Лабораторная работа по химии на тему «Марганец и его соединения»
Марганец и его соединения
Цель работы: изучение методов получения и свойств соединений марганца; формирование навыков выполнения химического эксперимента.
Задание: экспериментально получить гидроксид марганца(II) и изучить его свойства; экспериментально изучить свойства солей марганца(II) и оксида марганца(IV); экспериментально изучить свойства перманганата калия.
Опыт 1. Получение гидроксида марганца (II) и его свойства.
А) Реакцией раствора хлорида марганца ( II ) с раствором гидроксида натрия был получен желто-розовый студенистый осадок гидроксида марганца ( II )
MnCl 2 + 2NaOH = Mn(OH) 2 ↓ + 2NaCl
Mn 2+ + 2Cl — + 2Na + + 2OH — = Mn(OH) 2 + 2Na + + 2Cl —
Mn 2+ + 2 OH — = Mn ( OH )2
Б) Часть жидкости с осадком отлили в другую пробирку и оставили стоять на воздухе, вследствие чего вещество постепенно переменило свой цвет на бурый. Причиной тому явилось окисление гидроксида марганца ( II ) кислородом воздуха в гидроксид марганца ( IV )
Mn +2 (OH) 2 + 2H 2 O – 2e = Mn +4 (OH) 4 + 2H + 4 2; Mn +2 – восстановитель ;
O 2 0 + 2H 2 O + 4e = 4O -2 H — 1; O 2 0 – окислитель .
В) К полученному в опыте А осадку гидроксида марганца ( II ) были раздельно прилиты раствор соляной кислоты и избыток раствора гидроксида натрия. В случае использования соляной кислоты наблюдалось растворение осадка
Mn ( OH )2 + 2 HCl = MnCl 2 + 2 H 2 O
Mn(OH) 2 + 2H + + 2Cl — = Mn 2+ +2Cl — + 2H 2 O
Mn ( OH )2 + 2 H + = Mn 2+ + 2 H 2 O
В случае использования гидроксида натрия видимых признаков реакции не наблюдалось. Теоретически возможно протекание реакции с образованием комплексного соединения – тетрагидроксоманганата ( II ) натрия, однако такая реакция возможна лишь в определенных жестких условиях (при использовании NaOH концентрации выше 50%, при кипении в атмосфере азота)
Mn(OH) 2 + 2Na + + 2OH — = 2Na + + [Mn(OH) 4 ] 2-
На основании проведенного опыта можно сказать, что гидроксид марганца ( II ) проявляет преимущественно основные свойства.
Г) К небольшому количеству осадка гидроксида марганца (II) была прилита бромная вода, вследствие чего наблюдалось обесцвечивание жидкости и образование темно-коричневого осадка. В ходе взаимодействия имеет место окислительно-восстановительная реакция, в которой гидроксид марганца ( II ) окисляет бромная вода. В окислительно-восстановительных реакциях гидроксид марганца ( II ) проявляет восстановительные свойства.
Mn +2 ( OH )2 – 2 e = Mn +4 O 2 + 2 H + 2 1; Mn +2 – восстановитель;
Br 2 0 + 2 e = 2 Br — 1; Br 2 0 – окислитель.
Опыт 2. Свойства солей марганца (II).
В пробирку налили 1 мл. раствора хлорида марганца и добавили к нему такой же объем раствора сульфида натрия. Наблюдалось образование светло-розового аморфного осадка сульфида марганца.
MnCl 2 + Na 2 S = MnS ↓ + 2 NaCl
Mn 2+ + 2Cl — + 2Na + + S 2- = MnS + 2Na + + 2Cl —
При стоянии на воздухе осадок буреет вследствие окисления сульфида марганца ( II ) кислородом воздуха с образованием бурого нерастворимого гидроксида марганца ( IV ). Также заметно выделение светло-желтого вещества – в ходе реакции образуется сера.
Mn +2 S -2 + 4 H 2 O – 4 e = Mn +4 ( OH )4 + S 0 + 4 H + 4 1; Mn +2 – восстановитель; S -2 – восстановитель;
O 2 0 + 2 H 2 O + 4 e = 4 O -2 H — 1; O 2 0 – окислитель.
MnS + 4H 2 O + O 2 + 2H 2 O = Mn(OH) 4 + 4OH — + 4H + + S;
Опыт 3. Взаимодействие оксида марганца (IV) с серной кислотой.
