С помощта на фуния и стъклена пръчка изсипете алуминиеви стърготини в контейнера на реактора, след това луга, затворете дупката с парче лепяща лента и разклатете съдържанието. След това прикрепете приемника. Долният му отвор (за освобождаване на водород) трябва да бъде затворен с пирон. Внимателно смажете кръстовището на реактора и приемника с алабастрова каша (вземете го доста малко). След като изчакате 5 минути, изсушете връзката със сешоар за около 4-5 минути.

Сега внимателно увиваме мократа памучна вата върху калай на приемника, отстъпвайки от краищата на 5-8 мм, и я фиксираме с тънка тел.

Първо отстранете щепсела на ноктите. След това постепенно загряваме кутията с реакционната смес с горелка (можете да използвате горелка, за да спестите пари).

За отопление използвах бутилка с бутан и голямата дюза за горелка, спомената по-горе. Запалимият газ вътре в кутията се охлажда и с течение на времето пламъкът леко намалява, така че трябваше да затопля кутията с бутан на ръка.

Уверете се, че половината от "ретортата" е загрята до оранжева топлина, гърлото на приемника трябва да се загрее до началото на червена топлина. Загрейте за около 13-14 минути. Реакцията първоначално е придружена от появата на виолетов пламък, излизащ от приемника, след това постепенно намалява и изчезва, след което можете да намалите дупката, като поставите пирон (свободно и с празнина). По време на реакцията постепенно намокрете памука с пипета, като предотвратявате навлизането на вода във фугите.

След като спрете нагряването, поставете плътно щепсела. Оставете уреда да се охлади до стайна температура!Просто го изнесох на студа. След това премахваме памучната вата и изтриваме следите от вода.

Подгответе предварително мястото, където ще изстържете калий от приемника. Имайте предвид опасността от пожар! Трябва да имате бензин, пинсети, домашно скрепер, контейнер за съхранение на калий с инертна течност като керосин или масло. Желателно е течността да е изсушена. Изстъргваме гипса и отделяме приемника. Веднага поставяме парче полиетилен върху гърлото на приемника и го притискаме с пластилин (или предварително правим тапа). Отваряме половините на приемника, основната част от калия се кондензира в лявата страна (която беше прикрепена към реактора с гърло), вътре в дясната страна имаше само следи от калий (структурата на приемника е показана на снимката). Налейте бензин в лявата страна (използвах хексан). Това се прави, за да се предпази металът от окисляване (бензинът е добър, защото тогава ще се изпари без следа и ще бъде възможно отново да използвате хладилника, без да нарушавате гипсовата шпакловка). Операцията се извършва в предпазни очила!

Използвайте шпатула, за да изстържете метала от стените, след което го поставете в контейнер за съхранение с пинсети. Не забравяйте, че малки парченца калий се окисляват толкова бързо във въздуха, че могат да се запалят. Това се вижда лесно, ако внимателно сплескате изсушено парче калий с нож върху лист хартия (за предпочитане филтърна или тоалетна хартия) - калият обикновено се запалва. Част от метала ще се окаже под формата на малки чипове и зърна. Те могат да бъдат събрани чрез промиване с бензин в контейнер за съхранение или суха чаша. Те са полезни за реакция с вода: дори малките зрънца горят с красиви лилави светлини.

Успях да събера около 1,1 g калий в бутилка (0,7-0,8 g под формата на компактна маса). Общо се образуват около 1,3 g метал. Не събрах част от калия под формата на остатъци, попих го с хартия от хексан и го прехвърлих във вода с пинсети (удобно е просто да изтръскате зърната от хартията). След реакцията трябва да премахнете следите от метал от приемника, просто хвърлете дясната половина („дъното“) във водата на протегната ръка и веднага се отдалечете. Оставете лявата половина да лежи във въздуха, докато следите от калий се окислят частично, след това ги отстранете с влажна памучна вата върху телта (без да повредите гипсовата шпакловка). След това изплакнете приемника с пипета и го подсушете с кърпичка (внимавайте да не насочите отвора към себе си).

Калият - деветнадесетият елемент от периодичната таблица на Менделеев, принадлежи към алкалните метали. Това е просто вещество, което при нормални условия остава в твърдо състояние. агрегатно състояние. Калият кипи при температура 761 °C. Точката на топене на елемента е 63 °C. Калият има сребристо-бял цвят с метален блясък.

