб, .avi )
Download the Video 2/ Скачать Видео 2 (52 Мб, .avi )

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide

Восстановление перманганата калия с помощью алюминия и гидроксида лития. Reduction of potassium permanganate by aluminium and lithium hydroxide



<Железо, кобальт, никель, марганец, рений>

<Марганец, Рений и их соединения (Обсудить на форуме)> [Отправить Комментарий / Сообщение об ошибке]