Folosind o pâlnie și o tijă de sticlă, turnați pilitura de aluminiu în recipientul reactorului, apoi leșie, închideți gaura cu o bucată de bandă adezivă și agitați conținutul. Apoi, atașați receptorul. Orificiul său inferior (pentru eliberarea hidrogenului) trebuie închis cu un cui. Ungeți ușor joncțiunea reactorului și a receptorului cu tern de alabastru (luați-o destul de mult). După ce ați așteptat 5 minute, uscați conexiunea cu un uscător de păr timp de aproximativ 4-5 minute.

Acum înfășurăm cu atenție vata umedă pe cutia receptorului, dând înapoi de la marginile de 5-8 mm și o fixăm cu un fir subțire.

Mai întâi, scoateți dopul de unghii. Apoi încălzim treptat cutia cu amestecul de reacție cu un arzător (puteți folosi un arzător pentru a economisi bani).

Pentru incalzire am folosit o cutie de butan si duza mare pentru arzator mentionata mai sus. Gazul combustibil din interiorul cutiei se raceste, iar in timp flacara scade usor, asa ca a trebuit sa incalzesc cu mana bidonul de butan.

Asigurați-vă că jumătate din „retortă” este încălzită la o căldură portocalie, gâtul receptorului trebuie încălzit până la începutul unei călduri roșii. Se încălzește aproximativ 13-14 minute. Reacția este însoțită inițial de apariția unei flăcări violete care iese din receptor, apoi scade treptat și dispare, apoi puteți reduce orificiul introducând un cui (liber și cu un gol). În timpul reacției, umeziți treptat bumbacul cu o pipetă, împiedicând pătrunderea apei în articulații.

După oprirea căldurii, introduceți ferm ștecherul. Lăsați aparatul să se răcească la temperatura camerei! Tocmai l-am scos în frig. Apoi scoatem vata, si stergem urmele de apa.

Pregătiți dinainte locul unde veți răzui potasiul din receptor. Fiți conștienți de riscul de incendiu! Ar trebui să aveți benzină, pensetă, o racletă de casă, un recipient de depozitare a potasiului cu un lichid inert precum kerosenul sau uleiul. Este de dorit ca lichidul să fie uscat. Razuim tencuiala si separam receptorul. Punem imediat o bucată de polietilenă pe gâtul receptorului și o apăsăm cu plastilină (sau facem un dop în avans). Deschidem jumătățile receptorului, partea principală a potasiului condensată în partea stângă (care a fost atașată la reactor cu un gât), în partea dreaptă erau doar urme de potasiu (structura receptorului este prezentată în Fotograful). Turnați benzină în partea stângă (eu am folosit hexan). Acest lucru se face pentru a proteja metalul de oxidare (benzina este bună pentru că atunci se va evapora fără urmă și se va putea folosi din nou frigiderul fără a deranja chitul de gips). Operatia se realizeaza in ochelari de protectie!

Folosiți o spatulă pentru a răzui metalul de pe pereți, apoi puneți-l într-un recipient de depozitare cu pensete. Amintiți-vă, așchiile mici de potasiu se oxidează atât de repede în aer încât se pot aprinde. Acest lucru este ușor de observat dacă aplatizați cu grijă o bucată de potasiu uscată cu un cuțit pe o bucată de hârtie (de preferință filtru sau hârtie igienică) - potasiul se aprinde de obicei. O parte din metal se va dovedi sub formă de așchii și boabe mici. Ele pot fi colectate prin spălare cu benzină într-un recipient de depozitare sau într-o cană uscată. Sunt utile pentru reacția cu apa: chiar și boabele mici ard cu lumini violete frumoase.

