氧化还原反应的分解规律分类:
①若在酸性环境中反应,一般要分解成低价氧化物或碱性更强一点的化合物,以便更好地中和酸性环境中的酸。如:Mn2O7在酸性环境中要分解为碱性最强的锰的氧化物——即最低价的氧化物MnO;Na2O2在酸性环境中要分解成强碱性氧化物Na2O等。
②若在碱性环境中反应,一般要分解成较高价的氧化物或酸性更强的化合物,以便更好地中和碱性环境中的碱。如Mn2O7只能分解为+6价锰的氧化物Mn2O6(在碱性环境中)。
③若在中性环境中反应,一般只能分解成+4价元素的化合物或两性化合物,以便使反应体系不呈酸性或碱性而呈中性。如Mn2O7在中性环境中只分解为+4价锰的氧化物MnO2(中性或两性)。
④若在强氧化性的环境中,就只能分解成中心原子的高价化合物或较强氧化性的化合物,以便同性共存。
⑤若在强还原性环境中,一般分解成中心原子更低价的物质或比中心原子还原性更强一点的化合物和氧化性更强的原子,以便同性共存和中和还原性物质。因异性相吸而不能共存,如HClO在还原性环境中则分解为氧化性更强的原子氧,而不是原子氯;HFO在还原性环境中则分解为氧化性更强一点的原子氟,而不是氧。
⑥当酸性或碱性环境中与氧化或还原性的环境共存时,一般主要以酸性或碱性环境论处,因此极少有④、⑤种情况出现,下面将具体举例说明。例如:KMnO4在酸性环境中变为+2价的锰元素,即其中的Mn2O7分解为O;在碱性环境中分解为+6价的锰,即变为K2MnO4;在中性环境中则变为+4价锰,即变为O2,具体分析如下:
例1. 2KMnO4+16HCl2MnCl2+2KCl+5Cl2↑+8H2O
【分析】KMnO4与盐酸反应,是在酸性环境中进行的,同时又加热,有利于分解,所以必是生成+2价锰的化合物。具体推导如下:
第一步:首先发生离子反应——复分解反应,KMnO4与HCl先发生复分解反应:
KMnO4+HCl=KCl+HMnO4·····(复分解反应)①
第二步:第一步生成的HMnO4不稳定易分解,因在酸性环境中分解,同时又加热,所以必分解为MnO:
2HMnO42MnO+H2O+5〔O〕···(分解反应)②
第三步:第二步生成的MnO是碱性氧化物,可跟盐酸发生复分解反应:
MnO+2HCl=MnCl2+H2O·······(复分解反应)③
第四步:第二步生成的〔O〕能跟HCl发生置换反应:
2HCl+〔O〕=H2O+Cl2············(置换反应)④
反应到此终止,加热还有利于减少气体Cl2在水中的溶解度,所以在此不需考虑Cl2与H2O的反应,所以:①×2+②+③×2+④×5整理得总反应式为:
2KMnO4+16HCl2MnCl2+2KCl+8H2O+5Cl2
从上述推导和总反应式都可以看出,16摩尔HCl中,只有10摩尔作还原剂,升高化合价,有6摩尔作为酸,起酸性作用。
例2. KMnO4与KOH反应式为:
4KMnO4+4KOH=4K2MnO4+O2+2H2O
第一步:KMnO4在碱性环境中分解,一般只能生成+6价的锰的产物,由于KMnO4不易分解,而HMnO4则很易分解,所以KMnO4可水解,目的是为了生成HMnO4。
KMnO4+H2O=KOH+HMnO4······(水解反应)①
第二步:第一步生成的HMnO4分解为+6价的锰的化合物:
2HMnO4=Mn2O6+H2O+〔O〕·····(分解反应)②
第三步:第二步生成的Mn2O6又跟KOH反应生成盐和水:
Mn2O6+4KOH=2K2MnO4+2H2O·(复分解反应)③
第四步:第二步生成的〔O〕由于不有还原剂跟它反应,所以它本身就两两结合生成O2。
2〔O〕=O2··················(化合反应)④
反应到此终止,①×4+②×2+③×4+④整理得总反应式为:4KMnO4+4KOH=4K2MnO4+2H2O+O2↑
例3. KMnO4与H2O反应式为:
4KMnO4+2H2O=4MnO2+4KOH+3O2↑
此反应可设计为下列三步:
第一步:KMnO4在中性环境中分解应生成+4价锰的化合物。由于KMnO4相对HMnO4更难分解,所以KMnO4必首先水解生成HMnO4:
KMnO4+H2O=KOH+HMnO4······(水解反应)①
第二步:第一步生成的HMnO4分解为MnO2等产物:
2HMnO42MnO2+H2O+3〔O〕··(分解反应)②
第三步:分解出的MnO2和〔O〕都不可能继续与反应物反应,所以〔O〕就必然两两结合变为O2。
2〔O〕=O2·····················(化合反应)③
反应到此终止,①×4+②×2+③×3整理得总反应为:
4KMnO4+2H2O=4MnO2+4KOH+3O2↑
例4. KMnO4在酸性和氧化性的环境中反应,始终是按在酸性的环境中进行一样,生成+2价锰的化合物。如:
2KMnO4+5H2O2+6HCl=2MnCl2+2KCl+8H2O+5O2↑
此反应设计为下列:
