Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
оинх.docx
Скачиваний:
0
Добавлен:
22.02.2020
Размер:
755.63 Кб
Скачать

20.Марганцевые кислоты, их соли и применение.

Нахождение в природе. По распространению в природе марганец занимает место после железа. Содержание его в земной коре составляет 0,1 %. Основным минералом, в виде которого марганец встречается в рудах, является пиролюзит МnО2. Кроме пиролюзитовых марганцевых руд встречаются марганцевые руды, содержащие браунит Mn2О3, манганит МпО(ОН), гаусманит Мn3O4 и марганцевый шпат МnCO3. Кроме того, марганец в виде оксидов содержится почти во всех железных рудах.

     Физические свойства. Марганец — серебристо-белый металл, плотность его 7,2 г/см3. Он твердый и хрупкий, при 1260 С плавится, а при 2120 С закипает. На воздухе металл покрывается пестрыми пятнами оксидной пленки, которая предохраняет его от дальнейшего окисления. С железом марганец образует сплавы с любым соотношением компонентов (ферромарганец).

     Химические свойства. Марганец образует различные соединения, в которых проявляет степень окисления +2, +3, +4, +6 и +7. Соединения марганца с другими степенями окисления малохарактерны и встречаются очень редко.

     При взаимодействии металлического марганца а различными неметаллами образуются соединения марганца (II):

Мn + С2 = МпСl2 (хлорид марганца (II))

Мn + S = МnS (cулъфид марганца {II))

3 Мn + 2 Р = Мn3Р2 (фосфид марганца (II))

3 Мn + N2 = Мn3N2 (нитрид марганца (II))

2 Мn + N2 = Мn2Si (силицид марганца (II))

     Марганец легко растворяется в кислотах-неокислителях с выделением водорода:

Мn + 2 НСl = МnСl2 + Н2

Мn + Н2SO4(разб.) = МnSO4 + Н2

Он растворяется также в воде в присутствии соединений, дающих при гидролизе кислую реакцию:

Мn + 2 Н2О + 2 NН4Сl = МnСl2 + 2 NН4ОН + Н2

     Растворение марганца в кислотах-окислителях сопровождается выделением продуктов восстановления этих кислот:

Мn + 2 Н2SO4(конц.) = МnSO4 + SO2 + 2 Н2О

Мn + 4 НNО3 (конц.) = Мn(NО3)2 + 2 NО + 2 Н2О

3 Мn + 8 НNОз (разб.) = 3 Мn(NО3)2 + 2 NО2 + 4 H2О

     Марганец может восстанавливать многие оксиды металлов и по этому используется в металлургии:

5 Мn + Nb2О5 = 5 MnО + 2 Nb

3 Мn + Fе2О3 = 3 МnО + 2 Fе

     В мелкодисперсном состоянии (порошок) марганец более реакционноспособен, чем в компактном.

     Получение. Металлический марганец получают восстановлением его прокаленных оксидов алюминием. Так как алюминий очень бурно реагирует с диоксидом марганца, используют прокаленный пиролюзит. При прокаливании пиролюзита образуется оксид марганца Мn3O4, который с алюминием реагирует более спокойно:

3 МnО2 = Мn3O4 + O2

3 Мn3О4 + 8 Аl = 4 Аl2O3  9 Мn

     Для получения ферромарганца, используемого в металлургии, смесь железной руды и пиролюзита восстанавливают коксом в электропечах:

2О3 + МnО2 + 5 С = 2Fе·Мn + 5 СО

Содержание марганца в ферромарганце 2060 %.

     Применение. Марганец в виде ферромарганца используют в черной металлургии.

     Кислородные соединения марганца. Марганец образует оксиды МnО, Мn2О3, МпО2, МпО3, Мп2О7, гидроксиды Мn(ОН)2, Mn(ОН)4, Н2МnО4, НМnО4 и соответствующие им соединения.

     Монооксид марганца МnО — это порошок зеленовато-серого цвета, обладающий основными свойствами и поэтому реагируюший с кислотами и кислотными оксидами:

МnО + 2 НCl = МnСl2 + H2О

МnО + SO3 = MnSO4

В воде монооксид марганца практически нерастворим.

     Гидроксид марганца (II) Мn(ОН)2 — белое вещество, которое легко окисляется на воздухе до бурого гидроксида марганца (IV):

2 Мn(ОH)2 + O2 + 2 Н2О = 2 Мn(ОН)4

Образуется гидроксид марганца (II) при взаимодействии его солей со щелочами:

МnSО4 + 2 КОН = Мn(ОН)2 + К24

     Гидроксид марганца (II) обладает основными свойствами. Он реагирует с кислотами и кислотными оксидами:

Мn(ОН)2 + 2 НСl = МnСl2 + 2 Н2О

Мn(ОН)2 + SО3 = МnSО4 + Н2О

Гидроксид марганца (II) обладает восстановительными свойствами. В присутствии сильных окислителей он может окисляться до перманганата:

2 Мп(ОН)2 + 5 КВгО + 2 КОН = 2 КМnO4 + 5 КВг + 3 Н2О

При недостаточном количестве окислителя образуется диоксид марганца:

