Draslík je možné získať elektrolýzou na uhlíkových elektródach. Vlastnosti draslíka a jeho interakcia s vodou. Interakcia draslíka s komplexnými látkami

Draslík - devätnásty prvok Mendelejevovej periodickej tabuľky, patrí medzi alkalické kovy. Jedná sa o jednoduchú látku, ktorá je za normálnych podmienok v tuhom stave agregácie. Draslík varí pri 761 ° C. Teplota topenia prvku je 63 ° C. Draslík má striebristo bielu farbu s kovovým leskom.

Chemické vlastnosti draslíka

Draslík je vysoko reaktívny, preto ho nemožno skladovať vonku: alkalický kov okamžite reaguje s okolitými látkami. Tento chemický prvok patrí do skupiny I a do obdobia IV periodickej tabuľky. Draslík má všetky vlastnosti charakteristické pre kovy.

Interaguje s jednoduchými látkami, ktoré zahŕňajú halogény (bróm, chlór, fluór, jód) a fosfor, dusík a kyslík. Interakcia draslíka s kyslíkom sa nazýva oxidácia. Počas tejto chemickej reakcie sa kyslík a draslík spotrebovávajú v molárnom pomere 4: 1, čo vedie k vzniku dvoch častí oxidu draselného. Túto interakciu možno vyjadriť reakčnou rovnicou:

4K + O₂ \u003d 2K₂O

Počas spaľovania draslíka sa pozoruje jasne fialový plameň.

Táto interakcia sa považuje za kvalitatívnu odpoveď na stanovenie draslíka. Reakcie draslíka s halogénmi sú pomenované podľa názvov chemických prvkov: sú to fluorácia, jodácia, bromácia, chlórovanie. Takéto interakcie sú adičné reakcie. Príkladom je reakcia medzi draslíkom a chlórom, ktorá vedie k tvorbe chloridu draselného. Na uskutočnenie takejto interakcie vezmite dva móly draslíka a jeden mól. Výsledkom sú dva móly draslíka:

2K + CIS \u003d 2KSI

Molekulárna štruktúra chloridu draselného

Pri horení na čerstvom vzduchu sa draslík a dusík spotrebujú v molárnom pomere 6: 1. Výsledkom tejto interakcie je nitrid draselný, ktorý sa skladá z dvoch častí:

6K + N \u003d 2K₃N

Zlúčeninou sú zeleno-čierne kryštály. Draslík reaguje s fosforom podľa rovnakého princípu. Ak vezmete 3 móly draslíka a 1 mól fosforu, získate 1 mól fosfidu:

3K + R \u003d K₃R

Draslík reaguje s vodíkom za vzniku hydridu:

2K + H2 \u003d 2KN

Všetky adičné reakcie prebiehajú pri vysokých teplotách

Interakcia draslíka s komplexnými látkami

Medzi komplexné látky, s ktorými draslík reaguje, patrí voda, soli, kyseliny a oxidy. Pretože draslík je aktívny kov, vytláča atómy vodíka z ich zlúčenín. Príkladom je reakcia medzi draslíkom a kyselinou chlorovodíkovou. Na jeho implementáciu sa odoberú 2 móly draslíka a kyseliny. Výsledkom reakcie sú 2 móly chloridu draselného a 1 mól vodíka:

2K + 2NSI \u003d 2KSI + Н₂

Stojí za to podrobnejšie zvážiť proces interakcie draslíka s vodou. Draslík prudko reaguje s vodou. Pohybuje sa po povrchu vody, je tlačený uvoľneným vodíkom:

2K + 2H₂O \u003d 2KOH + H₂

Počas reakcie sa za jednotku času uvoľní veľa tepla, čo vedie k vznieteniu draslíka a uvoľneného vodíka. Je to veľmi zaujímavý proces: pri kontakte s vodou sa draslík okamžite vznieti, fialový plameň praskne a rýchlo sa pohybuje po povrchu vody. Na konci reakcie dôjde k záblesku s kvapkami kvapiek horiaceho draslíka a reakčných produktov.

Reakcia draslíka s vodou

Hlavným konečným produktom reakcie draslíka s vodou je hydroxid draselný (alkalický). Rovnica pre reakciu draslíka s vodou:

4K + 2H₂O + O₂ \u003d 4KOH

Pozor! Vyskúšajte túto skúsenosť sami!

Ak sa experiment vykoná nesprávne, môžete sa spáliť zásadami. Na reakciu sa zvyčajne používa kryštalizátor s vodou, do ktorého sa vloží kúsok draslíka. Len čo vodík prestane horieť, veľa ľudí sa chce pozrieť do kryštalizátora. V tomto okamihu nastáva posledný stupeň reakcie draslíka s vodou sprevádzaný slabým výbuchom a vystrekovaním vytvorenej horúcej zásady. Z bezpečnostných dôvodov preto stojí za to dodržať určitý odstup od laboratórneho stola, kým nie je reakcia úplná. nájdete tie najpozoruhodnejšie zážitky, aké môžete s deťmi doma mať.

Štruktúra draslíka

Atóm draslíka je tvorený jadrom, ktoré obsahuje protóny a neutróny a elektróny obiehajúce okolo neho. Počet elektrónov sa vždy rovná počtu protónov vo vnútri jadra. Keď je elektrón odpojený alebo pripojený k atómu, prestáva byť neutrálny a mení sa na ión. Ióny sa delia na katióny a anióny. Katióny sú kladne nabité a anióny záporné. Keď je elektrón pripojený k atómu, zmení sa na anión; ak jeden z elektrónov opustí svoju obežnú dráhu, neutrálny atóm sa zmení na katión.

Poradové číslo draslíka v periodickej tabuľke je 19. To znamená, že v jadre chemického prvku je aj 19 protónov. Záver: okolo jadra je 19 elektrónov. Počet protónov v štruktúre sa určuje takto: od atómovej hmotnosti odčítajte poradové číslo chemického prvku. Záver: v jadre draslíka je 20 protónov. Draslík patrí do IV obdobia, má 4 „dráhy“, na ktorých sú rovnomerne umiestnené elektróny, ktoré sú v neustálom pohybe. Na prvej "obežnej dráhe" sú 2 elektróny, v druhej - 8; na treťom a poslednom, štvrtom „orbite“ sa otáča 1 elektrón. To vysvetľuje vysokú úroveň chemickej aktivity draslíka: jeho posledná „obežná dráha“ nie je úplne naplnená, takže prvok má tendenciu kombinovať sa s inými atómami. Vo výsledku sa elektróny posledných dráh týchto dvoch prvkov stanú bežnými.

Pomocou lievika a sklenenej tyčinky nalejte do reaktora na konzervy hliníkové piliny, potom alkálie, otvor zakryte páskou a pretrepte ich obsahom. Ďalej pripevníme prijímač. Jeho spodný otvor (pre výstup vodíka) musí byť uzavretý klincom. Križovatku reaktora a prijímača opatrne namažte alabastrovou kašou (vezmite to dosť). Po 5 minútach čakania vysušte zlúčeninu sušičom vlasov asi 4 až 5 minút.

Teraz vlhkú vatu opatrne zabalíme do formy prijímača, ustúpime od okrajov o 5 - 8 mm a zafixujeme ju tenkým drôtom.

Najskôr odstráňte nechtovú zátku. Potom plechovku s reakčnou zmesou postupne ohrejeme horákom (na ušetrenie peňazí môžete použiť fúkač).

Na ohrev som použil plechovku butánu a vyššie spomenutý horák s veľkou tryskou. Horľavý plyn vo vnútri náplne sa ochladzuje a časom plameň mierne klesá, takže som musel butánovú náplň zahriať rukou.

Uistite sa, že je polovica „retorty“ zahriata na oranžovú farbu, hrdlo prijímača by malo byť zahrievané na začiatku červeného tepla. Zahrejte asi 13-14 minút. Reakcia je najskôr sprevádzaná výskytom fialového plameňa, ktorý vychádza z prijímača, potom sa postupne zmenšuje a mizne, potom môžete otvor zmenšiť zavedením nechtu (voľné a s medzerou)... Počas reakcie bavlnu postupne navlhčujte pipetou, aby voda nevnikla do kĺbov.

Po ukončení ohrevu pevne zasuňte zástrčku. Nechajte prístroj vychladnúť na izbovú teplotu! Iba som ho vyniesol na zimu. Potom odstránime vatu a zotrieme stopy vody.

Pripravte si vopred miesto, kde zoškrabete draslík z prijímača. Pamätajte na nebezpečenstvo požiaru! Musíte mať benzín, pinzetu, domácu špachtľu, škrabku a nádobu na uskladnenie draslíka s inertnou kvapalinou, ako je petrolej alebo olej. Je žiaduce, aby bola kvapalina vysušená. Oškrabte omietku a oddeľte prijímač. Okamžite vložte kúsok polyetylénu na hrdlo prijímača a stlačte ho plastelínou (alebo vopred urobte korok). Otvárame polovice prijímača, hlavná časť draslíka kondenzovaná na ľavej strane (ktorá bola spojená hrdlom s reaktorom), vo vnútri pravej strany boli iba stopy draslíka (štruktúra prijímača je znázornená na fotografii). Nalejeme benzín na ľavú stranu (použil som hexán). To sa deje na ochranu kovu pred oxidáciou (benzín je dobrý, pretože potom sa odparí bez stopy a môžete chladničku znova použiť bez toho, aby ste zlomili sadrový tmel). Operácia sa vykonáva v okuliaroch!

Špachtľou zoškrabte kov zo stien a potom ho pinzetou vložte do skladovacej nádoby. Pamätajte, že malé kúsky draslíka oxidujú na vzduchu tak rýchlo, že sa môžu vznietiť. Je to ľahké zistiť, ak opatrne zarovnáte sušený kúsok draslíka nožom na kúsok papiera (najlepšie filtračný alebo toaletný) - draslík sa zvyčajne vznieti. Časť kovu vyjde vo forme malých hoblín a zŕn. Môžu sa zbierať prepláchnutím benzínom v skladovacej nádobe alebo suchom pohári. Sú užitočné pri reakcii s vodou: aj malé zrná horia krásnymi fialovými svetlami.

Podarilo sa mi nazhromaždiť asi 1,1 g draslíka do vážiacej fľaše (0,7 - 0,8 g vo forme kompaktnej hmoty). Celkovo sa vytvorilo asi 1,3 g kovu. Nezachytil som časť draslíka vo forme zvyškov, odsal som ho papierom z hexánu a pomocou pinzety ho preniesol do vody (zrnká z papiera je vhodné len striasť). Po reakcii musíte z prijímača odstrániť stopy kovu, iba hodiť pravú polovicu („dno“) do vody s natiahnutou rukou a okamžite ustúpiť. Ľavú polovicu nechajte sedieť na vzduchu, kým stopy draslíka čiastočne neoxidujú, potom ich odstráňte vlhkou vatou na drôte (bez poškodenia tmelu). Potom opláchnite prijímač pipetou a osušte ho vreckovkou (dávajte pozor, aby diera nesmerovala k vám).

Téma 1.6. Redoxné reakcie.

Otázky k predtým preštudovanej téme:

1. V akých prípadoch počas elektrolýzy vodných roztokov solí:

a) vodík sa uvoľňuje na katóde;

b) kyslík sa uvoľňuje na anóde;

c) Prebieha súčasná redukcia kovových katiónov a vodíkových katiónov vody?

1. Aké procesy prebiehajúce na elektródach sa súhrnne nazývajú „elektrolýza“?
2. Aký je rozdiel medzi elektrolýzou taveniny hydroxidu sodného a elektrolýzou jej roztoku?
3. Ktorý pól batérie - kladný alebo záporný, mala by byť pripojená kovová časť, keď je pochrómovaná.
4. Odhaliť význam elektrolýzy; koncept - elektrolýza.
5. Aké chemické procesy prebiehajú na katóde a anóde počas elektrolýzy roztoku jodidu draselného? Jodid draselný sa topí?
6. Vypracujte schémy elektrolýzy pomocou uhlíkových elektród taveniny a roztokov nasledujúcich solí: КСl.
7. V akom poradí budú katióny redukované počas elektrolýzy ich solí rovnakej koncentrácie (nerozpustná anóda) nasledujúceho zloženia: Al, Sn, Ag, Mn?
8. Vysvetlite, prečo sa kovový draslík nedá získať na uhlíkových elektródach elektrolýzou vodného roztoku chloridu draselného, \u200b\u200bale dá sa získať elektrolýzou taveniny tejto soli?
9. Keď sa na katóde vytvorí elektrolýza vodného roztoku dusičnanu strieborného:

a) Аg b) NO 2 c) NIE d) H2?

vedieťzákladné pojmy a podstata redoxných reakcií, pravidlá zostavovania redoxných reakcií metódou elektronickej rovnováhy;

byť schopnýklasifikovať reakcie z hľadiska oxidačného stavu; definovať a uplatňovať pojmy: „oxidačný stav“, „oxidačné činidlá a redukčné činidlá“, „oxidačné a redukčné procesy“; zostavte elektronickú váhu pre redoxné reakcie a aplikujte ju na usporiadanie koeficientov v molekulárnej rovnici.

Zmena vlastností prvkov v závislosti od štruktúry ich atómov

Po predchádzajúcom štúdiu typov chemických reakcií, štruktúry molekúl, vzťahu hlavných tried chemických zlúčenín môžeme povedať, že väčšina reakcií - adícia, rozklad a substitúcia, prebieha so zmenou oxidačného stavu atómov reagujúcich látok a iba pri metabolických reakciách k tomu nedochádza.

Reakcie vedúce k zmene oxidačného stavu prvkov sa nazývajú redoxné reakcie.

Existuje niekoľko spôsobov, ako formulovať rovnice redoxných reakcií. Poďme sa venovať metóde elektronického vyváženia založenej na určení celkového počtu pohybujúcich sa elektrónov. Napríklad:

МnО 2 + КСlO 3 + KOH \u003d К 2 МnО 4 + КСl + Н 2 О

Určujeme atómy, ktorých prvky zmenili oxidačný stav:

Мn → Мn Сl → Сl

Určte počet stratených (-) a prijatých (+) elektrónov:

Mn - 2 e → Мn Сl + 6 e → Сl

Počet stratených a získaných elektrónov musí byť rovnaký. Oba procesy polovičnej reakcie reprezentujeme nasledovne:

redukčné činidlo Мn - 2 eˉ → Мn 3 3Мn - 6 eˉ → 3Mn oxidácia

oxidačné činidlo Сl + 6 eˉ → Сl 1 Сl + 6 eRecovery → Сl zotavenie

Základné koeficienty pre oxidačné činidlo a redukčné činidlo sa prenášajú do reakčnej rovnice

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

Proces transformácie mangánu +4 na mangán +6 je poklesom spätného rázu (straty) elektrónov, t.j. oxidácia; proces premeny Сl (+5) na Сl (-1) je proces získavania elektrónov, t.j. proces obnovy. V tomto prípade je látka MnO2 redukčným činidlom a KClO3 je oxidačné činidlo.

Niekedy jedna z látok zúčastňujúcich sa na reakcii plní dve funkcie naraz: oxidačné činidlo (alebo redukčné činidlo) a činidlo tvoriace soľ. Zvážte ako príklad reakciu

Zn + HNO3 \u003d Zn (N03) 2 + NH4N03 + H20

Zostavme polovičné reakcie pre oxidačné činidlo a redukčné činidlo. Zinok stráca dva elektróny a dusík N (+5) získava osem elektrónov:

Zn - 2 eˉ → Zn 8 4

N + 8 eˉ → N 2 1

Oxidácia štyroch atómov zinku teda vyžaduje na tvorbu solí osem molekúl HNO3 a dve molekuly HNO3.

4Zn + 2НNО 3 + 8НNO 3 \u003d 4Zn (NO 3) 2 + NH4 NO 3 + 3Н 2 О

4Zn + 10НNO3 \u003d 4Zn (NO3) 2 + NH4NO3 + 3Н2 О

Typy rovníc pre redoxné reakcie.

Hlavné oxidačné a redukčné činidlá.

Redoxné reakcie sa delia do troch skupín: intermolekulárne, intramolekulárne a disproporcionačné reakcie.

Reakcie, pri ktorých jedna látka slúži ako oxidačné činidlo a druhá ako redukčné činidlo, sa nazývajú intermolekulárne reakcie, napr .:

2КМnО 4 + 16HCl \u003d 2МnСl 2 + 5Сl 2 + 2КСl + 8Н 2 О

Medzi intermolekulárne reakcie patria aj reakcie medzi látkami, v ktorých majú interagujúce atómy toho istého prvku odlišný oxidačný stav:

2H2S + S02 \u003d 3S + 2H20

Reakcie, ktoré nastávajú so zmenou oxidačného stavu atómov v tej istej molekule, sa nazývajú intramolekulárne reakcie, napr .:

2KClO3 \u003d 2KCl + 3O2

Medzi intramolekulárne reakcie patria reakcie, pri ktorých majú atómy rovnakého prvku rôzne oxidačné stavy:

NH4NO3 \u003d N20 + H20

Reakcie, pri ktorých sa oxidačné a redukčné funkcie vykonávajú atómami jedného prvku v rovnakom oxidačnom stave, sa nazývajú disproporčné reakcie, napr .:

2Nа 2 O 2 + 2СО 2 \u003d 2NаСО 3 + О 2

Oxidanty

Meradlom oxidačnej schopnosti atómu alebo iónu, ako už bolo uvedené, je afinita k elektrónu, t.j. ich schopnosť prijímať elektróny.

Oxidačné činidlá sú:

1. Všetky atómy nekovov. Najsilnejšie oxidanty sú atómy halogénu, pretože sú schopné prijať iba jeden, elektrón. S poklesom počtu skupín klesá oxidačná schopnosť atómov nekovov, ktoré sa v nich nachádzajú. Atómy nekovov skupiny IV sú preto najslabšími oxidačnými činidlami. V skupinách zhora nadol sa oxidačné vlastnosti nekovových atómov tiež znižujú v dôsledku nárastu atómových polomerov.

2. Kladne nabité ióny kovov v stave vysokej oxidácie, napríklad:

КМnО 4, К 2 СrО 4, V 2 O 5, МnО 2 atď.

Oxidačné činidlá sú navyše ióny kovov s nízkym oxidačným stavom, napríklad:

Ag, Hg, Fe, Cu atď.

3. Koncentrované kyseliny HNO 3 a H 2 SO 4.

Redukčné činidlá

Reštaurátormi môžu byť:

1. Atómy všetkých prvkov, okrem He, Ne, Ar, F. Atómy tých prvkov, ktoré majú na poslednej vrstve jeden, dva, tri elektróny, najľahšie strácajú elektróny.

2. Kladne nabité ióny kovov v stave nízkej oxidácie, napríklad:

Fe, Cr, Mn, Sn, Cu.

3. Negatívne nabité ióny, napríklad: Clˉ, Brˉ, Iˉ, S2ˉ.

4. Slabé kyseliny a ich soli, napríklad: H2S03 a K2S03; HNO 2 a KNO 2.

Otázky k študovanej téme:

1. Aké reakcie sa nazývajú redoxné reakcie? Ako sa redoxné reakcie líšia od iných chemických reakcií?

1. Prečo kovy v zlúčeninách vykazujú iba pozitívne oxidačné stavy a nekovy pozitívne aj negatívne?
2. Aké látky sa nazývajú oxidačné činidlá a aké redukčné činidlá?
3. Ako možno posúdiť povahu väzby medzi atómami v molekule podľa relatívnej elektronegativity?
4. Aký je vzťah medzi elektrónovou afinitou a oxidačnou schopnosťou chemického prvku?
5. Pre ktoré zložité látky sú charakteristické iba oxidačné vlastnosti? V akých prípadoch môžu zložité látky pôsobiť ako oxidačné a redukčné činidlá?
6. V nasledujúcich reakčných rovniciach určte oxidačné činidlo a redukčné činidlo, ich oxidačný stav, umiestnite koeficienty:

a) НgS + НNО 3 + НСl → НgСl 2 + S + NO + Н 2 O

b) SnСl 2 + К 2 Сr 2 О 7 + Н 2 SO 4 → Sn (SO 4) 2 + SnCl 4 + Сr 2 (SO 4) 3 + К 2 SO 4 + Н 2 O

c) AsH3 + AgNO3 + H20 → H3 AsO4 + Ag + HNO3

1. V nasledujúcich reakciách, pri ktorých sú oxidačné činidlo a redukčné činidlo v tej istej látke (intramolekulárne oxidačno-redukčné reakcie), umiestnite koeficienty:

a) NH4NO3 → N20 + H20

b) КСlO 3 → КСl + О 2

c) Ag20 → Ag + 02

1. Pre disproporcionálne reakcie (samooxidácia - samoliečba) napíšte elektronické obvody a umiestnite koeficienty:

a) K2MnO4 + H20 → KMnO4 + MnO2 + KOH

b) НСlO 3 → СlO 2 + НСlO 4

c) HNO2 → HNO3 + NO + H20

1. Ktoré z nasledujúcich reakcií sú intramolekulárne a ktoré sú disproporcionálnymi reakciami:

a) Нg (NO 3) 2 → Нg + NO 2 + О 2

b) Сu (NO 3) 2 → СuО + NO 2 + О 2

c) K2S03 → K2S04 + K2S

d) (NH4) 2 Сr 2 О 7 → N 2 + Сr 2 О 3 + Н 2 O

Vyberte koeficienty pre každú reakciu.

Literatúra: 1, 2,3.