Федеральное агентство по образованию РФ.
Владимирский государственный университет.
Кафедра Химии.
Лабораторная работа№ 21.
МАРГАНЕЦ.
Выполнил:
Ст.гр Хб – 109.
Леденёв С.А.
Проверил:
Проф. Орлин Н.А.
Владимир 2010.
Теоретическая часть.
В компактном состоянии марганец имеет светло-серый цвет; парамагнитен и тугоплавок. Наиболее характерные значения степени окисления марганца в его соединениях +2, +4, +6, +7. Склонность соединений марганца к разнообразным взаимопревращениям предопределяет их ярко выраженные окислительно-восстановительные свойства. Марганец легко окисляется кислородом воздуха, однако образующаяся при этом оксидная пленка препятствует дальнейшему окислению металла. В порошкообразном состоянии и при нагревании марганец довольно легко окисляется серой и галогенами.
Mn + O2 = MnO2
Mn + Cl2 = MnCl2
В порошкообразном виде при нагревании марганец разлагает воду:
Mn + H2O = MnO + H2
Соединения марганца.
Марганец образует ряд оксидов; повышение степени окисления марганца в них сопровождается ослаблением основных свойств и усилением кислотных свойств. Так оксиды марганца (II) MnO и оксид марганца (III) Mn2O3 имеют основной характер; диоксид марганца MnO2 обладает амфотерными свойствами; высшие оксиды марганца – MnO3 (в свободном состоянии не получен) и Mn2O7 – ангидриды марганцовистой H2MnO4 и марганцевой HMnO4 кислот.
Гидроксид марганца (II) образуется в виде бледно-розового осадка при действии щелочи на раствор соли марганца (II):
MnSO4 + 2NaOH = Mn(OH)2↓ + Na2SO4
На воздухе Mn(OH)2 окисляется, превращаясь в гидроксид марганца (IV) Mn(OH)4 бурого цвета:
2Mn(OH)2 + O2 + 2H2O = 2Mn(OH)4
Mn(OH)4 проявляет амфотерные свойства; молекула этого гидроксида легко теряет воду с образованием марганцовистой кислоты:
H4MnO4 = H2MnO3 + H2O
Диоксид марганца MnO2 – черно-бурое твердое вещество. По химической природе диоксид марганца амфотерен. При сплавлении со щелочами или основными оксида MnO2 играет роль кислотного оксида:
MnO2 + CaO = CaMnO3
При нагревании с кислотами МnO2 не образует аквакомплексы, а проявляет окислительные свойства:
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Однако взаимодействуя с сильными окислителями, диоксид марганца проявляет свойства восстановителя:
MnO2 + KNO3 + K2CO3 = K2MnO4 + KNO2 + CO2↑
Манганаты и их растворы окрашены в зеленый цвет. Сама кислота неустойчива и может существовать только в водных растворах:
3H2MnO4 = MnO2↓ + 2HMnO4 + 2H2O
Сильные окислители окисляют манганаты в перманганаты – соли марганцовой кислоты.
2K2MnO4 + Cl2 = 2KMnO4 + 2KCl
Марганцевая кислота является сильной кислотой, но существует только в водном растворе.
При прокаливании соли марганцевой кислоты разлагаются с образованием диоксида марганца, манганата и кислорода:
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2
При действии концентрированной серной кислоты на перманганат калия образуется марганцевый ангидрид Mn2O7:
2KMnO4 + H2SO4 = K2SO4 + Mn2O7 + H2O
Марганцевый ангидрид – тяжелая маслообразная жидкость темно-зеленого цвета; при нагревании и действии восстановителей разлагается со взрывом.
2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2↑
Выполнение работы.
Цель работы: изучить основные свойства Марганца.
Приборы и реактивы. Фарфоровый тигель, стеклянная полочка, фильтровальная бумага. Едкий натр, нитрит калия(натрия). Перманганат калия, сульфит натрия, висмутат натрия, оксид марганца (II), судьфат марганца (II), сульфат железа (II), лакмусовая бумага, сероводородная вода. Растворы: едкого натра 2н., соляной кислоты2н., серной кислоты 2н.. азотной кислоты 2н., сульфида аммония 0,5н.,иодида калия 0,1н., пероксида водорода 10%-ный, гексацианноферата (II) калия 0,1н., перманганата калия 0,5 н.
Опыт № 1.
Получение гидроксида марганца (II) и его окисление.
В пробирку налили раствор соли марганца и прилили 5-6 капель раствора едкого натрия. Выпал белый осадок гидроксида марганца. В пробирку добавили бромной воды. Выпал черный осадок оксида марганца (IV).