К нескольким крупинкам оксида марганца (IV) добавили 0,5 мл. концентрированной серной кислоты, пробирку со смесью нагрели, вследствие чего наблюдалась интенсивное выделение бесцветного газа. Тлеющая лучинка, внесенная в пробирку с собранным газом, разгоралась сильнее, что указывает на то, что образовавшийся газ — кислород. В ходе взаимодействия концентрированной серной кислоты с оксидом марганца ( IV ) имеет место окислительно-восстановительная реакция, в которой оксид марганца ( IV ) проявляет окислительные свойства
Mn +4 O 2 + 4 H + + 2 e = Mn +2 + 2 H 2 O 2 1; Mn +4 – окислитель;
Mn +4 O 2 -2 – 2 e = Mn +2 + O 2 0 1; O -2 – восстановитель.
Опыт 4. Свойства перманганата калия.
А) Разложение перманганата калия при нагревании.
В пробирку поместили небольшое количество кристаллов перманганата калия и нагрели пробирку на пламени спиртовки. В ходе взаимодействия выделялся бесцветный газ, который через газоотводную трубку был собран в колбу, тлеющая лучинка, внесенная в ее горло, разгоралась сильнее, что указывает на то, что выделяющийся газ — кислород. Нагревание продолжали до прекращения выделения газа.
Mn +7 + e = Mn +6 1; Mn +7 – окислитель;
Mn +7 + 3 e = Mn +4 4
2 O -2 – 4 e = O 2 0 1; O -2 – восстановитель.
После завершения реакции пробирка была охлаждена, после чего продукты реакции были растворены в воде. Сначала раствор приобрел зеленый цвет, обусловленный наличием в растворе ионов MnO 4 2- , однако, постепенно окраска раствора стала сменяться с зеленой на фиолетовую. Также наблюдалось образование темно-коричневого осадка. Манганаты устойчивы только в растворах, характеризующихся сильнощелочной средой, в иных случаях они взаимодействуют с водой с образованием перманганатов и оксида марганца ( IV )
Mn +6 O 4 2- — e = Mn +7 O 4 — 2 2; Mn +6 – восстановитель;
Mn +6 O 4 2- + 2 e + 2 H 2 O = Mn +4 O 2 + 4 OH — 1; Mn +6 – окислитель.
Б) Окислительные свойства перманганата калия. В две пробирки налили по 2 мл. раствора перманганата калия и по 2 мл. раствора серной кислоты. В первую пробирку прилили раствор сульфата железа ( II ), вследствие чего наблюдалось обесцвечивание жидкости в пробирке
Mn +7 O 4 — + 8H + + 5e = Mn +2 + 4H 2 O 10 2; Mn +7 – окислитель ;
2 Fe +2 – 2 e = 2 Fe +3 5; Fe +2 – восстановитель.
2MnO 4 — + 16H + + 10Fe 2+ = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 10Fe 3+
Во вторую пробирку добавили раствор щавелевой кислоты. Пробирку нагрели, наблюдалось обесцвечивание раствора и выделение бесцветного газа, не поддерживающего горение
Mn +7 O 4 — + 8H + + 5e = Mn +2 + 4H 2 O 10 2; Mn +7 – окислитель ;
C 2 +3 O 4 2- – 2 e = 2 C +4 O 2 5; C 2 +3 O 4 – восстановитель.
В три пробирки налили по 2 мл. раствора перманганата калия. В первую пробирку добавили 2 мл. дистиллированной воды, во вторую – 2 мл. раствора серной кислоты, в третью – 2 мл. концентрированного раствора гидроксида натрия. В каждую пробирку добавили раствор сульфита натрия.
В первой пробирке наблюдалось обесцвечивание раствора и образование темно-коричневого осадка оксида марганца ( IV )
Mn +7 O 4 — + 2H 2 O + 3e = Mn +4 O 2 + 4OH — 6 2; Mn +7 – окислитель ;
S +4 O 3 2- + H 2 O – 2e = S +6 O 4 2- + 2H + 3; S +4 – восстановитель .
2MnO 4 2- + 4H 2 O + 3SO 3 2- + 3H 2 O = 2MnO 2 + 8OH — + 3SO 4 2- + 6H + ;
Во второй пробирке наблюдалось обесцвечивание раствора
Mn +7 O 4 — + 8H + + 5e = Mn +2 + 4H 2 O 10 2; Mn +7 – окислитель ;
S +4 O 3 2- + H 2 O – 2e = S +6 O 4 2- + 2H + 5; S +4 – восстановитель .
