Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Общая и неорганическая химия. Часть 2. Лабораторный практикум с использованием микрохимического оборудования по дисциплине «Общая и неорганическая хим
.pdf
3) FeSO
+ KMnO
4
+ H2SO4 →MnSO
4
+ Fe2(SO4)
4
+ K2SO
3
4
4) 2HgO → 2Hg + O2
4. Выберите продукты реакции:
CrO2Cl
1) KCl 5) K
2) KClO 6) H
3) K
4) K
+ KOH
2
[Cr(OH)6] 7) K2CrO4
3
CrO
3
(избыток)
3
→
2Cr2O7
O
2
8) Cr(OH)3
5.Выявите соответствие между типом химического соединения и
его химической формулой:
Тип соединения:
1) галогенангидрид
2) основной оксид
3) кислотный оксид
) амфотерный оксид
4
5) карбонил
Химическая формула:
а) Cr(CO)6
б) СrO2Cl2
в) CrO
г) Cr2O3
д) CrO3
6. Кислотный характер имеют оксиды, образованные металлами___
1) со степенью окисления ниже +6
2) с любой степенью окисления
3) со степенью окисления равной или выше +6
4) главных подгрупп
7. Формула высшего оксида элемента, образующего водородное
соединение ЭН2, имеет вид___
1) ЭО
2) ЭО
3) ЭО
3
2
4
4) ЭО
. С кислотами и щелочами взаимодействует оксид___
8
1) хрома (III)
2
) хрома (VI)
+ H2O
91
3) хрома (II)
4) магния
9. Взаимодействие азотной кислоты с металлами обычно
происходит без образования___
1) воды
2) соли
3) водорода
4) оксида азота
10. В подгруппе хрома сверху вниз при переходе от хрома к
вольфраму возрастает устойчивость соединений со степенью
окисления:
1) +3
2) +4
3) +2
4) +6
5) +1
6) +5
11. На сдвиг химического равновесия вправо экзотермической
реакции, протекающей с уменьшением объема, оказывают влияние:
) понижение давления
1
2) повышения давления
3) введение катализатора
4) понижение температуры
5) повышение температуры
12. Продукты реакции: Cr + KOH
1) K
2) K[Cr(OH)
3) H
4) K
5) H
6) KCrO
CrO4
2
2
CrO3
3
O
2
]
4
2
t сплавления
13. Найдите коэффициенты перед продуктами реакции:
K
2Cr2O7
+ Na2S + H2SO4 → Cr2(SO4)
+ Na2SO
3
+ S + K2SO
4
+ H2O
4
14. Найдите коэффициент перед окислителем:
K
2Cr2O7
+ KI + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + I2 + K2SO
+ H2O
4
15. Найдите сумму коэффициентов перед исходными веществами:
92
K2Cr2O
+ KBr + H2SO4 → Cr2(SO4)
7
3
+ Br
+ K2SO
2
+ H2O
4
16. Найдите коэффициент перед восстановителем:
K2Cr2O
+ Н2S + H2SO4 → Cr2(SO4)3 + S + K2SO
7
+ H2O
4
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №17
ТЕМА: «d-ЭЛЕМЕНТЫ VII ГРУППЫ. СВОЙСТВА
СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА»
Теоретический материал, подлежащий изучению до начала
работы.
Закономерности в изменении свойств d-элементов VII группы и
образуемых ими простых веществ; принципы получения простых
веществ. Характерные степени окисления элементов в соединениях и
закономерности в изменении устойчивости соответствующих
соединений. Закономерности в изменении кислотно-основных и
окислительно-восстановительных свойств соединений в различных
степенях окисления. Применение d-элементов VII группы, и их
соединений.
Общие положения.
-элементы VII группы периодической системы.
d
Для марганца характерны степени окисления +2, +4, +7, что
отвечает устойчивой электронной конфигурации d5 или d3, а также d0.
Существуют соединения марганца, в которых он проявляет степени
окисления -1, 0, +3, +5, +6. Для технеция и рения устойчива высшая
степень окисления +7.
Для марганца наиболее типичны координационные числа 6 и 4, для
технеция и рения, кроме того, 7, 8 и даже 9.
С ростом степени окисления у марганца и у его аналогов
тенденция к образованию анионных комплексов возрастает, а
катионных падает (усиливается кислотный характер их бинарных
соединений). Для химии марганца очень характерны окислительновосстановительные реакции. При этом кислая среда способствует
образованию катионных комплексов Mn (II), а сильнощелочная среда
анионных комплексов Mn (VI). В нейтральной среде при
–
окислительно-восстановительных процессах образуются производные
M
n (IV).