第一步:KMnO4先跟HCl反应生成HMnO4,以便更利于分解:
KMnO4+HCl=KCl+HMnO4·····(复分解反应)①
第二步:第一步生成的HMnO4很易分解,在酸性环境中生成MnO:
2HMnO4=2MnO+H2O+5〔O〕····(分解反应)②
第三步:第二步生成的碱性氧化物MnO又跟盐酸发生复分解反应。
MnO+2HCl=MnCl2+H2O·······(复分解反应)③
第四步:第二步生成的〔O〕跟H2O2中的2发生置换反应:
5H22+5〔O〕=5H2O+5O2↑······(置换反应)④
反应到此终止,①×2+②+③×2+④整理得总反应式为:
2KMnO4+5H2O2+6HCl=2KCl+2MnCl2+8H2O+5O2↑
例5. KMnO4在酸性和还原性的环境中进行反应,始终是按在酸性环境中进行反应一样,生成+2价锰的化合物。如KMnO4和H2S及HCl混和反应。
第一步:KMnO4先跟HCl发生复分解反应生成更易分解的HMnO4:
KMnO4+HCl=KCl+HMnO4·····(复分解反应)①
第二步:第一步生成的HMnO4分解生成MnO:
2HMnO4=H2O+2MnO+5〔O〕····(分解反应)②
第三步:第二步生成的MnO又跟酸发生复分解反应:
MnO+2HCl=MnCl2+H2O·······(复分解反应)③
第四步:第二步生成的〔O〕跟还原剂反应:
H2S+〔O〕=H2O+S··············(置换反应)④
若反应到此终止,则总反应式应为:①×2+②+③×2+④×5整理得:
2KMnO4+5H2S+6HCl=2MnCl2+2KCl+8H2O+5S…(1)
若第四步反应生成单质S继续跟〔O〕反应,那么反应式则为:
第五步:S+2〔O〕=SO2·········(化合反应)⑤
第六步:第五步生成的SO2在水溶液中可被过量的〔O〕氧化生成SO3:
SO2+〔O〕=SO3·················(化合反应)⑥
第七步:第六步生成的SO3在水溶液中一生成就立即与水反应生成H2SO4:
SO3+H2O=H2SO4················(化合反应)⑦
若反应到此终止,总反应式则为:①×8+②×4+③×8+④×5+⑤×5+⑥×5+⑦×5整理得:
8KMnO4+5H2S+24HCl
=8MnCl2+8KCl+12HO+5H2SO4······(2)
若反应要求生成SO2,那么,反应到第五步就终止,这样①×6+②×3+③×6+④×5+⑤×5整理得总反应式为:
5H2S+6KMnO4+18HCl
=6MnCl2+6KnCl+14HO+5SO2······(3)
例6. KMnO4在碱性和还原性环境中反应,仍按在碱性环境中反应一样,生成+6价锰元素的化合物。
如KMnO4与K2SO3和KOH混和反应,反应可设计为下列几步:
第一步:KMnO4先水解生成更容易分解的HMnO4:
KMnO4+H2O=KOH+HMnO4······(水解反应)①
第二步:第一步生成的HMnO4分解,在碱性条件下只能分解生成酸性比MnO2、MnO更强的Mn2O6,在还原剂的诱导下分解出对还原剂很有吸引力的物质——氧原子〔O〕:
2HMnO4=Mn2O6+H2O+〔O〕·····(分解反应)②
第三步:第二步生成的Mn2O6马上又与强碱KOH反应生成盐和水。
Mn2O6+4KOH=2K2MnO4+2H2O··(复分解反应)③
第四步:第二步生成的〔O〕又与K2SO3反应:
K2SO3+〔O〕K2SO4··············(化合反应)④
反应到此终止。
①×2+②+③+④整理得总反应式为:
2KMnO4+K2SO3+2KOH=K2SO4+2K2MnO4+H2O
例7. KMnO4在碱性和氧化性的环境中反应,仍按在碱性环境中反应一样,也只能生成高价锰的化合物。
如:KMnO4与KOH和H2O2混和反应,反应可设计为以下几步:
第一步:KMnO4先水解,目的是为了生成更易分解的HMnO4:
KMnO4+H2O=KOH+HMnO4······(水解反应)①
第二步:第一步生成的HMnO4在碱性条件下分解生成酸性较强的Mn2O6和H2O及〔O〕:
2HMnO4=H2O+Mn2O6+〔O〕·····(分解反应)②
第三步:第二步生成的酸性氧化物Mn2O6跟KOH发生复分解反应:
Mn2O6+4KOH=2K2MnO4+2H2O··(复分解反应)③
第四步:第二步生成的〔O〕与H2O2发生置换反应:
〔O〕+H2O2H2O+O2·············(置换反应)④
反应到此终止。
①×2+②+③+④整理得总反应式为:
2KMnO4+H2O2+2KOH=2K2MnO4+2H2O+O2↑
当然,以上只能说明一般性规律,有时反应条件不同,产物也将发生变化,一般情况下,反应温度越高,生成低价产物的可能性越大。相反,反应温度越低,生成较高价产物的可能性越大些。