2MnO 4 2- + 16H + + 5SO 3 2- + 5H 2 O = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5SO 4 2- + 10H + ;
2MnO 4 2- + 6H + + 5SO 3 2- = 2Mn 2+ + 3H 2 O + 5SO 4 2- ;
В третьей пробирке раствор переменил свой цвет с фиолетового на зеленый
Mn +7 O 4 — + e = Mn +6 O 4 2- 2 2; Mn +7 – окислитель ;
S +4 O 3 2- + 2OH — – 2e = S +6 O 4 2- + H 2 O 1; S +4 – восстановитель .
В пробирку налили раствор хлорида марганца ( II ) и добавили по каплям раствор перманганата калия. Наблюдалось обесцвечивание раствора и образование темно-коричневого осадка оксида марганца ( IV ). В пробирку было добавлено несколько капель лакмуса, вследствие чего раствор окрасился в красный цвет, что указывает на кислую среду раствора.
Mn +7 O 4 — + 2H 2 O + 3e = Mn +4 O 2 + 4OH — 6 2; Mn +7 – окислитель ;
Mn +2 + 2 H 2 O – 2 e = Mn +4 O 2 + 4 H + 3; Mn +2 – восстановитель.
2MnO 4 — + 4H 2 O + 3Mn 2+ + 6H 2 O = 5MnO 2 + 8OH — + 12H + ;
2MnO 4 — + 4H 2 O + 3Mn 2+ + 6H 2 O = 5MnO 2 + 8H 2 O + 4H + ;
2MnO 4 — + 2H 2 O + 3Mn 2+ = 5MnO 2 + 4H + ;
В разных средах продуктами восстановления перманганата калия являются разные вещества: в нейтральной среде – оксид марганца ( II ), в кислой среде – соли марганца Mn +2 , в щелочной среде – манганат калия.
В) Влияние кислотности среды на скорость окисления.
В две пробирки налили по 3 мл. раствора бромида калия. В первую пробирку добавили 2 мл. раствора серной кислоты, во вторую – 2 мл раствора уксусной кислоты. В каждую пробирку прилили по 1 мл. раствора перманганата калия.
В обеих пробирках наблюдались схожие изменения – цвет раствора менялся с фиолетового на желто-бурый, вследствие восстановления перманганата калия и окисления бромида калия с выделением молекулярного брома. При этом в пробирке с раствором серной кислоты видимые изменения происходили с большей скоростью, чем в пробирке с уксусной кислотой.
Серная кислота создает среду гораздо более кислую, чем уксусная кислота
pH (р-ра H 2 SO 4) = — lg [ H ] = — lg (2 C м( H 2 SO 4)) = — lg (0,67) = 0,17 (учитывая разбавление раствора)
pH (р-ра CH 3 COOH ) = — lg [ H ] = — lg = — lg (1,2*10 -5 ) = 4,9 (учитывая разбавление раствора)
Относительное повышение кислотности среды объясняет большую скорость окисления бромида калия в пробирке с серной кислотой.
Mn +7 O 4 — + 8H + + 5e = Mn +2 + 4H 2 O 10 2; Mn +7 – окислитель ;
2 Br — — 2 e = Br 2 0 5; Br — – восстановитель.
2MnO 4 2- + 16H + + 10Br — = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5Br 2 ;
10 KBr + 16 CH 3 COOH + 2 KMnO 4 = 5 Br 2 + 12 CH 3 COOK + 2 (CH 3 COO) 2 Mn + 8 H 2 O
Mn +7 O 4 — + 8H + + 5e = Mn +2 + 4H 2 O 10 2; Mn +7 – окислитель ;
2 Br — — 2 e = Br 2 0 5; Br — – восстановитель.
2MnO 4 2- + 16H + + 10Br — = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5Br 2 ;
10 KBr + 16 CH 3 COOH + 2 KMnO 4 = 5 Br 2 + 12 CH 3 COOK + 2 (CH 3 COO) 2 Mn + 8 H 2 O.
Применение именно серной и уксусной кислот объясняется тем, что при их использовании мала вероятность побочных реакций. Так, если бы вместо серной кислоты применялась бы сильная соляная кислота, возможной была бы реакция
2KMnO 4 + 16HCl = 2MnCl 2 + 2KCl + 5Cl 2 + 8H 2 O
Mn +7 O 4 — + 8H + + 5e = Mn +2 + 4H 2 O 10 2; Mn +7 – окислитель ;
2 Cl — — 2 e = Cl 2 0 5; Cl — – восстановитель.
2MnO 4 2- + 16H + + 10Cl — = 2Mn 2+ + 8H 2 O + 5Cl 2 ;
2KMnO 4 + 16HCl = 2MnCl 2 + 2KCl + 5Cl + H 2 O.
