Диспропорционирование хлората калия при нагревании уравнение (6 видео)

Бертолетова соль

Что такое хлорат калия?

Калиевую соль хлорноватой кислоты (одна из четырех кислородсодержащих кислот, образованных хлором: хлорноватистая — HClO, хлористая — HClO2, хлорноватая — HClO3 и хлорная — HClO4) принято называть хлорат калия, его формула — KClO3. Эта соль по внешнему виду представляет собой кристаллы (бесцветные), которые слабо растворяются в воде (при 20 ºС в 100 см3 воды растворяется всего 7,3 г соли), но с повышением температуры растворимость растет. Другое ее известное название — бертолетова соль. Молекулярная масса вещества составляет 122,55 атомных единиц массы, плотность — 2,32 г/см3. Соль плавится при 356 ºС, разлагается примерно при 400 ºС.

Открытие бертолетовой соли

Впервые (в 1786 году) хлорат калия получил французский химик Клод Бертолле. Он пропускал хлор через концентрированный горячий раствор гидроокиси калия. Уравнение реакции, по которому была получена соль, выглядит следующим образом: 3Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O. В результате этой реакции хлорат калия выпадает в виде белого осадка. Так как он слабо растворяется в холодной воде, то легко отделяется от остальных солей при охлаждении раствора. С момента своего открытия бертолетова соль являлся наиболее распространенным и полезным продуктом из всех хлоратов. В настоящее время KClO3 выпускается в промышленных масштабах.

Химические свойства

Бертолетова соль — сильный окислитель. При взаимодействии ее с концентрированной соляной кислотой (HCl) выделяется свободный хлор. Этот процесс описывается уравнением химической реакции: 6HCl + KClO3 → 3Cl↑ + KCl + 3 H2O. Как и все хлораты, это вещество сильно ядовито. В расплавленном виде KClO3 энергично поддерживает горение. В смеси с легко окисляющимися веществами (восстановителями), такими как сера, фосфор, сахар и другие органические вещества хлорат калия взрывается от удара или трения. Чувствительность к этим воздействиям усиливается в присутствии солей аммония и броматов. При осторожном (нагревание до 60 ºС) окислении калия хлората с кислотой щавелевой получают двуокись хлора, процесс протекает по уравнению реакции: 2KClO3 + H2C2O4 → K2CO3 + CO2 + H2O + 2ClO2. Окись хлора находит применение при отбеливании и стерилизации различных материалов (бумажной массы, муки и прочее), а также может быть использована для обесфеноливания сточных вод химических заводов.

Применение калия хлората

Из всех хлоратов бертолетова соль находит самое широкое применение. Она используется в производстве красителей, спичек (делают горючее вещество спичечной головки, сырьем является увлажненный хлорат калия по ТУ 6-18-24-84), фейерверков, дезинфицирующих средств, диоксида хлора. Из-за высокой опасности составов с хлоратом калия они практически не применяются в производстве взрывчатых веществ для промышленных и военных целей. Очень редко хлорат калия применяется в качестве инициирующего взрывчатого вещества. Иногда используется в пиротехнике, в результате получают цветнопламенные составы. Раньше соль применяли в медицине: слабые растворы этого вещества (KClO3) некоторое время применялись как антисептик для наружного полоскания горла. Соль в начале 20 века использовали для получения кислорода в лабораторных условиях, но из-за опасности экспериментов они были прекращены.

Получение калия хлората

Одним из следующих способов: хлорированием гидроокиси калия, в результате обменной реакции хлоратов с другими солями, электрохимическим окислением в водных растворах хлоридов металлов — может быть получена бертолетова соль. Получение ее в промышленных масштабах чаще осуществляют по реакции диспропорционирования гипохлоритов (солей хлорноватистой кислоты). Технологически процесс оформляют по-разному. Чаще в его основе лежит реакция между хлоратом кальция и хлоридом калия: Ca(ClO3)2 + 2KCl → 2KClO3 + CaCl2. Затем образовавшаяся бертолетова соль из маточного раствора выделяется методом кристаллизации. Также хлорат калия получают по модифицированному методу Бертолле при электролизе хлорида калия: образующийся при электролизе хлор взаимодействует с калия гидроксидом, образовавшийся гипохлорит калия KClO диспропорционирует затем на калия хлорат KClO3 и исходный калия хлорид KCl.

Разложение хлората калия

При температуре примерно 400 ºС происходит разложение бертолетовой соли. В результате выделяется кислород и перхлорат калия: 4KClO3 → KCl + 3KClO4. Следующая стадия разложения протекает при температуре от 550 до 620 ºС: KClO4 → 2O2↑ + KCl. На катализаторах (ими могут быть оксид меди CuO, оксид железа (III) Fe2O3 или оксид марганца (IV) MnO2) разложение протекает при более низкой температуре (от 150 до 300 ºС) и в одну стадию: 2KClO3 → 2KCl + 3O2.

