Лабораторна робота 15

Тема: Хімічні властивості d-елементів VІІ групи періодичної системи Д.І. Менделєєва

Мета та основні завдання:

• удосконалити знання студентів із структури, критеріїв періодичності періодичної системи Д.І. Менделєєва, особливостей будови атомів металів;

• удосконалити знання студентів з фізичних та хімічних властивостей металів; способів утворення та застосування металів;

• удосконалити уміння студентів складати молекулярні рівняння хімічних реакцій, рівняння окисно-відновних реакцій; іонні рівняння;

• удосконалити уміння студентів в розв’язанні задач за формулами та рівняннями;

• формувати у студентів уміння працювати в складі малих груп;

• формувати уміння студентів давати визначення поняттям;

• розвивати комунікативні уміння студентів;

• розвивати системне мислення студентів;

• розвивати професійні навички студентів в роботі з хімічними реактивами та хімічним обладнанням.

Прикладні задачі: розглянути особливості будови атомів d-елементів VІІ групи ПС; фізичні та хімічні властивості простих і складних речовин, утворених d-елементами VІІ групи ПС; способи утворення даних речовин; їх застосування.

Ключові поняття: d-електрон, d-елемент, метали, фізичні властивості металів, хімічні властивості металів, способи утворення металів, застосування металів.

1. Теоретична частина

1.1. Загальна характеристика d-елементів vіі групи

В побічну підгрупу VІІ групи входять хімічні елементи Манган Mn, Технецій Tc, Реній Re. На відміну від елементів головної підгрупи VІІ групи дані елементи утворюють хімічні зв’язки за рахунок орбіталей як зовнішнього, так і передзовнішнього електронних шарів. Валентні електрони їх атомів знаходяться на двох електронних шарах (два s-електрона на зовнішньому енергетичному рівні і п’ять d-електронів на передзовнішньому), тому атоми проявляють металічні властивості.

Самостійно складіть електронні формули Мангану Mn, Технецію Tc, Ренію Re.

Елементи побічної підгрупи VІІ групи в сполуках проявляють тільки позитивні ступені окиснення: Mn – 2, 3, 4, 6, 7; Tc і Re – 2, 3, 4, 5, 6, 7. Металічні властивості і хімічна активність даних металів знижується в ряду Mn – Tc – Re. Поясніть, чому!

Із елементів підгрупи Мангану лише сам Манган знаходиться в земній корі в значних кількостях: 9∙10^-2 % (мас.). Основним мінералом, який містить Манган, є піролюзит MnО₂. Реній – рідкий елемент і самостійних мінералів не утворює. В незначних кількостях він міститься в молібденових рудах. Існування і властивості Технецію («екамангану») передбачив Д.І. Мендєлєєв ще в 1871 році. Він знаходиться в дуже незначних кількостях в деяких радіоактивних рудах і є першим хімічним елементом, утвореним штучно (звідціля і назва – технічний).

1.2. Властивості Мангану і його сполук

Метал марганець, утворений хімічним елементом Манганом, зовнішнє схожий на залізо, але твердіший за нього. Це сріблясто-білий метал з густиною 7200 кг/м³ і температурою плавлення 1260⁰С. На повітрі він легко окислюється киснем. Оксидна плівка швидко покриває всю його поверхню і запобігає подальшому окисненню.

В порошкоподібному стані та при нагріванні марганець безпосередньо сполучається з сіркою, азотом, фосфором, кремнієм, бором, утворюючи сполуки, в яких проявляє ступінь окиснення +2:

Mn + S = MnS; 3Mn + N₂ = Mn₃N₂;

3Mn + 2Р = Mn₃Р₂; 2Mn + Sі = Mn₂Sі.

Він легко взаємодіє з галогенами, утворюючи солі типу MnГ₂ рожевого кольору. Марганець також може відновлювати метали із їх оксидів:

3Mn + Fе₂О₃ = 3MnО + 2Fе.

Ця його властивість використовується в металургії при виплавці сталей. З залізом марганець утворює сплави в будь-яких кількісних співвідношеннях.

Підведіть підсумок: яку функцію виконує марганець в окисно-відновних реакціях – окисника чи відновника?

Марганець дуже повільно реагує з холодною водою, швидше при нагріванні. Він легко розчиняється у воді в присутності амоній хлориду, який перешкоджає осадженню манган гідроксиду:

Mn + Н₂О + 2NH₄Cl = MnCl₂ + 2NH₄ОН + Н₂↑.

Взаємодію марганцю з кислотами розглянемо в таблиці 15.1.

Таблиця 15.1. Взаємодія марганцю з кислотами

Кислота	Умова реакції	Продукти відновлення	Приклади реакцій
Розбавлені НCl, Н2SO4	На холоду	Н2↑	Mn + 2НCl = MnCl2 + Н2 Mn + Н2SO4 = MnSO4 + Н2
Конц. Н2SO4, НNО3	На холоду При нагріванні	SO2↑ NО↑ NО2↑	Пасивує Mn + 2Н2SO4 = MnSO4 + SO2 + 2Н2О 3Mn + 8НNО3 = 3Mn(NО3)2 + 2NО + 4Н2О Mn + 4НNО3 = Mn(NО3)2 + 2NО2 + 2Н2О

Манган утворює ряд оксидів – MnО, Mn₂О₃, MnО₂, MnО₃, Mn₂О₇, Mn₃О₄, або MnО∙Mn₂О₃ (змішаний оксид) і відповідні їм сполуки. Розглянемо властивості оксидів та гідроксидів Мангану в таблиці 15.2.

Таблиця 15.2. Властивості оксидів та гідроксидів Мангану

Mn	Формула оксиду	Фізичні властивості	Характер	Формула гідроксиду	Фізичні властивості	Характер
+2	MnО	білий порошок	основний	Mn(ОН)2	білий порошок	основа
+3	Mn2О3	бурий порошок	основний	Mn(ОН)3	чорно- коричневий порошок	основа
+4	MnО2	чорний порошок	амфотерний	Mn(ОН)4	чорний порошок	амфотерний
+6	MnО3	в вільному стані не отриманий	кислотний	Н2MnО4 манганатна кислота	в вільному стані не отриманий	кислота
+7	Mn2О7	зелено-чорна масляниста рідина	кислотний	НMnО4 перманганатна кислота	зелено-чорна масляниста рідина	кислота

Солі перманганатної кислоти НMnО₄ – перманганати – кристалічні речовини темно-фіолетового кольору, розчинні у воді. З них найбільше практичне значення має калій перманганат КMnО₄ – майже чорні блискучі кристали. Розчин КMnО₄ у воді має інтенсивне малинове забарвлення, обумовлене наявністю іонів MnО₄^.

Калій перманганат – один з найсильніших окисників. Поясніть, чому! В водних розчинах він відновлюється по-різному в залежності від рН середовища (див. табл. 5.2. «Класифікація речовин на окисники та відновники»). Наприклад:

КMnО₄ + Н₂SO₄ + КNО₂ ⟶ КNО₃ + К₂SO₄ + MnSО₄ + Н₂О;

КMnО₄ + КОН + КNО₂ ⟶ К₂MnО₄ + КNО₃ + Н₂О;

КMnО₄ + Н₂О + КNО₂ ⟶ MnО₂ + КNО₃ + КОН.

Розставте коефіцієнти в даних рівняннях методом електронного балансу.