Am reușit să adun aproximativ 1,1 g de potasiu într-o sticlă (0,7-0,8 g sub formă de masă compactă). În total, s-au format aproximativ 1,3 g de metal. Nu am colectat o parte din potasiu sub formă de reziduuri, l-am șters cu hârtie din hexan și l-am transferat în apă cu o pensetă (este convenabil să scuturați boabele de pe hârtie). După reacție, trebuie să îndepărtați urmele de metal din receptor, trebuie doar să aruncați jumătatea dreaptă („de jos”) în apă cu un braț întins și să vă îndepărtați imediat. Lăsați jumătatea stângă să stea în aer până când urmele de potasiu se oxidează parțial, apoi îndepărtați-le cu vată umedă pe sârmă (fără a deteriora chitul de ipsos). Apoi clătiți receptorul cu o pipetă și uscați-l cu un șervețel (aveți grijă să nu îndreptați deschiderea spre dvs.).

Potasiul - al nouăsprezecelea element al tabelului periodic al lui Mendeleev, aparține metalelor alcaline. Este o substanță simplă care, în condiții normale, rămâne în stare solidă. starea de agregare. Potasiul fierbe la o temperatură de 761 °C. Punctul de topire al elementului este de 63 °C. Potasiul are o culoare alb-argintie cu o strălucire metalică.

Proprietățile chimice ale potasiului

Potasiu - care are o activitate chimică ridicată, prin urmare nu poate fi stocat în aer liber: metalul alcalin reacționează instantaneu cu substanțele din jur. Acest element chimic aparține grupei I și perioadei IV a tabelului periodic. Potasiul are toate proprietățile caracteristice metalelor.

El interactioneaza cu substanțe simple, care includ halogeni (brom, clor, fluor, iod) și fosfor, azot și oxigen. Interacțiunea potasiului cu oxigenul se numește oxidare. În timpul acestei reacții chimice, oxigenul și potasiul sunt consumate într-un raport molar de 4:1, rezultând formarea de oxid de potasiu în cantitate de două părți. Această interacțiune poate fi exprimată prin ecuația reacției:

4K + O₂ \u003d 2K₂O

În timpul arderii potasiului, se observă o flacără de culoare violet strălucitor.

O astfel de interacțiune este considerată o reacție calitativă la determinarea potasiului. Reacțiile potasiului cu halogenii sunt denumite după denumirile elementelor chimice: acestea sunt fluorurare, iodare, bromurare, clorurare. Astfel de interacțiuni sunt reacții de adiție. Un exemplu este reacția dintre potasiu și clor, care produce clorură de potasiu. Pentru a realiza o astfel de interacțiune, se iau doi moli de potasiu și un mol. Ca rezultat, se formează doi moli de potasiu:

2K + СІ₂ = 2КІ

Structura moleculară a clorurii de potasiu

La arderea în aer liber, potasiul și azotul sunt consumate într-un raport molar de 6:1. Ca rezultat al acestei interacțiuni, nitrura de potasiu se formează în două părți:

6K + N2 = 2K3N

Compusul este cristale de culoare verde-negru. Potasiul reacționează cu fosforul în același mod. Dacă luați 3 moli de potasiu și 1 mol de fosfor, obțineți 1 mol de fosfură:

3K + P = K₃P

Potasiul reacţionează cu hidrogenul formând o hidrură:

2K + N2 = 2KN

Toate reacțiile de adiție au loc la temperaturi ridicate

Interacțiunea potasiului cu substanțe complexe

Substanțele complexe cu care potasiul reacționează includ apă, săruri, acizi și oxizi. Deoarece potasiul este metal activ, înlocuiește atomii de hidrogen din compușii lor. Un exemplu este reacția dintre potasiu și acid clorhidric. Pentru implementarea sa, se iau 2 moli de potasiu și acid. Ca rezultat al reacției, se formează 2 moli de clorură de potasiu și 1 mol de hidrogen:

2K + 2HCI = 2KSI + H2

Merită să luăm în considerare mai detaliat procesul de interacțiune a potasiului cu apa. Potasiul reacționează violent cu apa. Se mișcă la suprafața apei, este împins de hidrogenul eliberat:

2K + 2H2O = 2KOH + H2

În timpul reacției, se eliberează multă căldură pe unitatea de timp, ceea ce duce la aprinderea potasiului și a hidrogenului eliberat. Acesta este un proces foarte interesant: la contactul cu apa, potasiul se aprinde instantaneu, flacăra violetă trosnește și se mișcă rapid de-a lungul suprafeței apei. La sfârșitul reacției, apare o fulgerare cu stropirea picăturilor de potasiu arzând și a produselor de reacție.

Reacția potasiului cu apa

De bază produs final reacțiile potasiului cu apa - hidroxid de potasiu (alcali). Ecuația reacției potasiului cu apa:

4K + 2H2O + O2 = 4KOH

Atenţie! Nu încercați să repetați singur această experiență!

Dacă experimentul este efectuat incorect, puteți obține o arsură cu alcalii. Pentru reacție se folosește de obicei un cristalizator cu apă, în care se pune o bucată de potasiu. De îndată ce hidrogenul încetează să ardă, mulți vor să se uite în cristalizator. În acest moment, are loc etapa finală a reacției potasiului cu apa, însoțită de o explozie slabă și stropire a alcaliului fierbinte rezultat. Prin urmare, din motive de siguranță, merită să păstrați o anumită distanță față de masa de laborator până când reacția este completă. vei găsi cele mai spectaculoase experiențe pe care le poți trăi cu copiii tăi acasă.

Structura potasiului

Atomul de potasiu este format dintr-un nucleu care conține protoni și neutroni și electroni care se rotesc în jurul lui. Numărul de electroni este întotdeauna egal cu numărul de protoni din interiorul nucleului. Când un electron este detașat sau atașat de un atom, acesta încetează să mai fie neutru și se transformă într-un ion. Ionii sunt împărțiți în cationi și anioni. Cationii au sarcină pozitivă, anionii au sarcină negativă. Când un electron este atașat unui atom, acesta devine anion; dacă unul dintre electroni părăsește orbita sa, atomul neutru se transformă într-un cation.

Numărul de serie al potasiului în tabelul periodic Mendeleev - 19. Deci, protoni în nucleu element chimic mai sunt 19. Concluzie: in jurul nucleului sunt 19 electroni.Numarul de protoni din structura se determina astfel: din masă atomică scădeți numărul de serie al unui element chimic. Concluzie: există 20 de protoni în nucleul de potasiu. Potasiul aparține perioadei IV, are 4 „orbite”, pe care electronii sunt distribuiți uniform, care sunt în mișcare constantă. Pe prima „orbita” sunt 2 electroni, pe a doua - 8; pe a treia și pe ultima, a patra „orbită”, se rotește 1 electron. Aceasta explică nivel inalt activitatea chimică a potasiului: ultima sa „orbita” nu este complet umplută, astfel încât elementul tinde să se combine cu alți atomi. Ca urmare, electronii ultimelor orbite ale celor două elemente vor deveni comuni.

Subiectul 1.6. Reacții redox.

Întrebări pe o temă studiată anterior:

1. În ce cazuri în timpul electrolizei soluțiilor apoase de săruri:

a) hidrogenul este eliberat la catod;

b) oxigenul este eliberat la anod;

c) există o reducere simultană a cationilor metalici și a cationilor hidrogen de apă?

1. Ce procese care au loc pe electrozi sunt unite prin denumirea comună „electroliza”?
2. Care este diferența dintre electroliza topiturii de sodă caustică și electroliza soluției sale?
3. La ce pol al bateriei - pozitiv sau negativ - trebuie conectată partea metalică atunci când este cromată.
4. Dezvăluie semnificația electrolizei; concept - electroliza.
5. Ce fel procese chimice apar la catod și anod în timpul electrolizei unei soluții de iodură de potasiu? O topitură de iodură de potasiu?
6. Realizați scheme de electroliză folosind electrozi de carbon ai topiturii și soluțiilor următoarelor săruri: KCl.
7. În ce secvență se vor reduce cationii în timpul electrolizei sărurilor lor de aceeași concentrație (insolubilă în anod) din următoarea compoziție: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Explicați de ce potasiul metalic nu poate fi obținut pe electrozii de carbon prin electroliză soluție apoasă clorură de potasiu, dar se poate obține prin electroliza unei topituri a acestei săruri?
9. În timpul electrolizei unei soluții apoase de nitrat de argint la catod, se formează următoarele:

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

stiu concepte de bază și esența oxidativului reducerea reacțiilor, reguli de compilare a reacțiilor redox prin metoda echilibrului electronic;

a fi capabil să clasificarea reacțiilor în funcție de starea de oxidare; definiți și aplicați conceptele: „stare de oxidare”, „oxidanți și reductori”, „procese de oxidare și reducere”; întocmește un bilanţ electronic pentru redox reacții și se aplică pentru a aranja coeficienții în ecuația moleculară.

Modificarea proprietăților elementelor în funcție de structura atomilor lor

Studiind anterior tipurile reacții chimice, structura moleculelor, relația dintre principalele clase compuși chimici, putem spune că majoritatea reacțiilor - adiție, descompunere și substituție, au loc cu o modificare a stării de oxidare a atomilor substanțelor care reacţionează, și numai în reacțiile de schimb acest lucru nu are loc.

Reacțiile care modifică starea de oxidare a elementelor se numesc reacții redox.

Există mai multe moduri de a scrie ecuații pentru reacțiile redox. Să ne oprim asupra metodei echilibrului electronic bazată pe definiție numărul total electroni în mișcare. De exemplu:

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

Determinăm atomi ai căror elemente au schimbat starea de oxidare:

Mn → Mn Cl → Cl

Determinați numărul de electroni pierduți (-) și primiți (+):

Mn - 2 e→ Mn CI + 6 e→ Сl

Numărul de electroni pierduți și câștigați ar trebui să fie același. Ambele procese de semireacții sunt descrise după cum urmează:

agent reducător Mn-2 eˉ → Мn 3 3Мn – 6 eˉ → 3Mn oxidare

agent de oxidare Cl + 6 eˉ → Сl 1 Сl + 6 eˉ → Сl recuperare

Principalii coeficienți pentru agentul oxidant și agentul reducător sunt transferați în ecuația de reacție

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

Procesul de transformare a manganului +4 în mangan +6 este scăderea reculului (pierderea) electronilor, adică. oxidare; procesul de transformare a Cl(+5) în Cl(-1) este procesul de obținere a electronilor, adică. procesul de recuperare. În acest caz, substanța MnO 2 este un agent reducător, iar KClO 3 este un agent oxidant.

Uneori, una dintre substanțele implicate în reacție îndeplinește două funcții simultan: un agent oxidant (sau agent reducător) și un formator de sare. Luați ca exemplu reacția

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

Compuneți semireacțiile pentru agentul oxidant și agentul reducător. Zincul pierde doi electroni, iar azotul N(+5) câștigă opt electroni:

Zn-2 eˉ → Zn 8 4

N+8 eˉ → N 2 1

Astfel, oxidarea a patru atomi de zinc necesită opt molecule de HNO 3 și două molecule de HNO 3 pentru formarea sării.

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

Tipuri de ecuații ale reacțiilor redox.

Agenți de oxidare și reducție de bază.

Reacțiile redox sunt împărțite în trei grupe: reacții intermoleculare, intramoleculare și reacții de disproporționare.

Se numesc reacțiile în care o substanță este agentul oxidant și cealaltă este agentul reducător reacții intermoleculare, de exemplu:

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

Reacțiile intermoleculare includ, de asemenea, reacții între substanțe în care atomii care interacționează ai aceluiași element au stări de oxidare diferite:

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

Reacțiile care apar cu modificarea stării de oxidare a atomilor din aceeași moleculă se numesc reacții intramoleculare, de exemplu:

2KClO 3 \u003d 2KCl + 3O 2

Reacțiile intramoleculare includ reacții în care atomii aceluiași element au stări de oxidare diferite:

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

Reacțiile în care funcțiile de oxidare și de reducere sunt îndeplinite de atomii aceluiași element în aceeași stare de oxidare se numesc reacții de disproporționare, de exemplu:

2Nа 2 O 2 + 2СО 2 = 2NаСО 3 + О 2

Oxidanți

Măsura capacității de oxidare a unui atom sau ion, așa cum sa menționat deja, este afinitatea electronică, adică capacitatea lor de a accepta electroni.

