Характеристика марганца и его соединений

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 12Следующая ⇒

Получен в чистом виде в 1808 г о.Джоном. название происходит от греческого «манганоми»(проясняю, навожу блеск) и связано со словом «манганес». Обозначавшим в средние века минерал пиролюзит.

Распространенность в природе

Марганец – в свободном состоянии не встречается,по растпространенности занимает пятое место после железа. Образует большое количество собственных минералов, основными из которых являются: пиролюзит MnO₂, манганит Mn₂O₃ · H₂O, родонит MnSiO₃.Содержится в океанической воде.

Положение в ПСХЭ Д.И. Менделеева

· Находится в IV периоде, вVII группе, в побочной подгруппе

· d-элемент. Валентные электроны 3d⁵4s².

· степени окисления +2, +3, +4, +5, +6, +7 Характерные СО +2, +4, +7 в меньшей мере +6.

· Соединения марганца (II) проявляют преимущественно основные свойства, марганца (IV) – амфотерные, соединения марганца (VI) и (VII) – кислотные.

Физические свойства.

Марганец – серебристо-белый металл, твердый и хрупкий, проводит электрический ток. Чистый марганец можно прокатывать и штамповать. Температура плавления 1245°С, температура кипения 2200°С, плотность 7,44 г/см³. На воздухе покрыт прочной оксидной пленкой.

Химические свойства

Марганец – активный металл.

I. Взаимодействие с простыми веществами.

1. Взаимодействие с неметаллами С неметаллами проявляет преимущественно СО +2

а) Легко окисляется кислородом воздуха с образованием оксидов различного состава:

· выше 800°С образуется смешанный оксид марганца (II, III): 3Mn + 2O₂ = Mn₃O₄;

· 450 – 800°С - оксид марганца (III): 4Mn + 3O₂ = 2Mn₂O₃

· ниже 450°С - оксид марганца (IV): Mn + O₂ = MnO₂.

б) С галогенами, кроме фтора, дает галогениды марганца (II): Mn + Cl₂ = MnCl₂.

2Mn + 3F₂ = 2MnF₃ (MnF₄);

в) При нагревании реагирует с серой, азотом, фосфором, углеродом, кремнием: Mn + S = MnS;

2Mn + N₂ = 2MnN (возможно образование MnN₆, Mn₅N₂, Mn₄N, Mn₃N₂ и других нитридов);

Mn + P = MnP (возможно образование MnP₃, Mn₂P, Mn₃P, Mn₃P₂ и других фосфидов);

3Mn + С = Mn₃С (возможно образование Mn₅С₂, Mn₁₅С₄, Mn₂С₇ и других карбидов);

Mn + Si = MnSi (возможно образование Mn₃Si, Mn₅Si и других силицидов).

III. Взаимодействие со сложными веществами.

1. Взаимодействие с водой

При комнатной температуре очень медленно взаимодействует с водой, при нагревании с умеренной скоростью: Mn + 2H₂O = MnO₂ + 2H₂.

2. Взаимодействие с кислотами

а) Вытесняет водород из растворов неокисляющих кислот, образуюя соли марганца (II):

Mn + 2HCl = MnCl₂ + H₂;

Mn + H₂SO₄ = MnSO₄ + H₂;

б) с разбавленной азотной кислотой образует нитрат марганца (II) и оксид азота (II):

3Mn + 8HNO₃ = 3Mn(NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O.

в) Концентрированная азотная и серная кислоты пассивируют марганец. Взаимодействует при нагревании: Mn + 2H₂SO₄ = MnSO₄ + SO₂ + 2H₂O;

Mn + 4HNO₃ = Mn(NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

3. Восстановление металлов из оксидов

Восстанавливает менее активные металлы из их оксидов:

5Mn + Nb₂O₅ = 5MnO + 2Nb.

Способы получения

1. Восстановлением пиролюзита углеродом или кремнием (в виде силикомарганца), реже – алюминием: MnO₂ + 2С = Mn + 2СО.

2. Электролизом водного раствора сульфата марганца, на катоде выделяется марганец:

MnSO₄ + 2H₂O Mn + O₂ + Н₂ + H₂SO₄.

Применение.

Марганец применяют в качестве добавки к стали, улучшающей ее свойства. Повышенную стойкость к ударам и истиранию имеет марганцовистая сталь. Из сплавов Гейслера (Al - Mn) изготавливают очень сильные постоянные магниты. Манганин (12% Mn, 3% Ni, 85% Сu) обладает ничтожно малым температурным коэффициентом электросопротивления и другими ценными электротехническими свойствами.

Соединения марганца(II)

Оксид марганца (II) MnO – кристаллическое вещество серо-зеленого цвета, обладает полупроводниковыми свойствами.

MnO – основной оксид. Проявляет восстановительные свойства.

1. С водой и растворами щелочей не взаимодействует.

2. Взаимодействует с кислотами, образуя соли марганца (II) и воду: MnO + 2HCl = MnCl₂ + H₂O.

3. При сплавлении со щелочами в избытке кислорода образует гипоманганаты:

4MnO + 12NaOH + 3O₂ = 4Na₃MnO₄ + 6H₂O.

Получение.

1. Термическое разложении гидроксида марганца (II) и солей в инертной атмосфере:

Mn(OH)₂ = MnO + H₂O;

MnCO₃ = MnO + CO₂.

Гидроксид марганца (II) Mn(OH)₂ – вещество белого цвета, плохо растворимое в воде.

Mn(OH)₂ –основание средней силы, проявляет преимущественно основные свойства. Является восстановителем.

1. Взаимодействует с кислотами: Mn(OH)₂ + H₂SO₄ = MnSO₄ + 2H₂O;

2. При обычных условиях с водными растворами щелочей не взаимодействует, при длительном нагревании возможно образование гескагидроксоманганата (II):

Mn(OH)₂ + 4NaOH = Na₄[Mn(OH)₆].

3. На воздухе быстро окисляется: 2Mn(OH)₂ + O₂ = 2MnO₂ + 2H₂O.

Получение.

1. При взаимодействии солей марганца (II) с растворами щелочей:

Mn(NO₃)₂ + 2NaOH = Mn(OH)₂ + 2NaNO₃.

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.

1. В щелочной среде окисляются до манганатов – производных марганца (VI):

MnSO₄ + 2Br₂ + 8KOH = K₂MnO₄ + 4KBr + Na₂SO₄ + 4H₂O;

2. в кислой – до производных марганца (VII):

2MnSO₄ + 5PbO₂ + 6HNO₃ = 2HMnO₄ + 3Pb(NO₃)₂ + 2PbSO₄ + 2H₂O.

Соединения марганца(IV)

Оксид марганца (IV) MnO₂–наиболее устойчивое соединение марганца, кристаллическое вещество черно-бурого цвета, широко распространено в земной коре в виде минерала пиролюзит.

MnO₂ – амфотерный оксид. Сильный окислитель.

1. При нагревании разлагается, постепенно отцепляя кислород и образуя оксид марганца (III), оксид марганца (II, III) и оксид марганца (II). 2MnO₂ 2MnO + O₂

2. При 170°С восстанавливается водородом: MnO₂ + H₂ = MnO + H₂O.

3. При сплавлении со щелочами или основными оксидами образует манганиты:

MnO₂ + CaO = CaMnO₃;

MnO₂ + Ba(OH)₂ = BaMnO₃ + H₂O;

в присутствии кислорода – манганаты: 2MnO₂ + 4KOH + O₂ = 2K₂MnO₄ + 2H₂O.

4. При нагревании с кислотами проявляет окислительные свойства:

MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O.

5. При взаимодействии с серной или азотной кислотой разлагается с выделением кислорода:

2MnO₂ + 2H₂SO₄ = 2MnSO₄ + O₂ + 2H₂O.

6. В присутствии более сильных окислителей проявляет восстановительные свойства:

2MnO₂ + 3PbO₂ + 6HNO₃ = 2HMnO₄ + 3Pb(NO₃)₂ + 2H₂O.

Получение.

1. Термическим разложением нитрата марганца (II): Mn(NO₃)₂ MnO₂ + 2NO₂

2. восстановлением перманганата калия в нейтральной среде:

2KMnO₄ + 3MnCl₂ + 2H₂O = 5MnO₂ + 2KCl + 4HCl.

Гидроксид марганца (IV) – марганцоватистая кислота Mn(OH)₄ (H₄MnO₄), H₂MnO₃– неустойчивое соединение, проявляет амфотерные свойства.

Соли марганца (IV) - неустойчивы, их трудно выделить в чистом виде. Проявляют окислительные свойства.

Соединения марганца(VI)

Соединения марганца (VI) немногочисленны. Степень окисления +6 стабилизируется в манганат-ионе MnO₄^2- (в растворе зеленого цвета), который устойчив в щелочной среде, в нейтральной и кислой среде он диспропорционирует:

3K₂MnO₄ + 2H₂O = 2KMnO₄ + MnO₂ + 4KOH.

Соответствующая кислота не выделена.

1. Соединения марганца (VI) – сильные окислители:

K₂MnO₄ + 2HCl + KNO₂ = MnO₂ + H₂O + KNO₃ + 2KCl.

2. При взаимодействии с более сильными окислителями проявляют восстановительное свойства:

2K₂MnO₄ + Cl₂ = 2KMnO₄ + 2KCl.

Получение.

1. Образуются при восстановлении перманганата в щелочной среде:

2KMnO₄ + K₂SO₃ + 2KOH = 2K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O;

2. при сплавлении оксидов со щелочами в присутствии кислорода воздуха:

2MnO₂ + 4KOH + O₂ = 2K₂MnO₄ + 2H₂O;

3. при термическом разложении перманганата:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂.

Соединения марганца(VII)

Оксид марганца (VII) Mn₂O₇– маслянистая жидкость черно-зеленого цвета, гигроскопичная.

Mn₂O₇ – кислотный оксид

1. Неустойчив при нагревании. При температуре выше 50°С разлагается с образованием кислорода и низших оксидов, при более высокой температуре взрывается:

2Mn₂O₇ = 4MnO₂ + 3O₂.

2. Реагирует с водой, образуя марганцовую кислоту: Mn₂O₇ + H₂O = 2HMnO₄.

Получение.

Оксид марганца можно получить только косвенным путем:

2KMnO₄ + H₂SO₄ = Mn₂O₇ + K₂SO₄ + H₂O.

Марганцовая кислота HMnO₄ – сильная кислота, неустойчивая, существует только в растворах разлагается уже выше 3°С:

4HMnO₄ = 4MnO₂ + 2H₂O + 3O₂.

Соли марганцевой кислоты – перманганаты – содержат в составе перманганат-ион MnO₄^-, в растворе – фиолетового цвета. Проявляют окислительные свойства.

1. В кислой среде образуют соединения марганца (II):

2KMnO₄ + 5K₂SO₃ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 3H₂O

2. в нейтральной – марганца (IV): 2KMnO₄ + 3K₂SO₃ + H₂O = 2MnO₂ + 3K₂SO₄ + 2KOH

3. в щелочной – марганца (VI): 2KMnO₄ + K₂SO₃ + 2KOH = 2K₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O

4. При нагревании разлагаются: 2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂.

Железо и его соединения

Железо – один из металлов, известных человеку с доисторических времен. Первые образцы железа, попавшие в руки человека, были метеоритного происхождения, такое железо называлось «звездным».

Распространенность в природе

Железо по распространенности в природе занимает четвертое место после кислорода, кремния и алюминия. Известно свыше 300 минералов, которые входят в состав железных руд. Железные руды, содержащие не менее 16 мас. % железа, имеют промышленное значение. Основными формами минералов железа являются оксидные и сульфидные соединения:

магнетит (магнитный железняк) Fe₃O₄, лимонит Fe₂O₃·nH₂O,

гематит (железный блеск, красный железняк, кровавик) Fe₂O₃, пирротин FeS,

пирит FeS₂. сидерит FeCO₃

Очень редко встречается самородное железо метеоритного происхождения. Огромное количество железа располагается в глубинных слоях Земли, ядро нашей планеты – это сплав железа с никелем.

Железо – важнейший биоэлемент, оно входит в состав гемоглобина крови.

Дата добавления: 2019-02-22; просмотров: 9226; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!