Химични свойства на калия

Калий - който има висока химическа активност, поради което не може да се съхранява на открито: алкалният метал незабавно реагира с околните вещества. Този химичен елемент принадлежи към група I и период IV на периодичната таблица. Калият има всички характерни свойства на металите.

Той взаимодейства с прости вещества, които включват халогени (бром, хлор, флуор, йод) и фосфор, азот и кислород. Взаимодействието на калия с кислорода се нарича окисление. По време на тази химическа реакция кислородът и калият се консумират в моларно съотношение 4:1, което води до образуването на калиев оксид в количество от две части. Това взаимодействие може да се изрази чрез уравнението на реакцията:

4K + O₂ \u003d 2K₂O

По време на изгарянето на калий се наблюдава пламък с ярко лилав цвят.

Такова взаимодействие се счита за качествена реакция при определяне на калий. Реакциите на калий с халогени се наричат ​​според имената на химичните елементи: това са флуориране, йодиране, бромиране, хлориране. Такива взаимодействия са реакции на добавяне. Пример за това е реакцията между калий и хлор, при която се получава калиев хлорид. За осъществяване на такова взаимодействие се вземат два мола калий и един мол. В резултат на това се образуват два мола калий:

2K + СІ₂ = 2КІ

Молекулна структура на калиев хлорид

При горене на открито калият и азотът се изразходват в моларно съотношение 6:1. В резултат на това взаимодействие се образува калиев нитрид в количество от две части:

6K + N₂ = 2K3N

Съединението представлява зелено-черни кристали. Калият реагира с фосфора по същия начин. Ако вземете 3 мола калий и 1 мол фосфор, ще получите 1 мол фосфид:

3K + P = K₃P

Калият реагира с водород, за да образува хидрид:

2K + N₂ = 2KN

Всички реакции на присъединяване протичат при високи температури

Взаимодействието на калий със сложни вещества

Сложните вещества, с които калият реагира, включват вода, соли, киселини и оксиди. Тъй като калият е активен метал, той измества водородните атоми от техните съединения. Пример за това е реакцията между калий и солна киселина. За прилагането му се вземат 2 мола калий и киселина. В резултат на реакцията се образуват 2 мола калиев хлорид и 1 мол водород:

2K + 2HCI = 2KSI + H₂

По-подробно си струва да разгледаме процеса на взаимодействие на калий с вода. Калият реагира бурно с водата. Движи се по повърхността на водата, тласка се от отделения водород:

2K + 2H₂O = 2KOH + H2

По време на реакцията се отделя много топлина за единица време, което води до запалване на калий и освободения водород. Това е много интересен процес: при контакт с вода калият незабавно се запалва, виолетовият пламък пука и бързо се движи по повърхността на водата. В края на реакцията възниква светкавица с пръскане на капки горящ калий и продукти от реакцията.

Реакция на калий с вода

Основен краен продуктреакции на калий с вода - калиев хидроксид (алкален). Уравнението за реакцията на калий с вода:

4K + 2H2O + O2 = 4KOH

внимание! Не се опитвайте сами да повторите това преживяване!

Ако експериментът се проведе неправилно, можете да получите изгаряне с алкали. За реакцията обикновено се използва кристализатор с вода, в който се поставя парче калий. Веднага след като водородът спре да гори, мнозина искат да погледнат в кристализатора. В този момент настъпва последният етап от реакцията на калий с вода, придружен от слаба експлозия и пръскане на получената гореща основа. Следователно, от съображения за безопасност, струва си да се държи на известно разстояние от лабораторната маса, докато реакцията приключи. ще намерите най-зрелищните изживявания, които можете да имате с децата си у дома.

Структурата на калия

Калиевият атом се състои от ядро, съдържащо протони и неутрони, и електрони, въртящи се около него. Броят на електроните винаги е равен на броя на протоните вътре в ядрото. Когато един електрон се отдели или прикрепи към атом, той престава да бъде неутрален и се превръща в йон. Йоните се делят на катиони и аниони. Катионите имат положителен заряд, анионите имат отрицателен заряд. Когато електрон е прикрепен към атом, той става анион; ако един от електроните напусне своята орбита, неутралния атом се превръща в катион.

Серийният номер на калий в периодичната таблицаМенделеев - 19. И така, протоните в ядрото химичен елементима и 19. Извод: електроните около ядрото са 19. Броят на протоните в структурата се определя по следния начин: от атомна масаизвадете серийния номер на химичен елемент. Заключение: в калиевото ядро ​​има 20 протона. Калият принадлежи към IV период, има 4 "орбити", на които са равномерно разпределени електрони, които са в постоянно движение. На първата "орбита" има 2 електрона, на втората - 8; на третата и на последната, четвърта "орбита" се върти по 1 електрон. Това обяснява високо нивохимическата активност на калия: последната му "орбита" не е напълно запълнена, така че елементът има тенденция да се комбинира с други атоми. В резултат на това електроните на последните орбити на двата елемента ще станат общи.

Тема 1.6. Редокс реакции.

Въпроси по предварително изучена тема:

1. В какви случаи по време на електролиза на водни разтвори на соли:

а) на катода се отделя водород;

б) на анода се отделя кислород;

в) има ли едновременна редукция на металните катиони и водородните катиони на водата?

1. Какви процеси, протичащи на електродите, са обединени от общото наименование "електролиза"?
2. Каква е разликата между електролизата на стопилка от сода каустик и електролизата на нейния разтвор?
3. Към кой полюс на батерията - положителен или отрицателен трябва да се свърже металната част, когато е хромирана.
4. Разкриват значението на електролизата; понятие – електролиза.
5. Какъв вид химически процесивъзникват на катода и анода по време на електролизата на разтвор на калиев йодид? Разтопен калиев йодид?
6. Направете схеми за електролиза, като използвате въглеродни електроди на стопилки и разтвори на следните соли: KCl.
7. В каква последователност ще се редуцират катиони по време на електролизата на техните соли със същата концентрация (анодно неразтворими) със следния състав: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Обяснете защо металният калий не може да се получи върху въглеродни електроди чрез електролиза воден разтворкалиев хлорид, но може да се получи чрез електролиза на стопилка от тази сол?
9. При електролизата на воден разтвор на сребърен нитрат на катода се образува:

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

знаяосновни понятия и същност на окислителя редуциращи реакции, правила за съставяне на редокс реакции по метода на електронния баланс;

да бъде в състояние дакласифицира реакциите по степен на окисление; дефинират и прилагат понятията: „степен на окисление”, „окислители и редуктори”, „процеси на окисление и редукция”; съставяне на електронен баланс за редоксреакции и го приложете, за да подредите коефициентите в молекулярното уравнение.

Промяна на свойствата на елементите в зависимост от структурата на техните атоми

След като предварително сте проучили видовете химична реакция, структурата на молекулите, връзката на основните класове химични съединения, можем да кажем, че повечето реакции - добавяне, разлагане и заместване, протичат с промяна в степента на окисление на атомите на реагиращите вещества и само при обменните реакции това не се случва.

Реакциите, които променят степента на окисление на елементите, се наричат ​​редокс реакции.

Има няколко начина да напишете уравнения за редокс реакции. Нека се спрем на метода на електронния баланс въз основа на определението общ бройдвижещи се електрони. Например:

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

Определяме атомите на кои елементи са променили степента на окисление:

Mn → Mn Cl → Cl

Определете броя на загубените (-) и получените (+) електрони:

Mn - 2 д→ Mn Cl + 6 д→ Сl

Броят на загубените и получените електрони трябва да е еднакъв. И двата процеса на полуреакции са изобразени по следния начин:

редуциращ агент Mn - 2 дˉ → Мn 3 3Мn – 6 дˉ → 3Mn окисление

окислител Cl + 6 дˉ → Сl 1 Сl + 6 дˉ → Сl възстановяване

Основните коефициенти за окислителя и редуциращия агент се прехвърлят в уравнението на реакцията

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

Процесът на трансформация на манган +4 в манган +6 е провисване на отката (загуба) на електрони, т.е. окисление; процесът на превръщане на Cl(+5) в Cl(-1) е процес на получаване на електрони, т.е. процес на възстановяване. В този случай веществото MnO 2 е редуциращ агент, а KClO 3 е окислител.

Понякога едно от веществата, участващи в реакцията, изпълнява две функции наведнъж: окислител (или редуциращ агент) и образуващ сол. Помислете за пример за реакцията

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

Съставете полуреакциите за окислителя и редуктора. Цинкът губи два електрона, а азотът N(+5) печели осем електрона:

Zn-2 дˉ → Zn 8 4

N+8 дˉ → N 2 1

По този начин, окисляването на четири цинкови атома изисква осем HNO3 молекули и две HNO3 молекули за образуване на сол.

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

Видове уравнения на редокс реакции.

Основни окислители и редуктори.

Редокс реакциите се разделят на три групи: междумолекулни, вътрешномолекулни и реакции на диспропорциониране.

Реакциите, при които едното вещество е окислител, а другото е редуктор, се наричат междумолекулни реакции, например:

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

Междумолекулните реакции също включват реакции между вещества, при които взаимодействащите атоми на един и същи елемент имат различни степени на окисление:

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

Наричат ​​се реакции, които протичат с промяна на степента на окисление на атомите в една и съща молекула вътрешномолекулни реакции, например:

2KClO 3 \u003d 2KCl + 3O 2

Вътрешномолекулните реакции включват реакции, при които атомите на един и същи елемент имат различни степени на окисление:

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

Реакциите, при които окислителните и редукционните функции се изпълняват от атоми на един и същи елемент в една и съща степен на окисление, се наричат диспропорционални реакции, например:

2Nа 2 O 2 + 2СО 2 = 2NаСО 3 + О 2

Окислители

Мярката за окислителната способност на атом или йон, както вече беше споменато, е афинитетът към електрона, т.е. способността им да приемат електрони.

Окислителите са:

1. Всички атоми на неметали. Най-силните окислители са халогенните атоми, тъй като те могат да приемат само един електрон. С намаляване на номера на групата, окислителните способности на разположените в тях неметални атоми падат. Следователно атомите на неметалите от IV група са най-слабите окислители. На групи отгоре надолу окислителни свойстваатомите на неметалите също намаляват поради увеличаване на радиусите на атомите.

2. Положително заредени метални йони в състояние висока степенокисляване, например:

KMnO 4, K 2 CrO 4, V 2 O 5, MnO 2 и др.

В допълнение, окислителите са метални йони с ниско ниво на окисление, например:

Ag, Hg, Fe, Cu и др.

3. Концентрирани HNO 3 и H 2 SO 4 киселини.

Реставратори

Реставраторите могат да бъдат:

1. Атомите на всички елементи с изключение на He, Ne, Ar, F. Атомите на тези елементи, които имат един, два, три електрона на последния слой, губят електрони най-лесно.

2. Положително заредени метални йони в ниско окислително състояние, например:

Fe, Cr, Mn, Sn, Cu.

3. Отрицателно заредени йони, например: Сlˉ, Вгˉ, Iˉ, S 2 ˉ.

4. Слаби киселинии техните соли, например: H2SO3 и K2SO3; HNO 2 и KNO 2.

Въпроси по изучаваната тема:

1. Какви реакции се наричат ​​редокс реакции? Как се различават редокс реакциите от другите химични реакции?

1. Защо металите в съединенията показват само положителни степени на окисление, докато неметалите показват както положителни, така и отрицателни?
2. Кои вещества се наричат ​​окислители и кои редуктори?
3. Как относителната електроотрицателност може да се използва, за да се прецени естеството на връзката между атомите в една молекула?
4. Каква е връзката между енергията на електронен афинитет и окислителната способност на химичния елемент?
5. Какви сложни вещества се характеризират само с окислителни свойства? В кои случаи сложни веществамогат да действат като окислители и редуциращи агенти?
6. В следните уравнения на реакцията определете окислителя и редуциращия агент, степента им на окисление, подредете коефициентите:

а) HgS + HNO 3 + Hcl → HgCl 2 + S + NO + H 2 O

б) 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

в) AsH 3 + AgNO 3 + H 2 O → H 3 AsO 4 + Ag + HNO 3

1. В следните реакции, при които окислителят и редукторът са в едно и също вещество (реакции на вътрешномолекулно окисление - редукция), подредете коефициентите:

а) NH 4 NO 3 → N 2 O + H 2 O

б) KClO 3 → KCl + O 2

в) Ag 2 O → Ag + O 2

1. За реакциите на диспропорциониране (самоокисление - самовъзстановяване) напишете електронни схеми и подредете коефициентите:

а) K 2 MnO 4 + H 2 O → KMnO 4 + MnO 2 + KOH

б) HclO 3 → ClO 2 + HclO 4

в) HNO 2 → HNO 3 + NO + H 2 O

1. Кои от следните реакции са вътрешномолекулни и кои са реакции на диспропорциониране:

а) Hg (NO 3) 2 → Hg + NO 2 + O 2

б) Cu (NO 3) 2 → CuO + NO 2 + O 2

в) K 2 SO 3 → K 2 SO 4 + K 2 S

г) (NH 4) 2 Cr 2 O 7 → N 2 + Cr 2 O 3 + H 2 O

Изберете коефициентите за всяка реакция.

Литература: 1, 2,3.