4. Марганец (Пособие)

Глава 4. Марганец.4.1. Теоретическая часть.Марганец — элемент VIIB (7) группы имеет валентную конфигурацию 3d54s2. В соединенияхмарганец проявляет степени окисления от 0 до +7, наиболее устойчивые из них +2, +4, +6 и +7.Марганец легко растворяется в разбавленных кислотах не окислителях с образованием солеймарганца (II). При взаимодействии солей марганца (II) со щелочью образуется осадокгидроксида марганца белого цвета:MnCl2 + 2NaOH = Mn(OH)2↓+ 2NaClПри стоянии на воздухе белый осадок гидроксида марганца приобретает бурый цвет, т.к.переходит сначала в гидроксид марганца (III), а затем в гидрат марганца (IV) MnO2⋅xH2O1:4Mn(OH)2 + O2 = 4MnO(OH)↓ + 2H2O4MnO(OH) + O2 = 4MnO2↓ + 2H2OГидроксид марганца (II) Mn(OH)2 в водных растворах проявляет основные свойства, то естьрастворяется в кислотах, но не растворяется в щелочах:Mn(OH)2↓ + 2HCl = MnCl2+ 2H2OВ присутствии солей аммония Mn(OH)2 легко растворяется.

Возможность протекания даннойреакции обусловлена тем, что ее продукт — гидроксид аммония, гораздо более слабоеоснование, чем гидроксид марганца (II):Mn(OH)2 + 2NH4Cl = MnCl2 + 2NH4OHМарганец (II) образует различные соли, в том числе сульфиды. Сульфид марганца (II) можнополучить прямым синтезом или по обменным реакциям в растворах:MnSO4 + (NH4)2S = MnS↓+ (NH4)2SO4С помощью сероводорода получить сульфид марганца не удается в связи с достаточно большимзначением произведения растворимости MnS (ПРMnS = 1,4⋅10–15) и малой концентрацией ионовS2– в растворе сероводорода.Соединения марганца (II) в реакциях проявляют восстановительные свойства, и в кислой и вщелочной среде:2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 = HMnO4 + 3Pb(NO3)3 + 2PbSO4 + 2H2OMnSO4 + H2O2 + 2NaOH = Mn(OH)4↓ + Na2SO4Осадок MnS при стоянии на воздухе окисляется:MnS + O2 + 2H2O = Mn(OH)4↓ + S↓Соединения марганца (IV) могут выступать как в качестве окислителя, так и в качествевосстановителя.

Восстановительные свойства марганец (IV) проявляет, например, приполучении перманганата калия сплавлением бертолетовой соли с оксидом марганца (IV) ищелочью.3MnO2 + KClO3+ 6KOH = 3K2MnO4 + KCL + 3H2OПримером окислительных свойств соединений марганца (IV) может служить реакция диоксидамарганца с сульфатом железа (II):MnO2 + 2FeSO4 + 2H2SO4 = MnSO4 + Fe2(SO4)3 + 2H2OДля подтверждения наличия в полученном растворе ионов Fe3+, можно провести качественнуюреакцию на Fe3+ c роданидом калия.

Раствор при этом окрасится в ярко красный цвет,обусловленный появлением в нем роданида железа (III):Fe2(SO4)3 + KSCN = Fe(SCN)3 + K2SO4)Соединения марганца (VI) — манганаты, можно получить разложением кристаллическогоперманганата калия:2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2↑В растворе эти соли имеют темно-зеленый цвет, и существуют только в щелочной среде. Внейтральной среде манганаты диспропорционируют с образованием перманганат-ионафиолетового цвета и оксида марганца (IV):3K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + MnO2↓ + 4KOHТот же процесс идет и в кислой среде:t1Далее гидрат марганца (IV) MnO2⋅xH2O будем записывать как MnO23K2MnO4 + 2H2SO4 = 2KMnO4 + MnO2↓ + 2K2SO4 + H2OСоединения марганца (VI) обладают окислительными свойствами, но при действии болеесильных окислителей могут выступать и в роли восстановителя:K2MnO4 + Na2SO3 + H2SO4 = MnO2↓ + Na2SO4 + K2SO4+ H2O2K2MnO4+ Cl2 = 2KMnO4 + 2KClСоединения марганца (VII), соли марганцевой кислоты, перманганаты, являются одними изсамых сильных окислителей.

В зависимости от рН среды перманганат – ион восстанавливаетсяв разной степени:+5 eКислая среда:MnO4– + 8H+ → Mn2+ + 4H20Нейтральная среда:MnO4– + 2H2O → MnO2 + 4OH–+3eE0298 = 1,56 ВE0298 = 0,60 В+1eЩелочная среда:MnO4– → MnO42–E0298 = 0,56 ВПримером могут служить следующие реакции:2KMnO4 + 10KI + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H2O2KMnO4 + 6KI + 4H2O = 2MnO2↓ + 3I2+ 8KOH6KMnO4 + KI + 6KOH = 6K2MnO4 + KIO3+ 3H2OЕсли в качестве восстановителя взять соединение марганца (II), то при взаимодействии с KMnO4образуется бурый осадок MnO2:2KMnO4 + 3MnSO4 + 2H2O = 5MnO2↓ + K2SO4 + 2H2SO4Перманганат калия окисляет и органические кислоты, например, щавелевую кислоту доуглекислого газа:2KMnO4 + 8H2C2O4 = 2MnC2O4 + 10CO2↑ + K2C2O4 + 8H2O4.1.1.

Вопросы по теме:1.Какие степени окисления проявляет марганец в соединениях? Какие из них наиболееустойчивы?2. Напишите формулы оксидов и гидроксидов хрома и охарактеризуйте их кислотноосновные свойства и окислительно-восстановительные свойства.3. Как меняются окислительно-восстановительные свойства соединений марганца сувеличением степени его окисления? Ответ проиллюстрируйте уравнениями реакций.4.

Объясните, как изменяется окислительная способность перманганат-иона взависимости от рН среды?.