93
Степени окисления марганца и пространственная конфигурация
структурных единиц его соединений
Степень
окисления
Координационное
Структурная
единица
Примеры соединений
число
-1 6 Октаэдр [Mn(CO)5H]
0 6 Октаэдр Mn2(CO)
10
+2 4 Тетраэдр [MnCl4]2-
+2 6 Октаэдр [Mn(OH2)6]2+, [MnF6]4,
MnO, MnF2, MnCl2,
Mn(OH)2
+3 6 Октаэдр Mn2O3
+4 6 [MnCl6]2-, MnO2
+6 4 Тетраэдр [MnO4]
2-
+7 4 Тетраэдр [MnO4]-, Mn2O7
Подгруппа марганца
В 1774 году К.Шелле доказал, что это соединение неизвестного
металла, а другой шведский ученый Ю.Гаи, сильно нагревая смесь
пиролюзита с углем, получил марганец, загрязненный углеродом.
Технеций – первый элемент, полученный искусственным путем.
Возрастание теплоты возгонки, температур плавления и кипения в
ряду Mn –Tc – Re объясняют усилением доли ковалентной связи за
счет электронов (n-1) d – орбиталей. По тугоплавкости рений уступает
лишь вольфраму.
Химическая активность простых веществ в ряду Mn –Tc – Re
понижается. Марганец довольно активно взаимодействует с
разбавленной HCl и H2SO4, а технеций и рений реагируют лишь с
HNO3. В соответствии с устойчивыми степенями окисления
взаимодействие марганца с разбавленными кислотами приводит к
образованию катионного аквакомплекса:
Mn + 2OH
+
+ 4H2O = [Mn(OH2)6]+2 + H2
3
Взаимодействие технеция и рения с азотной кислотой приводит к
образованию анионного оксокомплекса:
Tc + 7HNO3 = 3HTcO4 + 7NO + 2H2O
3
Вследствие довольно высокой активности марганец легко
окисляется при нагревании, в особенности в порошкообразном
94
состоянии, кислородом, серой, галогенами. Компактный металл на
воздухе устойчив, так как покрывается оксидной пленкой, которая
препятствует дальнейшему окислению металла. Еще более устойчивая
пленка образуется при действии на марганец холодной азотной
кислотой. Технеций и рений вступают в химическое взаимодействие с
неметаллами при достаточно сильном нагревании. В атмосфере
кислорода они сгорают, образуя Э2О 7.
Марганец получают электролизом водного раствора его сульфата
и восстановлением из оксидов методом алюмино- и силикотермии:
MnO2 + Si = Mn + SiO2
Рений обычно выделяют нагреванием NH4ReO4, KReO4 в токе
водорода:
2NH4ReO4 + 4H2 = 2Re + N2 + 8H2O
Соединения Mn (0), Tc (0), Re (0). Для марганца и его аналогов
известны карбонилы состава Э
(СО)10. В качестве примеров
2
окислительно-восстановительных реакций можно привести
следующие:
[Mn(CO)5]2 + 2Na = 2Na[Mn(CO)5]
[Mn(CO)5]2 + Br2 = 2Mn(CO)5Br
Известны и другие соединения нулевой степени окисления
элементов, например, в этих соединениях молекулы-лиганды
выступают в качестве δ-доноров и π-акцепторов электронных пар.
Координационные числа элементов здесь также обусловливаются
числом свободных орбиталей, возникающих при спаривании
валентных электронов комплексообразователя.
Соединения Mn (II). Для марганца характерно координационное
число, равное 6, что соответствует октаэдрическому расположению
связей. Соединения Mn (II) парамагнитны. Большинство солей Mn (II)
хорошо растворимы в воде. Малорастворимы MnS, MnCO3, Mn3(PO4)2.
По химическим свойствам бинарные соединения Mn (II) слабо
амфотерны. В реакциях без изменения степени окисления для них
наиболее характерен переход в катионные комплексы. Так, оксид, как
и гидроксид, легко взаимодействует с кислотами:
nO + 2OH
M
+
+ 3H2O = [Mn(OH2)6]
3
+2
Со щелочами же они реагируют только при достаточно длительном
нагревании:
95
Mn(OH)2 + 4OH- = [Mn(OH)6]
-4
Поскольку MnO с водой не взаимодействует, получают Mn(OH)2
косвенным путем – действием щелочи на раствор соли:
MnSO4 + 2KOH = Mn(OH)2 + K2SO4
При действии окислителей производные проявляют
восстановительные свойства. Так, в щелочной среде легко окисляется
даже молекулярным кислородом воздуха. В щелочной среде
окисление сопровождается образованием оксоманганатов:
3MnSO4 + 2KClO3 + 12KOH = 3K2MnO4 + 2KCl + 3K2SO4 + 6H2O
Сильные окислители, такие, как PbO2 переводят соединения в
оксоманганаты:
2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2O
Соединения Tc (II) и Re (II) не характерны.
Соединения Mn (IV). Можно привести лишь несколько примеров
устойчивых бинарных соединений марганца (IV). Это MnO
, MnF4.
2
Относительно устойчивы также: [MnF6]-2, [MnCl6]-2.
Диоксид MnO2 по химической природе амфотерен. При сплавлении
со щелочами или основными оксидами MnO2 играет роль кислотного
оксида, например:
MnO2 + CaO = CaMnO3
Соединения Mn (IV) – сильные окислители:
MnO2 + 4H+ + 2e = Mn
+2
+ 2H2O
При взаимодействии же с H2SO4 или HNO3 диоксид марганца
разлагается с выделением кислорода.
При взаимодействии соединений марганца (IV) с наиболее
сильными окислителями образуются производные Mn (VI) и Mn
(VII):
3MnO2 + KClO3 + 6KOH = 3K2MnO4 + KCl + 3H2O
2MnO2 + 3PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2H2O
Соединения Mn (VI), Tc (VI), Re (VI). Соединения, в которых
степень окисления марганца и его аналогов +6, немногочисленны.
Галогениды, оксогалогениды и оксиды – кислотные соединения.
Соединения Mn (VI) – сильные окислители, в особенности в
кислой среде:
M
2-
nO
+ 4H+ + 2e = MnO2 + 2H2O
4
Однако при действии хлора они превращаются в оксоманганаты:
96
2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl
Производные Tc (VI) и Re (VI), наоборот, легко окисляются даже
молекулярным кислородом воздуха:
4K2ЭO4 + O2 + 2H2O = 4KЭO4 + 4KOH
Соединения Mn (VII), Tc (VII), Re (VII). Устойчивость
соединений в ряду Mn (VII) – Tc (VII) – Re (VII) повышается.
Оксид марганца (VII) Mn2O7 – неустойчивая темно-зеленая
маслянистая жидкость. Его получают действием концентрированной
H2SO4 на оксоманганаты (VII):
2KMnO4 + H2SO4 = Mn2O7 + K2SO4 + H2O
При отсутствии внешних факторов Mn2O7 разлагается со взрывом:
2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2
Галогениды, оксогалогениды и оксиды – типичные кислотные
соединения. Они взаимодействуют с водой с образованием кислот
, например:
НЭО
4
Э2O7 + H2O = 2HЭO4
ЭO3F + H2O = HЭO4 + HF
Соединения марганца (VII) – сильные окислители. Например, при
соприкосновении с Mn2O7 эфир и спирт воcпламеняются. Возможны
следующие направления восстановления иона MnO
-
в зависимости от
4
среды.
Кислая среда (рН < 7):
Нейтральная и щелочная среда (pH ~ 7):
MnO
Сильнощелочная среда (рН > 7):
-
MnO
+ 8H+ + 5ē = Mn+2 + 4H2O
4
-
+ 2H2O + 3ē = MnO2 + 4OH-
4
-
MnO
+ ē = MnO
4
2-
4
При нагревании оксоманганаты распадаются.
Контрольные вопросы.
1. Опишите кратко историю открытия элементов. Природные
соединения.
2. Приведите основные принципы получения простых веществ.
3. Области применения элементов подгруппы марганца.
. Характеристики атомов d-элементов VII группы, простых
4
веществ, соединений.
5
. Физические и химические свойства простых веществ.
97
6. Свойства соединений d-элементов VII группы с различными
степенями окисления.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №17(А)
НАЗВАНИЕ: «СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ МАРГАНЦА (II)»
Часть 1. Дигидроксид марганца, его получение и свойства.
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, 3 тонкие пипетки, стеклянная палочка.
Реактивы. Раствор сульфата марганца (II) MnSO4, раствор
гидроксида натрия 2M NaOH, раствор серной кислоты 2M H2SO4.
Порядок работы.
1. В ячейку А1, А2, А3 внесите с помощью пипетки по 3-5 капель
раствора сульфата марганца (II).
2. В ячейку А1, А2, А3 внесите с помощью пипетки по 3-4 капли
раствора гидроксида натрия.
. Отметьте окраску полученного осадка.
3
4. Содержимое ячейки А1 перемешайте стеклянной палочкой и
оставьте в поддоне на некоторое время.
5. В ячейку А2 прилейте 2-4 капли 2M раствора серной кислоты.
Наблюдайте изменения, происходящие в ячейке.
6. В ячейку А3 прилейте 2-4 капли 2M раствора гидроксида
натрия. Наблюдайте изменения, происходящие в ячейке.
Часть 2. Восстановительные свойства соединений марганца
(II).
