Марганец и его соединения
материал для подготовки к егэ (гиа) по химии (11 класс) на тему

Марганец

Теоретическое введение

         Марганец является элементом побочной подгруппы VII группы. Это

d-металл. Электронная структура внешнего энергетического уровня его атома выражается формулой 3d54s2. Типичные степени окисления марганца +2, +4, +7, менее свойственные +3, +6. Для химии марганца очень характерны окислительно-восстановительные реакции. При этом в кислой среде для марганца устойчива степень окисления +2, в сильнощелочной +6, в нейтральной +4.

        В соответствии с возможными степенями окисления марганец образует оксиды: Mn+2O, Mn2+3O3, Mn+4O2, Mn+6O3, Mn2+7O7

       С повышением степени окисления марганца ослабевают основные и усиливаются кислотные свойства оксидов и гидроксидов. MnO и Mn2O3 и соответствующие им гидроксиды Mn(OH)2 и Mn(OH)3 имеют основной характер. Нерастворимый в воде Mn(OH)2 на воздухе вследствие окисления кислородом постепенно переходит в бурый Mn(OH)3:

4Mn(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Mn(OH)3

Окончательным продуктом окисления является коричневый оксид- гидроксид марганца:

4Mn(OH)3 + O2 + 2H2O = 4Mn(OH)4 = 4MnO(OH)2 + 4H2O

Соли марганца (II) и их концентрированные растворы обычно окрашены в светло-розовый цвет. Соединения марганца (II) – восстановители.

       Оксид марганца (IV) MnO2 – темно-бурое нерастворимое в воде вещество, наиболее устойчивое кислородное соединение марганца при обычных условиях. Обладает слабо выраженными амфотерными свойствами. С концентрированной H2SO4 он дает крайне неустойчивую соль Mn(SO4)2, а при сплавлении со щелочами образует манганиты:

MnO2 + 2KOH = K2MnO3 + H2O.

      MnO2 − сильный окислитель, при этом он восстанавливается до солей марганца (II): MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O.

Действием более сильных окислителей MnO2 может быть окислен до соединений Mn (VI), Mn (VII):

2MnO2 + 4KOH + O2 = 2K2MnO4 + 2H2O.

      K2MnO4 − манганат калия, соль не выделенной в свободном состоянии марганцовистой кислоты H2MnO4. Не получен и оксид Mn (VI) – MnO3. Растворы манганатов окрашены в темно-зеленый цвет, присущий ионам MnO42−. Они устойчивы только в сильнощелочной среде, при разбавлении раствора водой манганаты диспропорционируют:

3K2MnO4 + 2H2O = 2КMnO4 + MnO2 + 4KOH.

      Все производные Mn (VI) являются окислителями, особенно в кислой среде. Однако при действии более сильных окислителей они превращаются в соединения марганца (VII):  K2MnO4 + Сl2 = 2КMnO4 + 2KCl.

      Оксид марганца (VII) Mn2O7 – зеленовато-черная жидкость, сильный окислитель. Растворим в воде. Отвечающая ему марганцовая кислота HMnO4 известна только в растворах. Эти растворы, а также растворы ее солей (перманганаты), окрашены в фиолетово-малиновый цвет, характерный для иона (MnO4)−. При нагревании перманганаты разлагаются с выделением кислорода:  2КMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2.

      Производные Mn (VII) – сильные окислители. В кислой среде они восстанавливаются до солей марганца (II), в нейтральной, а также в слабокислой и слабощелочной – до MnO2, в сильнощелочной до манганатов, которые затем постепенно переходят в соединения Mn (IV).

Задачи и упражнения для самостоятельного решения

1. Как получить сульфат марганца (II) из: а) оксида марганца (II);

б) металлического марганца;

в) KMnO4?

Составить соответствующие уравнения реакций.

2. Какая масса перманганата калия потребуется для окисления 7,6 г FeSO4 в

кислой среде? (Ответ: 1,58 г).

3. Расставить коэффициенты в уравнении реакции:

KMnO4 + PH3 + H2SO4 = H3PO4 + ….

Какая масса H3PO4 образуется, если в реакции участвовало 17 г PH3?

(Ответ: 49 г).

4. Под действием HNO3 манганаты диспропорционируют следующим

образом: 3K2MnO4 + 4HNO3 = 2KMnO4 + MnO2 + 4KNO3 + 2H2O.

Какой объем раствора HNO3 (ρ = 1,185 г/мл) с массовой долей 30 % необходим для получения 9,48 г перманганата калия? (Ответ: 21,3 мл).

5. Как получить соединения марганца (VI) из соединений с более высокой и с более низкой степенью окисления? Составить соответствующие уравнения реакций.

6. Окисление сульфата железа (II) перманганатом калия в нейтральной среде

протекает по уравнению KMnO4 + FeSO4 + Н2О = FeОНSO4 + ….

Какая масса перманганата калия потребуется для окисления 7,6 г FeSO4?

(Ответ: 2,63 г).

7. Закончить уравнения реакций: а) MnO + H2SO4 = …;

б) Mn2O7 + KOH = …;

в) MnSO4 + KClO3 + KOH = сплавление K2MnO4 + ….

8. Закончить уравнения реакций, в которых соединения марганца проявляют свойства: а) окислительные Fe(OH)2 + KMnO4 + H2O = …;

б) восстановительные MnSO4 + PbO2 + HNO3 = …;

в) окислительные и восстановительные одновременно K2MnO4 + H2O = ….

9. Почему оксид марганца (IV) может проявлять и окислительные и

восстановительные свойства? Закончить уравнения реакций:

а) MnO2 + KI + H2SO4 = …;                            

б) MnO2 + KNO3 + KOH = ….

10. Как меняется степень окисления марганца при восстановлении KMnO4 в кислой, щелочной и нейтральной среде? Закончить уравнения реакций:

а) KMnO4 + К2SO3 + H2SO4 = …;

б) KMnO4 + К2SO3 + КОН = …;

в) KMnO4 + К2SO3 + H2O = ….

11. Восстановление перманганата калия сульфатом железа (II) в кислой

среде протекает по уравнению KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 =….

На восстановление KMnO4 израсходовано 47 мл 0,208 н. раствора FeSO4. Какая масса KMnO4 содержалось в исходном растворе? (Ответ: 0,154 г).

12. Закончить уравнения реакций:   а) Mn + H2SO4 (разб.) = …;

б) MnCl2 + KOH = …;    

в) MnCl2 + H2O ↔ …;    

г) Mn + HNO3 (разб.) = ….

13. Окисление сульфата железа (II) перманганатом калия в щелочной среде протекает по уравнению KM nO4 + FeSO4 + КОН = FeОНSO4 + ….

Какая масса перманганата калия потребуется для окисления 7,6 г FeSO4?

(Ответ: 7,9 г).

14. Как можно перевести в растворимое состояние марганец? Составить

соответствующие уравнения реакций.

15. Закончить уравнения реакций:  NaNO2 + KMnO4 + H2SO4 = ….

16. Закончить уравнения реакций: а) KMnO4 + H2SO4 (конц.) = …;

б) Mn2O7 + HCl = …;    

в) Mn2O7 + NaOH = …;      

г) MnO2 + KOH = ….

17. Закончить уравнения реакций: а) K2MnO4 + Cl2 = …;

б) Mn(NO3)2 + H2O ↔ …;

в) MnSO4 + H2O ↔ …;

г) MnCl2 + NaOH = ….

Реакции б), в), г) написать в молекулярном и ионно-молекулярном виде.