Меры безопасности

Бертолетова соль является неустойчивым взрывоопасным химическим веществом, которое может взорваться при перемешивании, хранении (например, рядом с восстановителями на одной полке в лаборатории или в одном складском помещении), измельчении или других операциях. В результате взрыва может наступить увечье или даже последовать летальный исход. Поэтому при получении, использовании, хранении или транспортировке хлората калия должны соблюдаться требования ФЗ 116. Объекты, на которых организованы эти процессы, относятся к опасным производственным объектам.

Содержание

Химическая кунсткамера
Самые эффектные и красивые опыты
Диспропорционирование хлората калия при нагревании уравнение
📹 Видео

Видео:Получил ХЛОРАТ калия из поваренной солиСкачать

Химическая кунсткамера

Самые эффектные и красивые опыты

4.1. Маскирующий дым (окончание)

Хлораты, или триоксохлораты(V), – соли хлорноватой кислоты HClO₃, триоксохлората(V) водорода. HClO₃ не выделена в индивидуальном состоянии и существует только в виде водного раствора. Выпаривание раствора хлорноватой кислоты – дело опасное: как только содержание HClO₃ достигает 40% по массе, она разлагается со взрывом, выделяя хлор Cl₂, кислород O₂ и образуя воду:

Тщательно очищенный хлорат калия KClO₃ плавится при 370 °С; если его нагреть выше этой температуры, то он разлагается до хлорида калия KCl и перхлората калия KClO₄:

Примеси оксидов металлов (типа MnO₂, Cr₂O₃, CuO) не только снижают температуру разложения хлората калия, но и направляют его по другому пути. Соль распадается, выделяя кислород O₂ и превращаясь в хлорид калия KCl:

В 1786 г. французский химик Клод Бертолле обнаружил, что если через водный раствор гидроксида калия KOH пропускать хлор, то выпадают кристаллы нового вещества – «бертолетовой соли». Так называли вещество с формулой KClO₃, которое теперь мы знаем под названием «хлорат калия». В дальнейших опытах нам понадобятся его кристаллы. Поэтому, следуя Бертолле, рассмотрим самый простой способ получения этой соли.

В колбу наливают концентрированный водный раствор гидроксида калия, подогревают до 70–80 °С и пропускают в него ток газообразного хлора с такой скоростью, чтобы можно было считать пузырьки газа. Совершенно очевидно, что опыт надо проводить в вытяжном шкафу при хорошей вентиляции: хлор – вредный и опасный газ. Для получения хлора подойдет любой из известных по школьному учебнику способов, например взаимодействие оксида марганца(IV) с концентрированной соляной кислотой HCl:

или реакция концентрированной соляной кислоты HCl с кристаллическим перманганатом калия KMnO₄:

Пропускание хлора приводит к выделению в растворе KOH бесцветных кристаллов хлората калия KClO₃. Как только эти кристаллы перестанут выделяться, подачу хлора прекращают и охлаждают реакционную смесь. Затем отделяют выпавшие кристаллы фильтрованием, промывают их на фильтре небольшим количеством ледяной воды и высушивают между листами фильтровальной бумаги при комнатной температуре. Хранить хлорат калия следует в закрытой склянке, смочив кристаллы небольшим количеством воды.

Реакция получения KClO₃ по способу Бертолле описывается уравнением:

Сухой хлорат калия KClO₃ – опасное в обращении вещество, особенно при контакте с органическими веществами и разного рода восстановителями.

Взрывчатые свойства KClO₃ Бертолле обнаружил случайно. Он начал растирать сухие кристаллы соли в ступке, в которой на стенках, как потом выяснилось, были почти незаметные следы серы, оставшиеся от других опытов. Вдруг раздался сильный хлопок, пестик вырвался из рук Бертолле, лицо его было обожжено. Так с риском для жизни Бертолле впервые осуществил реакцию, которую много позже станут применять в так называемых «шведских» спичках:

Французский химик Клод-Луи Бертолле (1748–1822) – коллега и соратник А.-Л.Лавуазье, доктор медицины и лейб-медик при дворе герцога Орлеанского, член Парижской академии наук, правительственный инспектор государственных красильных фабрик, смотритель Монетного двора и, наконец, научный консультант Наполеона I. Бертолле сопровождал императора Франции в военном походе в Египет. Наполеон осыпал его почестями, назначил сенатором и присвоил ему графский титул, но это не помешало Бертолле как члену Сената голосовать в 1814 г. за отставку Наполеона.

Бертолле отличало непостоянство характера, он был неравнодушен к почестям, беспринципен и тщеславен. Тем не менее, будучи талантливым ученым, он вошел в историю как автор многих химических открытий. Его считали другом Лавуазье, однако он не потрудился защитить того от преследования и казни, хотя и был членом революционного комитета Франции.

В 1807 г. Бертолле, оставив официальную службу, поселился в парижском предместье Аркей, где создал свою химическую лабораторию и основал Аркейское научное общество, в состав которого входили самые выдающиеся ученые Франции.