Источник
Гидроксид марганца 2 плюс бромная вода
В степени окисления +2 для марганца характерны оксид, гидроксид и соли.
Оксид марганца (II) MnO – кристаллическое вещество серо-зеленого цвета, образует две полиморфные модификации: кубическую и гексагональную, обладает полупроводниковыми свойствами.
Проявляет преимущественно основные свойства. С водой и растворами щелочей не взаимодействует, в кислотах растворяется, образуя соли марганца (II) и воду:
При сплавлении со щелочами в избытке кислорода образует гипоманганаты:
Образуется при термическом разложении гидроксида марганца (II) и солей в инертной атмосфере:
Проявляет восстановительные свойства.
Гидроксид марганца (II) Mn(OH)2 – вещество белого цвета, плохо растворимое в воде, основание средней силы, проявляет преимущественно основные свойства, легко растворяется в кислотах:
при обычных условиях с водными растворами щелочей не взаимодействует, при длительном нагревании возможно образование гескагидроксоманганата (II):
На воздухе быстро окисляется:
Проявляет восстановительные свойства.
Получается при взаимодействии солей марганца (II) с растворами щелочей:
Соли марганца (II). Марганец (II) образует соли со многими анионами, многие из них хорошо растворимы в воде, образуя растворы розового цвета. Мало растворимы сульфид, карбонат и ортофосфат марганца (II). Проявляют все свойства солей, в растворе гидролизуют.
Обладают восстановительными свойствами. В щелочной среде окисляются до манганатов – производных марганца (VI):
Источник
Марганец, цинк и серебро
Марганец
Содержится в количестве 0,03% по массе в земной коре. Наряду с железом и его сплавами относится к черным металлам.
Для соединений марганца характерны степени окисления +2, +3, +4, +6 +7. В соединения +2 и +3 марганец проявляет основные свойства, +4 — амфотерные, +6, +7 — кислотные.
Наиболее известными минералами, в которых содержится марганец, являются:
- MnO2 — пиролюзит
- MnO(OH) — бурая марганцевая руда, манганит
- 3Mn2O3*MnSiO3 — браунит
Получают марганец алюминотермией, восстановлением коксом, электролизом.
MnO2 + C = (t) Mn + CO
- Реакции с неметаллами
На воздухе марганец вступает во взаимодействие с кислородом, пассивируется: на поверхности металла образуется оксидная пленка.
При нагревании марганец реагирует с азотом, углеродом, кремнием, бором и фосфором.
При нагревании марганец вытесняет водород из воды.
Реакции с кислотами
Марганец стоит в ряду напряжений до водорода и способен вытеснить его из кислот.
Под воздействием кислот, которые обладают окислительными свойствами, марганец окисляется.
Соединения марганца (II)
Для соединений марганца (II) характерны основные свойства. Оксид марганца (II) может быть получен разложением карбоната марганца, либо восстановлением оксида марганца (IV) до оксида марганца (II).
При растворении (и нагревании!) марганца в воде образуется гидроксид марганца (II).
Соединения марганца (II) на воздухе неустойчивы, Mn(OH)2 быстро буреет, превращаясь в оксид-гидроксид марганца (IV).
Оксид и гидроксид марганца (II) проявляют основные свойства. При реакции с кислотами дает соответствующие соли.
Соли марганца (II) получаются при его растворении в разбавленных кислотах. Эти соли способны вступать в реакции с другими солями, кислотами, если выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит.
При действии сильных окислителей ион Mn 2+ способен переходить в ион Mn 7+
Соединения марганца (IV) проявляют амфотерный характер. Оксид марганца (IV) можно получить разложением нитрата марганца (II).
В реакциях с щелочами марганец переходит в СО +6, в кислой среде — принимает СО +2.
MnO2 + Na2CO3 + NaNO3 = Na2MnO4 + NaNO2 + CO2 (гидролиз карбоната натрия идет по аниону, среда — щелочная)
Соединения марганца (VI) — MnO3, H2MnO4 — неустойчивы, в свободном виде не получены. Обладают кислотными свойствами. Наиболее устойчивые соли — манганаты, окрашивающие раствор в зеленый цвет.
Манганаты получают в ходе разложения перманганатов, а также реакциями в щелочной среде.