MnSO4+2NaOH=Mn(OH)2+Na2SO4
MnO+Br2+H2O=MnO2+2HBr
Опыт №2.
Оксид марганца (IV), его получение и свойства.
В три пробирки налили по 3-5 капель раствора соли марганца (II) и по 3-4 капли 2 н. раствора щелочи. Выпал белый осадок гидроксида марганца.
MnSO4+2NaOH=Mn(OH)2+Na2SO4
В одной пробирке осадок перемешали стеклянной палочкой и оставили стоять на некоторое время. Во вторую прилили 2 н. раствора соляной кислоты, в третью – 2 н. раствора щелочи. В обеих пробирках осадок растворился. Следовательно оксид марганца (IV) обладает амфотерными свойствами. В первой пробирке осадок стал бурого цвета.
Mn(OH)2+2HCl=MnCl2+2H2O
Mn(OH)2+4KOH=K4[Mn(OH)6]
Mn(OH)2+O2+H2O=2Mn(OH)4
Опыт № 3.
Действие на соли марганца (II)
сульфида аммония и сероводорода
В две пробирки налить по 3 - 5 капель раствора соли марганца (II). В одну из пробирок добавить 3-5 капель раствора сульфида аммония или натрия, в другую - столько же сероводородной воды
MnSO4 + Na2S = MnS + Na2SO4
Осадок тёмного цвета.
MnSO4 + H2S = MnS + H2SO4
Осадок сульфида марганца (II) размешать стеклянной палочкой: он буреет вследствие окисления кислородом воздуха.
MnS + 2H2O +O2 = Mn(OH)4 + S
Опыт № 4
Восстановительные свойства
соединений марганца (II)
а) Взаимодействие с пероксидом водорода в щелочной среде.
К раствору соли марганца (II) (3-5 капель ) добавить 2-3 капли раствора ще лочи и 3 - 4 капли 10 % - ного раствора пероксида водорода. Смесь нагреть до прекращения выделения кислорода вследствие полного разложения избытка пероксида водорода.
MnSO4+2NaOH + H2O2 = H2MnO3 + Na2SO4 + 2H2O
2H2O2 = 2H2O +O2
б) Взаимодействие с висмутатом натрия в кислой среде.
Раствор соли марганца (II) (1-2 капли) подкислить 2 н. раствором азотной кислоты (5 - 6 капель) и прибавить 1 - 2 микрошпателя висмутата натрия . Пробирку встряхнуть и поставить в штатив. Через некоторое время наблюдаю по явление в растворе фиолетовой окраски.
MnSO4 + NaBiO3 + HNO3 = HMnO4 + NaNO3 +H2O +BiNO3 + ?
Эта реакция служит для обнаружения иона марганца (II).
Опыт №6.
Восстановительные свойства перманганата калия.
-
Восстановление перманганата калия сульфитом натрия в различных средах.
В 3 пробирки налили по 3-5 капель перманганата калия. В одну добавили 2-4 капли серной кислоты, в другую столько же воды, в третью столько же щелочи. Во все пробирки насыпали 2-3 микрошпателя сульфита натрия. Окраска растворов менялась.
2KMnO4 + 5Na2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + K2SO4 + 5Na2SO4 + 3H2O – бесцветный
2KMnO4 + 3Na2SO3 + H2O = 2MnO2 + 3Na2SO4 + 2KOH – коричневый
2KMnO4 + Na2SO3 + 2NaOH = 2Na2MnO4 + K2SO4 + H2O – зеленый
-
Восстановление перманганата калия йодидом калия в различных средах.
В 3 пробирках приготовили растворы перманганата калия: в 1 – подкисленный, во 2 – нейтральный, в 3 – щелочной. В каждую добавили по 2-5 капель раствора йодида калия.
2KMnO4 + KI + H2O = 2MnO2 + 8KOH + 3I2 – коричневый
2KMnO4 + 10KI + 8H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 5I2 + 8H2O – красно-оранжевый
6KMnO4 + KI + 6KOH = KIO3 + 6K2MnO4 + 3H2O – зеленый
-
Окисление перманганатом калия сульфита марганца (II).
К раствору перманганата калия (3-5 капель) добавили столько же раствора соли марганца. Раствор обесцветился и образовался бурый осадок.
2KMnO4 + MnSO4 + 6H2O = 3Mn(OH)4 + K2SO4 + O2
-
Окисление перманганата калия пероксидом водорода.
Приготовили подкисленный серной кислотой раствор перманганата калия и добавили к нему пероксид водорода. Наблюдали выделение кислорода.
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4= 2MnSO4 + K2SO4 + 5O2 + 8H2O
Вывод: мы изучили основные свойства Марганца.