Как из Mn(NO₃)₂ получить HMnO₄?
Ответ я знаю, но почему нужно взять конкретно PbO₂ и HNO₃? Какое этому логическое объяснение?
2Mn(NO₃)₂ + 5PbO₂ + 6HNO₃ → 2HMnO₄ + 5Pb(NO₃)₂ + 2H₂O

Нет, именно PbO₂ и HNO₃ не являются единственно возможной парой реагентов. Это один из согласованных вариантов, удобный для записи реакции в нитратной среде. Логика выбора такая: нужно окислить Mn(II) до Mn(VII), а для этого нужен достаточно сильный окислитель и кислая среда.

1. Что происходит по степеням окисления

В Mn(NO₃)₂ марганец имеет степень окисления +2, а в HMnO₄ — +7:

То есть один атом Mn отдаёт 5 электронов.

В PbO₂ свинец имеет степень окисления +4, а в Pb(NO₃)₂ — +2:

Один Pb(IV) принимает 2 электрона. Наименьшее общее число электронов — 10, поэтому нужны 2 иона Mn²⁺ и 5 молекул PbO₂:

Отсюда сразу появляются коэффициенты 2 перед солью марганца и 5 перед PbO₂.

2. Зачем нужен именно PbO₂

PbO₂ — это оксид свинца(IV), то есть соединение, где свинец находится в высокой степени окисления. Он способен перейти в гораздо более устойчивое состояние Pb²⁺ и при этом принять электроны, отданные Mn²⁺.

В кислой среде полуреакция восстановления PbO₂ записывается так:

Следовательно, PbO₂ одновременно:

• является окислителем;

• даёт Pb²⁺ как понятный продукт восстановления;

• поставляет кислород для образования группы $\mathrm{MnO_4^-}$.

Но важно понимать: одной лишь фразы «Pb(IV) восстанавливается до Pb(II)» недостаточно, чтобы гарантировать хорошее протекание реакции. Окисление Mn²⁺ до Mn(VII) очень глубокое и требовательное. Стандартные потенциалы пары $\mathrm{PbO_2/Pb^{2+}}$ и пары $\mathrm{MnO_4^-/Mn^{2+}}$ близки: около 1,46 и 1,51 В соответственно. Поэтому реальная возможность реакции сильно зависит от кислотности, концентраций, формы PbO₂ и условий опыта; это не самый удобный практический путь для получения чистой пермангановой кислоты. Chemistry LibreTexts

3. Зачем нужна кислота

Без кислоты PbO₂ не может нормально перейти в растворимый Pb²⁺, а кислород и водород не удастся уравнять. После сложения полуреакций получается ионное уравнение:

В школьной «молекулярной» записи к перманганат-иону формально относят ещё два протона и записывают продукт как HMnO₄. Поэтому суммарно требуется 6 ионов H⁺:

В воде HMnO₄ — сильная и неустойчивая кислота, поэтому реально в растворе значительная часть существует как $\mathrm{H^+}$ и $\mathrm{MnO_4^-}$. Запись HMnO₄ здесь в значительной мере формальная.

4. Почему в этой записи выбрана HNO₃

Азотная кислота выполняет две функции:

1. даёт $\mathrm{H^+}$, необходимый для реакции;

2. даёт $\mathrm{NO_3^-}$, который связывает образующийся $\mathrm{Pb^{2+}}$ в растворимый $\mathrm{Pb(NO_3)_2}$.

Считаем нитрат-ионы:

• $2\mathrm{Mn(NO_3)_2}$ содержат 4 нитрат-иона;

• $6\mathrm{HNO_3}$ дают ещё 6 нитрат-ионов;

• всего получается 10 $\mathrm{NO_3^-}$, то есть ровно столько, сколько нужно для $5\mathrm{Pb(NO_3)_2}$.

Поэтому молекулярное уравнение приобретает вид:

В этой реакции нитрат-ион не меняет степень окисления: главным окислителем выступает PbO₂, а HNO₃ прежде всего создаёт кислую нитратную среду.

5. Почему не любая другая кислота

HCl была бы плохим выбором: хлорид-ион может окисляться сильными окислителями до Cl₂, то есть расходовать PbO₂ и давать побочные реакции.

H₂SO₄, напротив, возможна и даже часто более логична для реакции с MnSO₄: