Водород плюс калий уравнение реакции

Гидрид калия: способы получения и химические свойства

Гидрид калия KH — неорганическое бинарное соединение щелочного металла калия и водорода. Белое кристаллическое вещество. При нагревании разлагается, под избыточным давлением плавится без разложения.

Относительная молекулярная масса Mr = 40,11; относительная плотность для тв. и ж. состояния d = 1,43; t_пл ≈ 400º C при избыточном давлении

Способ получения

Гидрид калия получают реакцией взаимодействия калия и водорода при 200–350º C:

2K + H₂ = 2KH

Химические свойства

1. Гидрид калия — сильный восстановитель. Поэтому он реагирует почти со всеми неметаллами.

1.1. При взаимодействии с кислородом при температуре выше 200º C гидрид калия образует гидроксид калия:

2KH + O₂ = 2KOH

1.2. При температуре 400–450º C г идрид калия взаимодействует с хлором, образуя хлорид калия и хлороводород:

KH + Cl₂ = KCl + HCl

2. Гидрид калия взаимодействует со сложными веществами :

2.1. При взаимодействии с водой гидрид калия образует гидроксид калия и газ водород:

KH + H₂O = KOH + H₂↑

2.2. С разбавленной хлороводородной кислотой гидрид калия реагирует с образованием хлорида калия и газа водорода:

KH + HCl = KCl + H₂↑

2.3. Гидрид калия реагирует с газом аммиаком при t = 300º C с образованием нитрида калия и водорода:

3. Гидрид калия разлагается при температуре 400º C и вакууме, с образованием калия и водорода:

Свойства калия и его взаимодействие с водой

Почему его нельзя хранить на открытом воздухе

Калий — девятнадцатый элемент периодической таблицы Менделеева, относится к щелочным металлам. Это простое вещество, которое при нормальных условиях пребывает в твердом агрегатном состоянии. Закипает калий при температуре 761 °С. Температура плавления элемента — 63 °С. Калий имеет серебристо-белую окраску с металлическим блеском.

Химические свойства калия

Калий — элемент, обладающий высокой химической активностью, поэтому его нельзя хранить на открытом воздухе: щелочной металл моментально вступает в реакцию с окружающими веществами. Этот химический элемент относится к I группе и IV периоду таблицы Менделеева. Калий обладает всеми характерными для металлов свойствами.

Он взаимодействует с простыми веществами, к которым относятся галогены (бром, хлор, фтор, иод) и фосфор, сера, азот и кислород. Взаимодействие калия с кислородом называется окислением. В течение этой химической реакции кислород и калий расходуются в молярном соотношении 4:1, в результате чего образуется оксид калия в количестве двух частей. Такое взаимодействие можно выразить уравнением реакции:

Во время горения калия наблюдается пламя ярко-фиолетового цвета.

Такое взаимодействие считается качественной реакцией на определение калия. Реакции калия с галогенами называются в соответствии с названиями химических элементов: это фторирование, иодирование, бромирование, хлорирование. Такие взаимодействия являются реакциями присоединения. Пример — реакция между калием и хлором, в результате которой образуется хлорид калия. Для проведения такого взаимодействия берут два моля калия и один моль хлора. В результате образуется два моля калия:

При горении на открытом воздухе калий и азот расходуются в молярном соотношении 6:1. В результате такого взаимодействия образуется нитрид калия в количестве двух частей:

Соединение представляет собой кристаллы зелено-черного цвета. С фосфором калий реагирует по такому же принципу. Если взять 3 моля калия и 1 моль фосфора, получится 1 моль фосфида:

Калий реагирует с водородом, образуя гидрид:

Все реакции присоединения происходят при высоких температурах

Взаимодействие калия со сложными веществами

К сложным веществам, с которыми вступает в реакцию калий, относятся вода, соли, кислоты и оксиды. Так как калий — активный металл, он вытесняет атомы водорода из их соединений. Пример — реакция, происходящая между калием и соляной кислотой. Для ее проведения берется по 2 моля калия и кислоты. В результате реакции образуется 2 моля хлорида калия и 1 моль водорода:

2К + 2НСІ = 2КСІ + Н₂

Более детально стоит рассмотреть процесс взаимодействия калия с водой. Калий бурно взаимодействует с водой. Он движется по поверхности воды, его подталкивает выделяющийся водород:

2K + 2H₂O = 2KOH + H₂↑

В ходе реакции в единицу времени выделяется много тепла, что приводит к воспламенению калия и выделяющегося водорода. Это очень интересный процесс: при контакте с водой калий мгновенно воспламеняется, фиолетовое пламя потрескивает и быстро передвигается по поверхности воды. В конце реакции происходит вспышка с разбрызгиванием капель горящего калия и продуктов реакции.

Основной конечный продукт реакции калия с водой — гидроксид калия (щелочь). Уравнение реакции калия с водой:

4K + 2H₂O + O₂ = 4KOH

Внимание! Не пытайтесь повторить этот опыт самостоятельно!

При неправильном проведении эксперимента можно получить ожог щелочью. Для реакции обычно используют кристаллизатор с водой, в который помещают кусочек калия. Как только водород прекращает горение, многие хотят заглянуть в кристаллизатор. В этот момент происходит завершающая стадия реакции калия с водой, сопровождающаяся слабым взрывом и разбрызгиванием образовавшейся горячей щелочи. Поэтому в целях безопасности стоит держаться на некотором расстоянии от лабораторного стола, пока реакция не завершится полностью. Здесь вы найдете самые зрелищные опыты, которые можно проводить с детьми дома.

Строение калия

Атом калия состоит из ядра, в котором содержатся протоны и нейтроны, и электронов, вращающихся вокруг него. Количество электронов всегда равно количеству протонов, находящихся внутри ядра. При отсоединении электрона или при присоединении к атому он перестает быть нейтральным и превращается в ион. Ионы делятся на катионы и анионы. Катионы обладают положительным зарядом, анионы — отрицательным. При присоединении к атому электрона он превращается в анион; если же один из электронов покидает свою орбиту, нейтральный атом превращается в катион.

Порядковый номер калия в периодической таблице Менделеева — 19. Значит, протонов в ядре химического элемента находится тоже 19. Вывод: электронов вокруг ядра расположено 19. Количество протонов в структуре атома определяется так: от атомной массы отнять порядковый номер химического элемента. Вывод: в ядре калия находится 20 протонов. Калий принадлежит к IV периоду, имеет 4 «орбиты», на которых равномерно располагаются электроны, пребывающие в постоянном движении. На первой «орбите» расположены 2 электрона, на второй — 8; на третьей и на последней, четвертой «орбите», вращается 1 электрон. Этим объясняется высокий уровень химической активности калия: его последняя «орбита» не заполнена полностью, поэтому элемент стремится соединиться с другими атомами. В результате электроны последних орбит двух элементов станут общими.

Оксид калия: формула, взаимодействие

В неорганической химии существует три основных класса соединений. Это кислоты, щелочи и оксиды. Кислота состоит из катиона водорода и аниона кислотного остатка. Щелочь — из катиона металла и гидроксильной группы. Об оксидах мы поговорим подробнее далее.

Что такое оксид?

Это соединение, состоящее из двух разных химических элементов, одним из которых является кислород. Вторым же может быть металл или неметалл. Количество атомов кислорода зависит от валентности второго химического элемента, входящего в состав соединения. Так, например, валентность калия равна одному, поэтому оксид калия будет содержать один атом кислорода и два атома калия. Валентность кальция равна двум, поэтому его оксид будет состоять из одного атома кислорода и одного атома кальция. Валентность фосфора равна пяти, поэтому его оксид состоит из двух атомов фосфора и пяти атомов кислорода.

В этой статье мы более подробно поговорим про оксид калия. А именно — о его физических и химических свойствах, о его применении в различных областях промышленности.

Оксид калия: формула

Так как валентность данного металла равна одному, а валентность кислорода — двум, то это химическое соединение будет состоять из двух атомов металла и одного атома Оксигена. Итак, оксид калия: формула — К₂О.

Физические свойства

Рассматриваемый оксид обладает бледно-желтой окраской. Иногда он может быть и бесцветным. При комнатной температуре он обладает твердым агрегатным состоянием.

Температура плавления данного вещества равняется 740 градусам Цельсия.

Плотность составляет 2,32 г/см 3 .

При термическом разложении данного оксида образуется пероксид этого же металла и чистый калий.

Растворим в органических растворителях.

В воде не растворяется, а вступает в реакцию с ней.

Обладает высокой гигроскопичностью.

Химические свойства К₂О

Данное вещество обладает типичными для всех основных оксидов химическими свойствами. Рассмотрим химические реакции данного оксида с различными веществами по порядку.

Реакция с водой

В первую очередь оно способно реагировать с водой с образованием в результате гидроксида данного металла.

Уравнение такой реакции выглядит следующим образом:

Зная молярную массу каждого из веществ, из уравнения можно сделать следующий вывод: из 94 граммов рассматриваемого оксида и 18 граммов воды можно получить 112 граммов калий гидроксида.

С другими оксидами

Кроме того, рассматриваемый оксид способен реагировать с диоксидом карбона (углекислым газом). При этом образуется соль — карбонат калия.

Уравнение реакции оксида калия и оксида карбона можно записать следующим образом:

Так, можно сделать вывод, что из 94 граммов рассматриваемого оксида и 44 граммов углекислого газа получается 138 граммов калий карбоната.

Также рассматриваемый оксид может вступать в реакцию с оксидом сульфура. При этом образуется другая соль — калий сульфат.

Взаимодействие оксида калия с оксидом сульфура можно выразить следующим уравнением:

Из него видно, что, взяв 94 грамма рассматриваемого оксида и 80 граммов оксида сульфура, можно получить 174 грамма сульфата калия.

Таким же образом К₂О может реагировать и с другими оксидами.

Другой тип взаимодействия — реакции не с кислотными, а с амфотерными оксидами. В таком случае образуется не кислота, а соль. Примером такого химического процесса может служить взаимодействие рассматриваемого оксида с оксидом цинка.

Эту реакцию можно выразить следующим уравнением:

Из него видно, что при взаимодействии рассматриваемого оксида и оксида цинка образуется соль под названием калий цинкат. Если знать молярную массу всех веществ, то можно подсчитать, что из 94 граммов К₂О и 81 грамма оксида цинка можно получить 175 граммов калий цинката.

Также К₂О способен взаимодействовать с оксидом азота. При этом образуется смесь из двух солей: нитрата и нитрита калия. Уравнение этой реакции выглядит таким образом:

Если знать молярные массы веществ, можно сказать, что из 94 граммов рассматриваемого оксида и 92 граммов оксида нитрогена можно получить 101 грамм нитрата и 85 граммов нитрита.

Взаимодействие с кислотами

Самый распространенный случай — оксид калия + серная кислота = сульфат калия + вода. Уравнение реакции выглядит таким образом:

Из уравнения можно сделать вывод, что для получения 174 граммов сульфата калия и 18 граммов воды необходимо взять 94 грамма рассматриваемого оксида и 98 граммов серной кислоты.

Похожим образом происходит химическое взаимодействие между рассматриваемым оксидом и азотной кислотой. При этом образуется нитрат калия и вода. Уравнение этой реакции можно записать следующим образом:

Таким образом, из 188 граммов рассматриваемого оксида и 252 граммов азотной кислоты можно получить 404 грамма нитрата калия и 36 граммов воды.

По такому же принципу рассматриваемый оксид может реагировать и с другими кислотами. В процессе этого будут образовываться другие соли и вода. Так, к примеру, при реакции этого оксида с фосфорной кислотой получается фосфат и вода, с хлоридной кислотой — хлорид и вода и так далее.

К₂О и галогены

Рассматриваемое химическое соединение способно реагировать и с веществами данной группы. К галогенам относятся простые соединения, состоящие из нескольких атомов одного и того же химического элемента. Это, например, хлор, бром, иод и некоторые другие.

Итак, хлор и оксид калия: уравнение:

В результате такого взаимодействия образуется две соли: хлорид и гипохлорит калия. Из 94 грамм рассматриваемого оксида и 70 грамм хлора получается 74 грамма хлорида калия и 90 грамм гипохлорита калия.

Взаимодействие с аммиаком

К₂О способен реагировать с этим веществом. В результате такого химического взаимодействия образуется гидроксид и амид калия. Уравнение данной реакции выглядит следующим образом:

Зная молярные массы всех веществ, можно вычислить пропорции реагентов и продуктов реакции. Из 94 граммов рассматриваемого оксида и 17 граммов аммиака можно получить 56 граммов гидроксида калия и 55 граммов амида калия.

Взаимодействие с органическими веществами

Из органических химических веществ оксид калия взаимодействует с эфирами и спиртами. Однако эти реакции идут медленно и требуют специальных условий.

Получение К₂О

Данное химическое вещество можно получать несолькими способами. Вот самые распространенные из них:

1. Из нитрата калия и металлического калия. Эти два реагента нагревают, в результате чего образуется К₂О и азот. Уравнение реакции выглядит следующим образом: 2KNO₃ + 10К = N₂ + 6К₂О.
2. Второй способ происходит в два этапа. Сначала происходит реакция между калием и кислородом, в результате чего образуется пероксид калия. Уравнение реакции выглядит так: 2К + О₂ = К₂О₂. Далее пероксид обогащают калием, в результате чего и получают оксид калия. Уравнение реакции можно записать таким образом: К₂О₂ + 2К = 2К₂О.

Использование К₂О в промышленности

Наиболее часто рассматриваемое вещество используется в сельскохозяйственной промышленности. Данный оксид является одним из компонентов минеральных удобрений. Калий очень важен для растений, так как повышает их стойкость к различным заболеваниям. Также рассматриваемое вещество применяется в строительстве, так как может присутствовать в составе некоторых видов цемента. Кроме того, оно применяется в химической промышленности для получения других соединений калия.