5 Мn(ОН)2 + КВrО = 5 МnО2 + КВr + Н2О

     Большинство солей марганца (II) хорошо растворимо в воде. В сухом виде их кристаллогидраты окрашены в слабо-розовый цвет. Нерастворимыми солями марганца (II) являются карбонат МnСО3, сульфид МnS и фосфат Мn3(РО4)2. При действии сильных окислителей в кислой среде марганец (II) в зависимости от количества окислителя может переходить в МnО2, или перманганат:

Мn(NО3)2 + РbО2 = МnО2 + Рb(NО3)2

2 Мn(NО3)2 + 5 РbО2 + 6 НNО3 = 2 НМnО4 + 5 Рb(NО3)2 + 2 Н2О

     Оксид марганца (III) Мn2О3 встречается в природе в виде минерала браунита. В лаборатории образуется при осторожном нагревании МnО2 при температуре 530-940 С:

4 МnО2 = 2 Мn2О3 + O2

При более высокой температуре разложение диоксида сопровождается образованием оксида Мn3O4.

3 МnО2 = Мn3О4 + O2

Соединения марганца (III) практического значения не имеют,

     Диоксид марганца МnО2 или оксид марганца (IV),  вещество темно — серого цвета. При нагревании на воздухе до 530 'С диоксид марганца разлагается, выделяя кислород, как показано выше. В вакууме или в присутствии восстановителя эта реакция протекает значительно интенсивнее.

     При кипячении диоксида марганца с концентрированной азотной кислотой образуется соль марганца (II) и выделяется кислород:

2 МnО2 + 4 НNО3 = 2 Мn(NО3)2 + 2 Н2О + O2

     Диоксид марганца в кислой среде проявляет окислительные свойства:

МnО2 + 4 НСl = МnСl2 + Сl2­ + 2 Н2О

МnО2 + 2 FеSO4 + 2 Н2SO4 = МnSO4 + Fе2(SO4)3 + 3 Н2О

При сплавили оксида марганца (IV) со щелочами без доступа воздуха образуется манганит, или манганат (IV):

2 МnО2 + 2 КОН = К2МnО3 + Н2О

В присутствии кислорода воздуха, игравшего роль окислителя, при  сплавлении образуется соль манганата (VI):

2 МпО2 + 4 КОН + O2 = 2 К2МnО4 + 2 Н2О

Манганат калия К2МnO4 самопроизвольно разлагается на перманганат калия и диоксид марганца:

3 К2МnО4 + 2 Н2О = 2 КМnО4 + МnО2 + 4 КОН

     Перманганат калия КМnO4 широко применяется в лабораторной практике, промышленности, медицине и быту. Он является очень сильным окислителем. В зависимости от среды марганец в присутствии восстановителя может восстанавливаться до различной степени окисления. В кислой среде он всегда восстанавливается до Мn (II):

2 КМnО4 +10 КВг + 8 Н2SO4 = 2 МпSO4 + 6 К2SO4 + 5 Вr2 + 8 Н2О

Аналогично ведут себя манганат калия К2МnО4 и диоксид марганца.

     В щелочной среде перманганат калия восстанавливается до манганата:

2 КМnО4 + К2SO3 + 2 КОН = К2SO4 + 2 К2МnO4 + Н2О

     В нейтральной или слабощелочной среде перманганат калия восстанавливается до диоксида марганца:

2 КМnО4 + С6Н5СН3 = 2 КОН + 2 МnО2 + С6Н5СООН

2 КМnО4 + 3 МnSO4 + 2 Н2О = 5 МnО2 + К24 + 2 Н24

Последняя реакция используется в аналитической химии при количественном определении марганца.

     Раньше перманганат калия получали окислением либо диоксида марганца, либо манганата калия. Диоксид марганца окисляли селитрой при сплавлении со щелочью:

МnО2 + КNО3 + 2 КОН = К2МпО4 + КNО2 + Н2О

Образовавшийся манганат калия в растворе самопроизвольно распадался на перманганат калия и диоксид марганца:

3 К2MnО4 + 2 Н2О = 2 КМпО4 + MnО2 + 4 КОН

По второму способу манганат калия окисляли хлором:

 2 К2МnО4 + Сl2 = 2 КМnО4 + 2 КСl

     В настоящее время перманганат калия получают электролитическим окислением манганата:

МnO42  е = МnO4

     Перманганат калия широко применяется как в промышленности, так и в лабораторной практике. Его используют для отбелки хлопка, шерсти, прядильных волокон, осветления масел и окисления различных органических веществ. В лабораторной практике он применяется для получения хлора и кислорода:

2 КМnO4 + 16 НСl = 2 КСl + 2 МnСl2  + 5 Cl2 + 8 Н2О

2 КМnО4 = К2МnО4 + МnО2 + O­2

     В аналитической химии перманганат калия применяют для количественного определения веществ, обладающих восстановительными свойствами (Fе2, Sn2, АsО33, Н2О2, и др.). Этот метод анализа называется перманганатометрией.