Гексахлорэтан (перхлорэтан) C₂Cl₆ – бесцветное кристаллическое вещество с «камфорным» запахом, негорючее и невзрывчатое. Нагретый водно-спиртовой раствор гидроксида калия превращает C₂Cl₆ в соль щавелевой кислоты – оксалат калия K₂C₂O₄, одновременно образуется хлорид калия KCl:

При нагревании C₂Cl₆ выше 180 °С он возгоняется.

Перхлораты, или тетраоксохлораты(VII), – это соли хлорной кислоты HClO₄, тетраоксохлората(VII) водорода. HClO₄ – сильная кислота, в водном растворе подвергается протолизу и целиком превращается в катионы оксония H₃O + и перхлорат-ионы ClO₄ – :

Перхлораты щелочных и щелочно-земельных металлов – бесцветные кристаллические вещества, умеренно растворимые в воде. При нагревании некоторые из них, например перхлорат калия KClO₄, разлагаются еще до плавления:

Перхлорат аммония NH₄ClO₄ при нагревании превращается в смесь газов – хлора Cl₂, оксида диазота N₂O, кислорода O₂ и водяного пара:

Свои окислительные свойства перхлораты проявляют при нагревании их кристаллов с твердыми восстановителями, например с сульфидом калия K₂S:

4.2. Когда парафин дымит?

Горения без пламени можно добиться, используя катализатор, например, оксид хрома(III) Cr₂O₃. Это зеленый порошок, который входит в состав многих дешевых красок в качестве пигмента.

Опыт показывают так: на керамическую плитку ставят металлическую чашку, куда накапывают от горящей свечи немного парафина, стеарина или воска, и сразу же, пока он не остыл, насыпают на него горкой зеленый порошок Cr₂O₃. Надо, чтобы расплавленный парафин пропитал порошок только снизу, а верхний слой Cr₂O₃ остался сухим. Теперь, если поднести к вершине горки зажженную спичку, начнется обильное выделение дыма, но пламени не будет.

В реакции взаимодействия парафина с кислородом воздуха с образованием CO₂ и воды выделяется много теплоты, поэтому парафин постепенно плавится и под действием капиллярных сил поднимается к вершине горки. Одновременно с окислением часть парафина испаряется и, попав в холодный воздух, снова затвердевает. При этом образуется дым, который содержит частички твердого парафина и продукт его неполного сгорания – сажу.

Парафины – распространенное название алифатических углеводородов (алканы), в молекулах которых атомы углерода соединены между собой одинарными химическими связями и образуют цепи. Такие соединения называют еще насыщенными, или предельными. Самые простые из них, как известно, – метан и этан, а общая формула соединений этого ряда C_nH_2n+2.

Парафин (в обиходном смысле слова) – смесь предельных углеводородов с числом атомов углерода в молекуле от 18 до 35, иначе говоря, смесь соединений с составом от C₁₈H₃₈ до C₃₅H₇₂. Это бесцветное легкоплавкое вещество, практически нерастворимое в воде, оно легко возгоняется и загорается.

Если не считать горючести парафина, в остальном его химические свойства свидетельствуют об его инертности по отношению к большинству обычных реагентов – кислотам, щелочам, растворам окислителей и восстановителей. Однако стоит упомянуть об одном довольно курьезном случае, когда парафин, обычно инертный, оказался участником неожиданной реакции.

Однажды на лекции демонстрировался опыт: плавление серы в пробирке. Вдруг все почувствовали отвратительный запах. Лекция была сорвана. «В чем же дело?» — недоумевал профессор. Все оказалось просто: в пробирку с серой попали кусочки парафина.

Смесь парафина и серы при нагревании выделяет сероводород H₂S и сажу. Чем сильнее нагревать эту смесь, тем в большем количестве будет происходить выделение сероводорода – не только дурно пахнущего, но и ядовитого газа. Но стоит только прекратить нагревание, как реакция останавливается.

Этот способ получения сероводорода рекомендуют использовать в лабораториях, если требуется небольшое его количество.

Видео:Каталитическое и некаталитическое разложение хлората калия бертолетовой солиСкачать

Диспропорционирование хлората калия при нагревании уравнение

Хлорат калия разложили в присутствии катализатора — оксида марганца (IV), в результате чего выделился кислород объемом 6,72 л (в пересчете на н. у.). Масса сухого остатка составила 16 г. Этот остаток прореагировал с 170 г 30%-ного раствора нитрата серебра. Определите массовую долю нитрата серебра в образовавшемся растворе. В ответе напишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления.

При разложении хлората калия в присутствии катализатора образуются хлорид калия и кислород:

Вычислим количество вещества выделяющегося кислорода: следовательно, по уравнению реакции образуется и расходуется 0,2 моль

Вычислим массы образующегося хлорида калия:

Таким образом, в результате прокаливания хлората калия образовалось 14,9 г хлорида калия и 1,1 г хлората калия не подверглась разложению. В воде растворяются и хлорат, и хлорид, однако с раствором нитрата серебра взаимодействует только хлорид калия, в результате чего выпадает белый творожистый осадок — хлорид серебра:

По уравнению реакции Поскольку нитрата серебра дан в избытке, по завершении реакции он остается в растворе. Вычислим его оставшуюся после реакции массу: