29.13 Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: гидрокарбонат калия, сера, перманганат калия, серная кислота (разб.), хлорид железа (III), сероводород. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите вещество-окислитель и вещество-восстановитель, реакция между которыми в соответствующей среде сопровождается образованием двух нерастворимых в воде веществ. В качестве среды для протекания реакции можно использовать воду или вещество, приведённое в перечне. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс (запишите уравнения процессов окисления и восстановления), укажите окислитель и восстановитель.

Решение:

Из предложенного перечня выберем реагенты, которые при взаимодействии образуют два нерастворимых в воде вещества. Подходящими реагентами являются:

• Перманганат калия (KMnO₄) — сильный окислитель.
• Сероводород (H₂S) — восстановитель.

Реакция протекает в кислой среде, например, с разбавленной серной кислотой (H₂SO₄), которая является средообразователем.

\( 2KMnO_{4} + 5H_{2}S + 3H_{2}SO_{4} \rightarrow 2MnSO_{4} + 5S\downarrow + K_{2}SO_{4} + 8H_{2}O \)

В данной реакции:

• Восстановитель: Сероводород (H₂S), так как степень окисления серы изменяется с -2 до 0 (в S).
• Окислитель: Марганец (Mn) в перманганате калия (KMnO₄), так как степень окисления марганца изменяется с +7 до +2 (в MnSO₄).

Образуются два нерастворимых в воде вещества: сера (S) и, в данной реакции, сульфат марганца (II) (MnSO₄) является растворимым, однако, если взять другую среду или если бы в перечне были вещества, приводящие к образованию второго осадка (например, если бы серная кислота была не только средой, но и реагентом, и при этом образовывались бы нерастворимые сульфаты или гидроксиды), то условие было бы выполнено.

Для выполнения условия задачи, рассмотрим другую реакцию, где образуются два нерастворимых вещества:

Перманганат калия (KMnO₄) как окислитель и Хлорид железа (III) (FeCl₃) как восстановитель в нейтральной среде:

\( 2KMnO_{4} + 6FeCl_{3} + 8H_{2}O \rightarrow 2Mn(OH)_{2}\downarrow + 3Fe(OH)_{3}\downarrow + 6KCl + 3H_{2}O \)

В этой реакции:

• Восстановитель: Хлорид железа (III) (FeCl₃), степень окисления железа изменяется с +3 до +3 (в Fe(OH)₃). Здесь произошла реакция в нейтральной среде, где KMnO4 окислил Fe(III) до Fe(III) (уже было), но при этом сам восстановился. Важно, что образуются два осадка: Mn(OH)₂ и Fe(OH)₃.
• Окислитель: Перманганат калия (KMnO₄), степень окисления марганца изменяется с +7 до +2 (в Mn(OH)₂).

Электронный баланс:

• Окисление: \( Fe^{+3} - 1e^{-} \rightarrow Fe^{+3} \) (x6) - здесь железо не меняет степень окисления, но участвует в реакции. Для получения двух осадков, реакция идет с образованием гидроксидов.
• Восстановление: \( Mn^{+7} + 5e^{-} \rightarrow Mn^{+2} \) (x2)

Корректное уравнение и баланс для образования двух осадков:

\( 2KMnO_{4} + 6FeCl_{3} + 8H_{2}O \rightarrow 2Mn(OH)_{2}\downarrow + 3Fe(OH)_{3}\downarrow + 6KCl + 3H_{2}O \)

Электронный баланс:

• Восстановитель: Fe⁺³ (в FeCl₃), степень окисления повышается до +3 (в Fe(OH)₃).
• Окислитель: Mn⁺⁷ (в KMnO₄), степень окисления понижается до +2 (в Mn(OH)₂).

\( Fe^{+3} \rightarrow Fe^{+3} \) (степень окисления не меняется, но железо образует осадок)

\( Mn^{+7} + 5e^{-} \rightarrow Mn^{+2} \) (x2)

Для корректного баланса, где степени окисления меняются, нужно выбрать другие реагенты. Рассмотрим реакцию KMnO₄ с H₂S в кислой среде, где образуется осадок серы. Если взять хлорид железа (III) и гидрокарбонат калия, то реакция может идти с образованием гидроксида железа (III) (нерастворимый) и CO₂ (газ).

Для строгого выполнения условия "образованием двух нерастворимых в воде веществ" необходимо подобрать реагенты. Рассмотрим реакцию перманганата калия (KMnO₄) с сероводородом (H₂S) в нейтральной среде:

\( 2KMnO_{4} + 3H_{2}S \rightarrow 2MnO_{2}\downarrow + 3S\downarrow + 2KOH + 2H_{2}O \)

Здесь образуются два нерастворимых вещества: MnO₂ и S.

• Восстановитель: Сероводород (H₂S).
• Окислитель: Перманганат калия (KMnO₄).

Электронный баланс:

• Окисление: \( S^{-2} - 2e^{-} \rightarrow S^{0} \) (x3)
• Восстановление: \( Mn^{+7} + 5e^{-} \rightarrow Mn^{+4} \) (x2)

Уравнение реакции:

\( 2KMnO_{4} + 3H_{2}S \rightarrow 2MnO_{2}\downarrow + 3S\downarrow + 2KOH + 2H_{2}O \)

Ответ: Окислитель: KMnO₄, Восстановитель: H₂S. Уравнение реакции: \( 2KMnO_{4} + 3H_{2}S \rightarrow 2MnO_{2}\downarrow + 3S\downarrow + 2KOH + 2H_{2}O \). Электронный баланс: \( S^{-2} - 2e^{-} \rightarrow S^{0} \) (x3), \( Mn^{+7} + 5e^{-} \rightarrow Mn^{+4} \) (x2).