кими свойствами обладают эти гидроксиды? Докажите это с помощью уравнений химических реакций.

5.Какие окислительно-восстановительные свойства характерны для соединений меди и цинка? Напишите соответствующие уравнения химических реакций.

6.Какие химические реакции могут проходить с участием солей меди

ицинка?Напишитесоответствующиеуравненияхимическихреакций.

7. ХРОМ И МАРГАНЕЦ

Хром и марганец являются элементами побочной подгруппы шестой и седьмой групп периодической системы, относятся к d-элементам. На внешнем s-уровне у хрома находится один электрон, а у марганца – два электрона, на предпоследнем d-уровне у обоих элементов по пять электронов. Краткая электронная формула для хрома 3d54s1, для марганца – 3d54s2. Валентных электронов у хрома шесть, а у марганца – семь, поэтому для хрома характерны степени окисления +2, +3, +6, а для марганца +2, +3, +4, +6, +7. Наиболее устойчивые соединения хрома со степенью окисления +3 и +6, а соединения марганца – со степенью окисления +2, +4 и +7. С увеличением степени окисления свойства оксидов и соответствующих гидроксидов изменяются от основных через амфотерные до кислотных.

Так, оксиды CrO, MnO и гидроксиды Cr(OH)2 и Mn(OH)2 обладают основными свойствами. Оксиды Cr2O3, Mn2O3, MnO2, гидроксиды Cr(OH)3, Mn(OH)3 и частично дегидратированный MnO(OH), а также Mn(OH)4 обладают амфотерными свойствами. Оксиды CrO3, MnO3, Mn2O7 и гидроксиды H2CrO4, H2MnO4, HMnO4 обладают ки-

слотными свойствами.

При обычной температуре хром и марганец не взаимодействуют с водой и кислородом воздуха, так как их поверхность покрыта устойчивыми оксидными пленками, защищающими металлы от дальнейшего окисления. Хром и марганец – металлы средней активности, стандартный электродный потенциал хрома –0,74 В, марганца –1,18 В. Марганец начинает группу металлов средней активности, так как находящиеся слева от него в ряду активности титан и алюминий относятся к активным металлам. Хром и марганец хорошо растворимы только в разбавленных соляной и серной кислотах, а холодная концентрированная серная и азотная кислоты пассивируют эти металлы:

2Cr + 3H2SO4 (разб.) = Cr2(SO4)3 + 3H2 ;

35

Mn + 2HCl = MnCl2 + H2 .

Марганец растворяется в концентрированной серной и разбавленной азотной кислотах только при нагревании:

Mn + 2H2SO4 (конц., гор.) = MnSO4 + SO2 + 2H2O; 3Mn + 8HNO3 (разб., гор.) = 3Mn(NO3)2 + 2NO + 4H2O.

В щелочах эти металлы не растворяются.

При нагревании хром и марганец реагируют с кислородом, галогенами, серой, а хром – ещё и с водородом, углеродом и азотом.

Наиболее устойчивый оксид хрома Cr2O3, ему соответствует гидроксид Cr(OH)3. Оба соединения не растворимы в воде, гидроксид растворяется в кислотах и щелочах. Оксид реагирует со щелочами только при сплавлении:

Cr2O3 + 2NaOH = 2NaCrO2 + H2O (сплавление);

Cr(OH)3 + 3HCl = CrCl3 + 3H2O;

Cr(OH)3 + 3NaOH = Na3[Cr(OH)6].

Соединения двухвалентного хрома являются сильными восстановителями и легко окисляются до трехвалентного состояния. В щелочной среде соединения трехвалентного хрома в реакции с сильными окислителями могут переходить в соединения со степенью окисления +6:

4Cr(OH)2 +2H2O + O2 = 4Cr(OH)3;

2CrCl3 + 16NaOH + 3Br2 = 6NaBr + 6NaCl + 2Na2CrO4 + 8H2O; 2NaCrO2 + 3H2O2 + 2NaOH = 2Na2CrO4 + 4H2O.