Oxidanții sunt:

1. Toți atomii de nemetale. Cei mai puternici agenți oxidanți sunt atomii de halogen, deoarece sunt capabili să accepte doar un electron. Odată cu scăderea numărului de grupe, abilitățile de oxidare ale atomilor nemetalici aflați în ei scad. Prin urmare, atomii nemetalelor din grupa IV sunt cei mai slabi agenți de oxidare. În grupuri de sus în jos proprietăți oxidante atomii de nemetale scad și ei din cauza creșterii razelor atomilor.

2. Ioni metalici încărcați pozitiv în stare grad înalt oxidare, de exemplu:

KMnO 4, K 2 CrO 4, V 2 O 5, MnO 2 etc.

În plus, agenții de oxidare sunt ioni metalici cu o stare scăzută de oxidare, de exemplu:

Ag, Hg, Fe, Cu etc.

3. Acizi HNO3 şi H2SO4 concentraţi.

Restauratori

Restauratorii pot fi:

1. Atomii tuturor elementelor cu excepția He, Ne, Ar, F. Atomii acelor elemente care au unul, doi, trei electroni pe ultimul strat pierd electroni cel mai ușor.

2. Ioni metalici încărcați pozitiv într-o stare de oxidare scăzută, de exemplu:

Fe, Cr, Mn, Sn, Cu.

3. Ioni încărcați negativ, de exemplu: Сlˉ, Вгˉ, Iˉ, S 2 ˉ.

4. Acizi slabişi sărurile lor, de exemplu: H2S03 şi K2SO3; HNO 2 și KNO 2.

Întrebări pe tema studiată:

1. Ce reacții se numesc reacții redox? Cum sunt reacțiile redox diferite de alte reacții chimice?

1. De ce metalele din compuși prezintă doar stări de oxidare pozitive, în timp ce nemetalele prezintă atât stări pozitive, cât și negative?
2. Ce substanțe se numesc agenți oxidanți și care sunt agenți reducători?
3. Cum poate fi folosită electronegativitatea relativă pentru a judeca natura legăturii dintre atomi dintr-o moleculă?
4. Care este relația dintre energia de afinitate electronică și puterea de oxidare a unui element chimic?
5. Ce substanțe complexe se caracterizează numai prin proprietăți oxidante? În ce cazuri substanțe complexe pot acționa ca agenți oxidanți și reducători?
6. În următoarele ecuații de reacție, determinați agentul de oxidare și agentul reducător, starea lor de oxidare, aranjați coeficienții:

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

b) 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

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

1. În următoarele reacții, în care agentul de oxidare și agentul reducător sunt în aceeași substanță (reacții de oxidare - reducere intramoleculară), aranjați coeficienții:

a) NH4NO3 → N2O + H2O

b) KClO 3 → KCl + O 2

c) Ag 2 O → Ag + O 2

1. Pentru reacțiile de disproporționare (autooxidare - autovindecare), scrieți circuite electronice și aranjați coeficienții:

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

b) HclO 3 → ClO 2 + HclO 4

c) HNO 2 → HNO 3 + NO + H 2 O

1. Care dintre următoarele reacții sunt intramoleculare și care sunt reacții de disproporționare:

a) Hg (NO 3) 2 → Hg + NO 2 + O 2

b) Cu (NO 3) 2 → CuO + NO 2 + O 2

c) K 2 SO 3 → K 2 SO 4 + K 2 S

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

Selectați coeficienții pentru fiecare reacție.

Literatură: 1, 2,3.