В водной среде манганаты разлагаются на с.о. +7 и +4. Манганаты окисляют хлором.
Соединения марганца (VII) — неустойчивый Mn2O7, и относительно устойчивая в разбавленных растворах HMnO4 — проявляют кислотные свойства. Соли марганцовой кислоты — перманганаты.
В различных средах — кислотной, нейтральной и щелочной — марганец принимает различные степени окисления. Внимательно изучите таблицу ниже.
Оксид марганца (VII) получают в реакции перманганата с сильными кислотами.
При растворении оксида марганца (VII) (кислотного оксида) в щелочи образуются соли марганцовой кислоты — перманганаты.
Марганцовая кислота получается в реакциях сильных окислителей с солями марганца (II).
В растворах с концентрацией марганцовой кислоты более 20% происходит ее разложение.
При нагревании перманганата калия (в быту — марганцовка) разлагается с образованием бурого MnO2, выделением кислорода.
При стоянии в растворе постепенно разлагается водой.
В кислой среде марганец принимает наиболее устойчивую (для кислой среды) — Mn 2+ , в щелочной — Mn 6+ .
Название цинка, вероятно, связано формой его кристаллитов: в переводе с немецкого Zinke — зубец. С древнейших времен известен сплав меди с цинком — латунь.
Для цинка характерна постоянная степень окисления +2.
Наиболее известные минералы, в которых содержится цинк:
- ZnS — цинковая обманка, сфалерит
- ZnO — цинкит
- ZnCO3 — симсонит, цинковый шпат
- 2ZnO*SiO2*H2O — гемиморфит
Пирометаллургический метод получения цинка заключается в обжиге цинковой обманки, и последующем восстановлении оксида цинка различными восстановителями: чаще всего C, также возможно CO и H2.
ZnO + C = (t) Zn + CO
ZnO + CO = (t) Zn + CO2
Гидрометаллургический метод получения основывается на электролизе сульфата цинка.
- Реакции с неметаллами (и аммиаком 🙂
На воздухе цинк покрывается оксидной пленкой. При нагревании цинк реагирует с галогенами, фосфором, серой, селеном.
Для цинка не характерны реакции с водородом, бором, кремнием, азотом, углеродом. Нитрид цинка можно получить в ходе реакции цинка с аммиаком.
Реакции с кислотами
Цинк способен проявлять амфотерные (двойственные) свойства: реагирует как с кислотами, так и с основаниями. При добавлении цинка в раствор щелочи выделяется водород.
Zn + H2O + NaOH = Na2[Zn(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоцинкат натрия)
Соединения цинка (II)
Эти соединения обладают амфотерными свойствами. Оксид цинка (II) можно получить в ходе реакции горения цинка или при разложении нитрата цинка.
Оксид цинка (II) проявляет амфотерные свойства, реагирует как с кислотами, так и с щелочами.
ZnO + H2O + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] (тетрагидроксоцинкат натрия)
Комплексные соли образуются в растворе, при прокаливании они не образуются.
ZnO + 2NaOH = (t) H2O + Na2ZnO2 (цинкат натрия)
Оксид цинка (II) может быть восстановлен до чистого цинка различными восстановителями.
ZnO + C = (t) Zn + CO
ZnO + CO = (t) Zn + CO2
Гидроксид цинка (II) получается в ходе реакций между растворимыми солями цинка и щелочами.
Гидроксид цинка (II) обладает амфотерными свойствами, реагирует как с кислотами, так и с основаниями.
При прокаливании комплексные соли распадаются, вода испаряется.
Серебро
Драгоценный металл, известный человеку с древнейших времен. Встречаемся в самородном виде. Будучи благородным металлом, серебро обладает низкой реакционной способностью.
- Реакции с неметаллами
Серебро не окисляется кислородом даже при высокой температуре. Галогены легко окисляют серебро до соответствующих галогенидов. При нагревании с серой получается сульфид серебра.
Реакции с кислотами
Серебро не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах, однако способно реагировать с концентрированными кислотами.
Потемнение серебряных изделий обусловлено реакцией серебра с сероводородом в присутствии кислорода.
С органическими веществами
В дальнейшем, при изучении органической химии, вы не раз столкнетесь с соединением серебра — аммиачным раствором оксида серебра.
Будет полезно, если вы уже сейчас познакомитесь с его формулой на примере реакции окисления уксусного альдегида до уксусной кислоты.
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Блиц-опрос по теме Марганец, цинк и серебро
Источник
