Reakcje redoks z manganem

Ostatnio nauczyliśmy się już rozpoznawać utleniacza i reduktora w reakcjach redoks. Zanim przejdziemy do kluczowej części z naszymi ukochanymi redoksami, wspomnimy o tym, jak będzie zachowywał się mangan w tego typu reakcjach.

1. Reakcje redoks powinny kojarzyć się z manganem

Tak jest − widzisz (w zadaniu) mangan i powinieneś myśleć : redoks! Związki manganu są wszechobecne w reakcjach utlenienia i redukcji, z nadmanganianem potasu na czele, jako statystycznie najczęściej pojawiający się związek w takim typie reakcji!

Z reguły maturalne zadania dotyczące redoksów polegają po prostu na tym, aby zbilansować reakcję, napisać odpowiednie równania oraz wskazać utleniacza i reduktora. Sytuacja może się jednak nieco zmienić, jeśli w reakcji pojawi się właśnie on : KMnO4 !

Wtedy obowiązuje nas nawet przewidywanie, co powstanie w reakcji, czyli inaczej mówiąc – mając podane substraty (to te po lewej) musimy jeszcze napisać produkty (to te prawej).

I tego właśnie musimy się nauczyć jeśli chodzi o reakcje redoks z manganem. Pamiętasz pewnie coś takiego jak skala pH? Okazuje się, że reakcje chemiczną możemy prowadzić w różnym ,,środowisku”, czyli kwaśnym, obojętnym oraz zasadowym, co nawiązuje właśnie do pH.

2. Produkty reakcji zależą od środowiska – kwaśne, obojętne i zasadowe

W równaniu reakcji synonimem do ,,środowisko kwaśne” jest jon H+ (lub H3O+) , środowisko obojętne to oczywiście woda H2O , natomiast środowisko zasadowe jest oznaczane jako OH.

Zanim jednak odpowiemy na to pytanie to przedstawmy wszystkie możliwości. Co niestety jest przykre – musisz się także nauczyć na pamięć kolorów poszczególnych jonów! Tutaj nie ma rady, trzeba to wykuć, bo niestety o te kolorki (bardzo) często są pytania!

jonMn2+  MnO2 MnO42ー    MnO4
kolor  bezbarwny 
(bladoróżowy)
brunatnyciemnozielony ciemnofioletowy
najważniejsza barwa!
Kolory związków manganu

Możemy na przykład spotkać się z takim równaniami reakcji, w których zadaniem byłoby najpierw ustalenie, jakie produkty powstają :

MnO4  +  H+  +  Sn2+ ⟶ ?

MnO4  +  SO32ー  +  H2O ⟶ ?

 MnO4  +  NO2  +  OH  ⟶ ?

To, co powstaje z nadmanganianu potasu w różnych środowiskach podsumowuje tabela :

SubstratŚrodowisko
reakcji
ProduktZmiana barwy
MnO4 kwasowe
H+ (lub H3O+)
Mn2+ ciemnofioletowy  ➜  bezbarwny[1]
MnO4 obojętne
H2O
MnO2ciemnofioletowy  ➜  brunatny
MnO4 zasadowe
OH
MnO42ーciemnofioletowy  ➜  ciemnozielony
Produkty reakcji redoks ze związkami manganu (z nadmanganianu potasu)

Jak też widzimy – mangan zawsze się redukuje, co oznacza, że KMnO4 zawsze pełni rolę utleniacza. I faktycznie tak jest, nadmanganian potasu jest mocnym utleniaczem. Możemy już zatem wpisać po jednym z produktów do naszych reakcji :

MnO4  +  H+  +  Sn2+ ⟶ Mn2+ + ?

MnO4  +  SO32ー  +  H2O ⟶ MnO2 + ?

 MnO4  +  NO2  +  OH  ⟶ MnO42ー + ?

Skoro mangan pełni rolę utleniacza i sam się redukuje, to coś się musi utleniać. W takim razie do czego może się utlenić cyna na +II stopniu utlenienia? Szybki rzut okiem na układ okresowy i widzimy, że cyna jest w 14. grupie, zatem oczywiście do cyny (+IV), a zatem piszemy jon Sn4+ . Analogicznie w drugiej reakcji mamy siarczan (IV), który możemy naturalnie utlenić do siarczanu (VI), a tak samo postępując z azotanem (III) mamy wydedukowany azotan (V).

MnO4  +  H+  +  Sn2+ ⟶ Mn2+ + Sn4+ + ?

MnO4  +  SO32ー  +  H2O ⟶ MnO2 + SO42ー + ?

 MnO4  +  NO2  +  OH  ⟶ MnO42ー + NO3  + ?

Popatrzmy na razie na pierwszą reakcję. Wciąż nam czegoś brakuje, bo po lewej stronie są atomy wodoru oraz tlenu, a tych nie ma po prawej. Jedynym logicznym rozwiązaniem jest dodanie wody po prawej stronie.

Jeśli chodzi o trzecią reakcję, to sytuacja jest dosyć podobna, ale nie taka sama. Po prawej brakuje nam tylko atomów wodoru, więc to co mogłoby przyjść na myśl to woda albo wodór. Wodoru (H2) nie wolno jednak dopisać, bo to wiązałoby się z kolejną redukcją (ze stopnia +I do 0), a my przecież już mamy ustalone co się utlenia, a co redukuje. Zatem, aby ten wodór po prawej stronie uzupełnić dopisujemy wodę.

Druga reakcja jest trudniejsza jeśli chodzi o ten brakujący element układanki. Potrzebujemy ponownie atomów wodoru po prawej stronie, jednak na pewno nie możemy dodać wody, bo ona już jest po lewej stronie. Zatem są dwie możliwości – albo dopisujemy H+ albo OH. Lepiej dopisać jon OH, bo po lewej są tylko ładunki ujemne, a po prawej wydaje się, że na razie jest ich mniej. Dopisujemy zatem jony OH.

MnO4  +  H+  +  Sn2+ ⟶ Mn2+ + Sn4+ + H2O

MnO4  +  SO32ー  +  H2O ⟶ MnO2 + SO42ー + OH

 MnO4  +  NO2  +  OH  ⟶ MnO42ー + NO3  + H2O


[1] W przypadku jonów manganu (II) w książkach często podawany jest kolor bladoróżowy, jednak w praktyce jest on osiągalny przy naprawdę konkretnych stężeniach. Z reguły powstające związki manganu (II) są bezbarwne. Na maturze są jednak uznawane obie odpowiedzi, co możemy zaobserwować chociażby tutaj :

Maj 2017 – poziom rozszerzony, zadanie 19. Chodziło o utlenienie alkoholu do kwasu karboksylowego przy użyciu KMnO4 w H2SO4
Oficjalna poprawna odpowiedź

Leave a Reply

%d bloggers like this: