Phản ứng hóa học KMnO4 phân hủy thành K2MnO4, MnO2 và O2

1. Phản ứng hóa học KMnO4 phân hủy thành K2MnO4, MnO2 và O2

2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2

Trong phản ứng này, KMnO4 bị phân hủy qua nhiệt phân, tạo ra các sản phẩm bao gồm K2MnO4, MnO2 và O2 khi nhiệt độ đạt đến mức thích hợp.

+ K2MnO4 (manganat kali): Hợp chất này chứa kali và mangan, được hình thành trong quá trình phản ứng.

+ MnO2 (manganđiôxit): là dạng mangan khác, tồn tại dưới dạng chất rắn màu đen.

+ O2 (khí oxi): là thành phần chủ yếu của không khí.

Trong quá trình này, KMnO4 chuyển từ dạng dung dịch sang dạng các sản phẩm khác nhau. K2MnO4 là dung dịch màu tím của manganat kali, MnO2 là chất rắn manganđiôxit màu đen, và O2 là khí oxi. Phản ứng phân huỷ này tự xảy ra mà không cần thêm chất xúc tác ngoài nhiệt độ cao đủ để kích thích phản ứng. Hiện tượng quan sát trong phản ứng bao gồm sự mất màu của KMnO4 và sự hình thành các sản phẩm mới như K2MnO4, MnO2 và khí oxi (O2). KMnO4 trong phản ứng này đóng vai trò là chất oxi hoá mạnh và khí oxi thường được điều chế bằng cách phân huỷ các hợp chất giàu oxi và không ổn định với nhiệt như KMnO4.

2. Tính chất và đặc điểm của KMnO4

- Tính chất vật lý:

+ Màu sắc: KMnO4 có màu tím đậm hoặc tím đỏ, đặc điểm vật lý nổi bật của nó. Màu sắc này xuất phát từ sự tương tác giữa các electron trong cấu trúc phân tử của KMnO4.

+ Trạng thái vật lý: KMnO4 xuất hiện dưới dạng bột mịn hoặc tinh thể, tùy thuộc vào phương pháp sản xuất và cách bảo quản. Nó có thể tồn tại ở dạng rắn.

+ Điểm nóng chảy: KMnO4 có điểm nóng chảy khá cao, dao động trong khoảng 240-250 độ Celsius (464-482 độ Fahrenheit).

- Tính chất hóa học:

+ Chất oxy hóa mạnh: KMnO4 là một chất oxy hóa mạnh mẽ trong các phản ứng hóa học, có khả năng chuyển đổi các chất khác thành các sản phẩm oxy hóa.

2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2

+ Tính chất oxi hóa và khử: KMnO4 có khả năng tồn tại ở nhiều trạng thái oxi hóa khác nhau tùy theo điều kiện phản ứng. Thường gặp ở dạng ion manganat(VII), MnO4-. Trong phản ứng, KMnO4 có thể cung cấp oxi cho các chất khác để chúng chuyển thành dạng oxi hóa cao hơn, đồng thời nó có thể đóng vai trò là chất khử.

Trong môi trường axit, mangan được khử thành ion Mn2+.

2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 + K2SO4 + 3H2O

Trong môi trường trung tính, phản ứng tạo ra MnO2 với cặn màu nâu.

2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH

Trong môi trường kiềm, KMnO4 bị khử thành ion MnO42-.

2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH → 2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O

+ Phản ứng với axit: KMnO4 thường không phản ứng trực tiếp với các axit như axit sulfuric (H2SO4) hoặc axit clohydric (HCl) trong điều kiện bình thường. Tuy nhiên, trong môi trường axit mạnh, KMnO4 có thể bị khử thành manganat (Mn2+).

Phản ứng chính là sự khử ion Mn(VII) thành ion Mn(II) theo phương trình: 2 KMnO4 + 6 H+ → 2 Mn2+ + 5 H2O + 3 O2. Trong phản ứng này, ion Mn(VII) trong KMnO4 được giảm thành ion Mn(II) và khí oxi (O2) được giải phóng.

+ Phản ứng với bazơ: KMnO4 có khả năng phản ứng với các chất bazơ trong môi trường kiềm, và phản ứng này thường được áp dụng trong các phương pháp phân tích hóa học. Ví dụ, khi phản ứng với ion hidroxit (OH-) trong dung dịch kiềm, KMnO4 có thể tạo ra các sản phẩm khác nhau tùy thuộc vào điều kiện phản ứng.

Một ví dụ của phản ứng này là sự oxi hóa ion hidroxit thành oxit và nước: 2 MnO4- + 6 OH- → 2 MnO2 + 3 O2 + 4 H2O. Trong trường hợp này, KMnO4 oxi hóa ion hidroxit thành oxit (MnO2) và nước, đồng thời giải phóng khí oxi (O2).

+ Độ tan trong nước: KMnO4 dễ dàng hòa tan trong nước, tạo ra dung dịch có màu tím đậm. Dung dịch này thường được sử dụng để kiểm tra sự hiện diện của các chất khác và trong các phân tích hóa học.

+ Ứng dụng đa dạng: KMnO4 được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như hóa học, y học và công nghiệp. Nó có vai trò trong làm sạch nước, phân tích hóa học, điều trị nhiễm trùng ngoài da, và sản xuất nhiều hợp chất hóa học khác.

3. Các bài tập ứng dụng liên quan

Câu 1. Trong môi trường H2SO4 loãng, chất nào sau đây có khả năng khử KMnO4 thành MnSO4?

A. MgSO4

B. Fe(OH)3

C. FeSO4

D. Fe(SO4)3

Câu 2. Khi cho KI phản ứng với KMnO4 trong môi trường H2SO4, thu được 1,51 gam MnSO4. Số mol I2 tạo thành và lượng KI tham gia phản ứng là bao nhiêu?

A. 0,025 và 0,05

B. 0,03 và 0,06

C. 0,05 và 0,1

D. 0,05 và 0,05

Câu 3. Đối với phản ứng oxi hóa – khử: 2KMnO4 → MnO2 + O2 + K2MnO4, nhận định nào sau đây là chính xác?

A. Phản ứng này không phải là phản ứng oxi hóa - khử vì chỉ có một chất tham gia.

B. Đây là một phản ứng oxi hóa - khử nội phân tử.

C. Đây là phản ứng tự oxi hóa.

D. Đây là phản ứng tự khử.

Câu 4. Xác định chất X trong phản ứng sau: Na2SO3 + KMnO4 + X → Na2SO4 + MnO2 + KOH.

A. H2SO4

B. HCl

C. NaOH

D. H2O

Câu 5. Khi nhỏ từ từ dung dịch KMnO4 vào ống nghiệm chứa 3 ml dung dịch hỗn hợp FeSO4 và H2SO4 rồi lắc nhẹ, kết quả quan sát được là gì?

A. Màu tím của dung dịch KMnO4 biến mất, dung dịch chuyển sang màu vàng nhạt

B. Xuất hiện kết tủa màu đen

C. Dung dịch chuyển sang màu hồng

D. Xuất hiện kết tủa màu trắng, dung dịch chuyển sang màu xanh

Câu 6. Khi 29,2 gam HCl phản ứng hoàn toàn với KMnO4, số thể tích khí Cl2 thu được (ở điều kiện tiêu chuẩn) là bao nhiêu?

A. 8,96 lít

B. 17,92 lít

C. 5,6 lít

D. 11,2 lít

Câu 7. Khi 23,7 gam KMnO4 phản ứng hoàn toàn với HCl đặc (dư), số thể tích khí Cl2 thu được (ở điều kiện tiêu chuẩn) là bao nhiêu?

A. 6,72 lít

B. 8,41 lít

C. 3,36 lít

D. 5,6 lít

Câu 8. Trong trường hợp cho 1 mol của các chất CaOCl2, KMnO4, K2Cr2O7, MnO2 phản ứng với HCl đặc dư, chất nào sẽ sinh ra nhiều khí Cl2 nhất?

A. CaOCl2

B. KMnO4

C. K2Cr2O7

D. MnO2

Câu 9. Khi cho 3,16 gam KMnO4 phản ứng với dung dịch HCl đặc dư, số mol HCl bị oxi hóa sau khi phản ứng hoàn tất là bao nhiêu?

A. 0,05

B. 0,16

C. 0,02

D. 0,1

Câu 10. Khi nhiệt phân hoàn toàn 31,6 gam KMnO4, lượng khí O2 thu được ở điều kiện tiêu chuẩn là bao nhiêu lít?

A. 2,24

B. 1,12

C. 4,48

D. 8,96

Câu 11. Khi cho 25 gam KMnO4 (với a% tạp chất) phản ứng với dung dịch HCl dư để tạo khí clo, và khí clo này phản ứng đủ với dung dịch 83 gam KI để sinh ra I2, thì giá trị của a là bao nhiêu?

A. 20

B. 59,25

C. 36,8

D. 26

Câu 12. Khi nhiệt phân KMnO4, lượng khí thoát ra là 2,7552 lít ở điều kiện tiêu chuẩn. Hãy tính khối lượng KMnO4 đã tham gia phản ứng.

A. 38,678 g

B. 38,868 g

C. 37,689 g

D. 38,886 g

Câu 13. Xem xét phản ứng: KMnO4 + HCl (đặc) → KCl + MnCl2 + Cl2 + H2O. Trong phản ứng này, hệ số các chất là số nguyên tối giản. Số phân tử HCl đóng vai trò là chất khử là:

A. 10

B. 8

C. 5

D. 16

Câu 14. Khi nhỏ từ từ dung dịch FeSO4 đã được axit hóa bằng H2SO4 vào dung dịch KMnO4 cho đến dư, hiện tượng quan sát được là:

A. Dung dịch màu tím hồng nhạt dần rồi chuyển thành màu vàng

B. Dung dịch màu tím hồng nhạt dần cho đến khi không còn màu

C. Dung dịch màu tím hồng chuyển dần thành màu nâu đỏ

D. Màu tím mất ngay, sau đó dần dần xuất hiện trở lại thành màu hồng

Câu 15. Trong số các phát biểu dưới đây, có bao nhiêu phát biểu là chính xác?

(a) Khi cho dung dịch KMnO4 phản ứng với dung dịch HF (đặc), sẽ thu được khí F2.

(b) Phương pháp sunfat có thể dùng để điều chế các axit HF, HCl, HBr, và HI.

(c) Amophot, là hỗn hợp của các muối NH4H2PO4 và (NH4)2HPO4, được coi là phân phức hợp.

(d) Trong phòng thí nghiệm, khí CO2 được tạo ra bằng cách cho H2SO4 đặc vào axit fomic và đun nóng.

A. 1 phát biểu.

B. 3 phát biểu.

C. 2 phát biểu.

D. 4 phát biểu.

Đáp án chính xác