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, 2 тонкие пипетки.
Реактивы. Раствор сульфата марганца (II) MnSO
раствор
4,
гидроксида натрия 2M NaOH, раствор бромной воды Br2.
Порядок работы.
1. В ячейку В1 прилейте пипеткой 2-3 капли раствора сульфата
марганца (II).
2. В ячейку В1 добавьте 2 капли 2М раствора гидроксида натрия.
3. Наблюдайте выпадение осадка.
4. В ячейку В1 прилейте пипеткой 2-3 капли бромной воды.
. Отметьте изменение окраски осадка вследствие образования
5
марганца (IV).
98
Часть 3. Получение некоторых малорастворимых солей
марганца (II).
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, 4 тонкие пипетки, стеклянная палочка.
Реактивы. Раствор сульфата марганца (II) MnSO4, раствора хромата
калия K2CrO4, раствора карбоната натрия Na2CO3, раствор сульфида
натрия Na2S, раствор серной кислоты 2M H2SO4.
Порядок работы.
1. В ячейки С1, С2, С3 прилейте по 3-4 капли раствора сульфата
марганца (II).
2. В ячейку С1 добавьте 3-4 капли раствора хромата калия.
3. В ячейку С2 добавьте 3-4 капли раствора карбоната натрия.
4. В ячейку С3 добавьте 3-4 капли раствора сульфида натрия.
5. Отметьте окраску образующихся осадков.
. Содержимое ячейки С3 аккуратно перемешайте стеклянной
6
палочкой. Наблюдайте изменение окраски осадка.
7. Добавьте пипеткой 3-4 капли 2М раствора серной кислоты.
8. Сделайте вывод о растворимости полученных солей марганца
(II) в кислой среде.
9. После проделанных опытов тщательно промойте поддон водой.
Вопросы.
В.1 Какие химические превращения происходят в каждой ячейке.
Напишите уравнения реакций.
В.2 Как изменилась окраска осадка в ячейке А1 при
перемешивании стеклянной палочкой?
В.3 Какие реакции происходят в ячейке В1. Напишите реакцию
получения гидроксида марганца.
В.4 Напишите реакцию взаимодействия гидроксида марганца (II) с
бромной водой. Какой из участников реакции является окислителем, а
какой – восстановителем?
В.5 Напишите уравнения реакций получения хромата, карбоната и
сульфида марганца (II), протекающие в ячейках С1, С2, С3.
В.6 Напишите реакцию взаимодействия осадка сульфида марганца
в ячейке С3 (после перемешивания палочкой) с кислородом воздуха в
присутствии воды, при этом осадок меняет окраску (образование
гидроксида марганца (IV)).
99
В.7 Объясните появление характерного запаха в процессе
перемешивания осадка сульфида марганца в ячейке С3.
В.8 Поясните механизм реакций растворения хромата, карбоната и
сульфида марганца (II) в кислоте.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №17(Б)
НАЗВАНИЕ: «ОКИСЛИТЕЛЬНЫЕ СВОЙСТВА СОЕДИНЕНИЙ
МАРГАНЦА (VII)»
Часть 1. Восстановление оксоманганата (VII) калия сульфитом
натрия при различных значениях pH среды.
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, 4 тонкие пипетки, микрошпатель,
стеклянная палочка.
Реактивы.
Раствор оксоманганата (VII) калия KMnO
, раствор
4
серной кислоты 1М H2SO4, раствор гидроксида натрия 2M NaOH,
порошок сульфита натрия Na2SO3.
Порядок работы.
1. В ячейки А12, А11, А10 внесите пипеткой по 3-5 капель
раствора оксоманганата (VII) калия.
2. В ячейку А12 добавьте 2-4 капли 1М раствора серной кислоты.
3. В ячейку А11 добавьте 2-4 капли воды.
4. В ячейку А10 добавьте 2-4 капли 2М раствора щелочи.
5. В ячейки А12, А 11, А10 внесите по 1 микрошпателю
кристаллического сульфита натрия.
6. Перемешайте стеклянной палочкой и наблюдайте изменение
окраски раствора.
Часть 2. Окисление оксоманганатом (VII) калия сульфита
марганца.
Подготовка к работе.
Оборудование. Поддон, 2 тонкие пипетки, индикаторная бумага.
Реактивы. Раствор оксоманганата (VII) калия KMnO
раствор
4,
сульфата марганца MnSO4.
Порядок работы.
1. В ячейку В12 внесите пипеткой 3-5 капель раствора
оксоманганата (VII) калия.
. В ячейку В12 добавьте 3-5 капель раствора сульфата марганца.
2
3
. Отметьте обесцвечивание раствора и образование бурого осадка.
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]