MnO2 je bazický oxid Mn s nižším oxidačním stavem a může reagovat s H2SO4 za jakýchkoliv podmínek. Podívejme se na reakční mechanismus mezi H2SO4 a MnO2.
Oxid manganičitý je redukční činidlo, protože oxidační číslo Mn je +4 a může oxidací zvýšit své oxidační číslo a snížit další prvky. MnO2 lze použít v několika ORR (reakce redukce kyslíku) v rostlinách nebo in vivo. Kde H2SO4 má vyšší afinitu k molekulám vody a rychle s ní reaguje.
Reakce mezi MnO2 a H2SO4 nevyžaduje a katalyzátor a dokonce se může vyskytovat ve zředěných podmínkách. Mechanismus reakce mezi kyselinou sírovou a manganem, reakční entalpii, typ reakce, tvorbu produktu atd. si proberme v následující části článku.
1. Jaký je produkt H2SO4 a MnO2?
Síran manganatý vzniká jako hlavní produkt, když H2SO4 a MnO2 reagují spolu s molekulami vody a uvolňuje se plynný kyslík.
H2SO4 + MnO2 = MnSO4 + H2O+O2
2. Jaký typ reakce je H2SO4 + MnO2?
Reakce mezi H2SO4 + MnO2 je hlavně redoxní reakce spolu s vytěsňovacími a srážecími reakcemi. Je to také acidobazická neutralizační reakce.
3. Jak vyvážit H2SO4 + MnO2?
Musíme vyrovnat rovnici,
H2SO4 + Mn2 = MnSO4 + H2O +O2 následujícím způsobem:
- Nejprve označíme všechny reaktanty a produkty A, B, C, D a E, protože pro tuto reakci bylo získáno pouze pět různých atomů a reakce vypadá takto: AH2SO4 + B MnO2 = C MnSO4 + DH2O + EO2
- Vyrovnání všech koeficientů pro všechny prvky stejného typu jejich přeskupením
- Po přeskupení všech koeficientů stejných prvků jejich stechiometrickým podílem dostaneme,
- H = 2A = 2D, S = A = C, O = 4A = 2B = 4C = D = 2E, Mn = B = C
- Použitím Gaussovy eliminace a srovnáváním všech rovnic dostaneme A = 2, B = 2, C = 2, D = 2 a E = 1.
- Nyní napište celou rovnici ve vyváženém tvaru
- Celková vyrovnaná rovnice bude,
2H2SO4 + 2 MnO2 = 2MnSO4+ 2H2O +O2
- Celková vyrovnaná rovnice bude,
4. H2SO4 + MnO2 titraci
Pro odhad množství manganu můžeme provést titraci mezi MnO2 a H2SO4
Použité zařízení
K této titraci potřebujeme byretu, kuželovou baňku, držák byrety, odměrnou baňku a kádinky.
Titr a titrační prostředek
H2SO4 působí jako titrační činidlo, které se odebírá do byrety a molekuly, které mají být analyzovány, jsou MnO2 který se odebírá do Erlenmeyerovy baňky.
Indikátor
Celá titrace se provádí v kyselém pH jako koncentraci H2SO4 je vysoká a pro tuto reakci MnO2 funguje jako samoindikátor, protože jde o barevný roztok a při různém pH mění barvu.
Postup
Byreta byla naplněna standardizovaným H2SO4 a MnO2 se odebral do kónické baňky spolu s příslušným indikátorem. H2SO4 se po kapkách přidá do Erlenmeyerovy baňky a baňka se neustále třepe. Po určité době, kdy dorazil koncový bod, MnO2 mění svou barvu.
Pro lepší výsledky titraci několikrát opakujeme a pak množství manganu i síranu odhadneme podle vzorce V1S1 = V2S2.
5. H2SO4+ MnO2 čistá iontová rovnice
Čistá iontová rovnice mezi H2SO4 + MnO2 je následující,
H+ + SO42- + Mn4+ + 2O2- = Mn2+ + SO42- + H+ + OH- + O.2
K odvození čisté iontové rovnice jsou nutné následující kroky:
- Nejprve H2SO4 bude ionizován v protonových a síranových iontech, protože je to silný elektrolyt
- Poté MnO2 také disociuje na Mn4+ a O2-.
- Poté produkt MnSO4 také disociuje na Mn2+ což je d5 stabilní konfigurace a odpovídající SO42-.
- Voda je také ionizována na H+ a OH-.
- O2 zůstává v plynné formě.
6. H2SO4+ páry konjugátu MnO2
H2SO4 + MnO2 konjugované páry budou odpovídající deprotonované a protonované formy tohoto konkrétního druhu, které jsou uvedeny níže-
- Konjugovaný pár H2SO4 = SO42-
- Konjugovaný pár OH- = H2O
7. H2SO4 a MnO2 mezimolekulární síly
Mezimolekulární síla mezi H2SO4 je elektrostatická, kovalentní síla. Pro MnO2je přítomna iontová interakce. V MnSO4jsou přítomny silné iontové interakce spolu s dipólovou silou a pro vodu je přítomna vazba H a je přítomna van der Waalova síla kyslíku.
| Molekula | Herectví síly |
| H2SO4 | elektrostatický, van der Waala dipól interakce |
| MnO2 | Iontové a elektrostatický |
| MnSO4 | Coulombická síla, silné iontové interakce |
| H2O | kovalentní, H-vazba |
| O2 | Van der Waalova síla a londýnské síly |
8. H.2SO4 + MnO2 reakční entalpie
H2SO4 + MnO2 reakční entalpie je -2088.34 KJ/mol, což lze získat vzorcem entalpie produktů – entalpie reaktantů a zde je změna entalpie negativní.
| Molekula | Enthalpy (KJ/mol) |
| MnO2 | -520 |
| H2SO4 | -814 |
| MnSO4 | -220.83 |
| H2O | -68 |
| O2 | 0 |
9. Je H2SO4 + MnO2 tlumivý roztok?
Reakce mezi H2SO4 + MnO2 dává pufrovací roztok MnSO4 a H2O a tato směs může kontrolovat pH celého roztoku i po přidání kyseliny.
10. Je H2SO4 + MnO2 kompletní reakce?
Reakce mezi H2SO4 + MnO2 je kompletní, protože poskytuje jeden kompletní produkt MnSO4 spolu s molekulou vody a plynným kyslíkem. Reaktanty se tedy využívají.
11. je H2SO4 + MnO2 exotermická nebo endotermická reakce?
Reakce H2SO4 + MnO2 je exotermický z hlediska prvního termodynamického zákona. Reakce tedy uvolnila energii a teplotu do okolí, což napomáhá průběhu reakce, kde δH je vždy záporné.
12. Je H2SO4 + MnO2 redoxní reakce?
Reakce mezi H2SO4 + MnO2 je redoxní reakce protože v této reakci se mnoho prvků redukuje a oxiduje. Zde se Mn redukuje a síra oxiduje.
H2SO4 a MnO2 Reakce
13. Je H2SO4 + MnO2 srážecí reakce
Reakce H2SO4 + MnO2 je srážecí reakce, protože MnSO4 se v roztoku vysráží a není rozpustný v reakční směsi ani v kyselém prostředí.
14. Je H2SO4 + MnO2 vratná nebo nevratná reakce?
Reakce mezi H2SO4+ MnO2 je nevratný, protože dostáváme kyslík, který se tvoří jako plyn. Když je produkována molekula plynu, entropie reakce se zvyšuje a rovnováha se posouvá směrem k pravé straně a pokračuje v dopředném směru.
15. Je H2SO4 + MnO2 posunová reakce?
Reakce mezi H2SO4+ MnO2 je příkladem a reakce dvojitého přemístění protože při reakci Mn vytěsnil H+ v H2SO4 a H+ také vytěsnil Mn z MnO2.
závěr
H2SO4 a MnO2 reakce nám dávají hlavně MnSO4 spolu s vodou a plynným kyslíkem. Tato reakce je tedy velmi důležitá pro produkci plynného kyslíku. MnO2 je jednou z nejdůležitějších molekul pro organokovovou chemii a podléhá několika reakcím, jako je ORR a uvolněný kyslík in vivo. MnO2 je nestechiometrický deficitní shluk, který má několik volných míst.