Соли трехвалентного хрома легко подвергаются гидролизу: CrCl3 + H2O = CrOHCl2 + HCl.

Трехвалентный хром, как и большинство d-элементов, способен к комплексообразованию, координационное число для него равно 6. Комплексообразованиеприводиткизменениюцветаионовхромаврастворе.

Высший оксид хрома CrO3 может образовывать две кислоты: хромовую H2CrO4 и двухромовую H2Cr2O7. Соли этих кислот – хроматы и бихроматы – легко переходят друг в друга в зависимости от кислотности среды. В кислой среде устойчивы бихроматы, а в нейтральной и щелочной – хроматы:

2K2CrO4 + H2SO4 = K2Cr2O7 + K2SO4 + H2O;

K2Cr2O7 + 2KOH = 2K2CrO4 +H2O.

Соединенияшестивалентногохромаявляютсясильнымиокислителями: K2Cr2O7 + 3K2SO3 +4H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 4K2SO4 + 4H2O.

Раствор бихромата калия в концентрированной серной кислоте используютдляобезжириваниястекла,окисленияорганическихсоединений.

36

Соединения марганца могут быть как восстановителями, так и окислителями. Гидроксид двухвалентного марганца неустойчив на воздухе, легко окисляется до трехвалентного, а затем и до четырехвалентного состояния:

2Mn(OH)2 + O2 + 2H2O = 2Mn(OH)4.

Оксид четырехвалентного марганца – самый устойчивый оксид, проявляет амфотерные свойства при сплавлении со щелочами, образуя соли марганцеватистой кислоты:

MnO2 + 2KOH = K2MnO3 + H2O (сплавление).

Соединения двухвалентного марганца – сильные восстановители, а соединения четырехвалентного марганца могут быть как окислителями, так и восстановителями:

2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 2PbSO4 + 3Pb(NO3)2 + 2H2O; MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O;

4MnO2 +3O2 = 2Mn2O7.

Высшие оксиды MnO3 и Mn2O7 являются ангидридами и сильнейшими окислителями:

MnO3 + H2O = H2MnO4 – марганцовистая кислота.

Её соли называются манганатами, они очень неустойчивые и диспропорционируют на соединения двух- и семивалентного марганца. Ион MnO4 2 придаёт раствору зелёный цвет.

Соли марганцевой кислоты HMnO4 – перманганаты – являются сильнейшими окислителями. В кислой среде семивалентный марганец восстанавливается до двухвалентного состояния, в нейтральной – до четырехвалентного, а в щелочной – только до шестивалентного.

Экспериментальная часть

Опыт 1. Получение и свойства оксида хрома.

Небольшое количество кристаллов бихромата аммония (NH4)2Cr2O7 поместите в фарфоровую чашку. Чашку закрепите в кольце штатива, снизу поместите спиртовку. Осторожно нагрейте чашку с кристаллами. Как только начнется реакция, нагревание прекратите. Отметьте внешний эффект реакции, напишите уравнение реакции, учитывая, что кроме оксида трехвалентного хрома выделяются молекулярный азот и пары воды. Укажите окислитель и восстановитель. Полученный порошок разделите на две пробирки и испытайте на растворимость в разбавленной серной кислоте и в щелочи.

37

Опыт 2. Получение гидроксида трёхвалентного хрома и изучение его свойств.

В две пробирки налейте немного раствора соли трехвалентного хрома и по каплям добавьте раствор щелочи до образования зеленого осадка гидроксида хрома. В одну из пробирок добавьте избыток раствора гидроксида натрия, в другую – несколько капель раствора кислоты. Что происходит с осадком? Какие вещества получились в каждом случае? Напишите уравнения реакций. Полученный раствор хромита натрия сохраните для следующего опыта.

Опыт 3. Свойства солей хрома (III).

Несколько кристалликов соли хлорида хрома (III) растворите в холодной воде и отметьте цвет раствора. Нагрейте раствор до кипения. Как изменилась окраскараствора?Почему? Напишите уравнения реакций.

В полученный раствор соли хрома (III) опустите лакмусовую бумажку. Как изменяется её цвет? Почему?

К раствору хромита натрия, полученному в опыте 2, прилейте бромной воды (вместо бромной воды можно добавить перекись водорода или оксид свинца PbO2). Смесь подогрейте. Как изменится окраска раствора? Напишите уравнение реакции перехода хромита натрия в хромат в щелочной среде.

Опыт 4. Переход хромата в бихромат и обратно.

К растворухромата калия K2CrO4 прилейте немного раствора серной кислоты.Какизмениласьокраскараствора?Напишитеуравнениереакции.

В другую пробирку налейте немного раствора бихромата калия K2Cr2O7 и добавьте несколько капель раствора щелочи. Как изменилась окраска раствора в этом случае? Напишите уравнение реакции.

Опыт 5. Окислительные свойства соединений хрома (VI).

Впробирку прилейте несколько капель бихромата калия, 2 – 3 капли раствора серной кислоты и 3 – 4 капли иодида калия. Как изменилась окраска раствора? Каким реактивом можно обнаружить свободный иод? Напишите уравнение реакции.

Вдругую пробирку прилейте несколько капель бихромата калия, 2 – 3 капли раствора серной кислоты и 3 – 4 капли раствора сульфита натрия Na2SO3. Наблюдайте появление зелёной окраски, характерной для ионов трехвалентного хрома. Напишите уравнение реакции. Сделайте вывод о свойствах соединений хрома (VI).

38

Опыт 6. Получение и свойства гидроксида марганца (II).

Втри пробирки налейте по 3 – 5 мл раствора соли марганца (II)

ипо каплям добавляйте раствор щелочи до образования осадка. Отметьте цвет осадка в первый момент. Одну пробирку отставьте, во вторую прилейте 3 – 4 капли раствора соляной кислоты, в третью – столько же раствора щелочи. Что наблюдаете в каждом случае? В какой из пробирок осадок растворяется? Как изменился цвет осадка в первой пробирке со временем? Какие свойства проявляет гидроксид марганца? Напишите уравнения всех протекающих реакций.

Опыт 7. Окислительные и восстановительные свойства оксида марганца (IV).

Впробирку поместите немного оксида марганца (IV), 5 – 10 капель раствора серной кислоты. Добавьте несколько кристалликов сульфата железа FeSO4 и несколько капель воды. Закрыв пробирку пробкой, встряхните её до растворения оксида марганца. В полученный раствор внесите одну каплю раствора желтой кровяной соли K4[Fe(CN)6]. Что наблюдаете? На присутствие какого иона в растворе указывает появление синей окраски? Напишите уравнение реакции окисления сульфата железа двуокисью марганца.

Вфарфоровый тигель положите кусочек твердого гидроксида натрия и добавьте столько же кристаллического нитрата калия. Поставьте тигель в кольцо штатива и осторожно нагревайте до расплавления. Не прекращая нагревания, внесите немного двуокиси марганца. Какое вещество придает зелёную окраску расплаву? Напишите уравнение реакции окисления двуокиси марганца нитратом калия в щелочной среде. Сделайте вывод о свойствах оксида четырехвалентного марганца.

Опыт 8. Окислительные свойства соединений семивалентного марганца.

В три пробирки налейте по 2 мл раствора перманганата калия KMnO4. Добавьте в первую пробирку столько же раствора серной кислоты, во вторую – дистиллированной воды, в третью – раствор щелочи. Во все пробирки добавьте по 2 – 3 мл раствора сульфита натрия Na2SO3. Обратите внимание на изменение окраски растворов в зависимости о реакции среды. Проследите за устойчивостью окраски в каждом случае. Напишите уравнения реакций. Укажите в каждом случае окислитель и восстановитель.

39