Экспериментальная часть Лабораторная работа № 11

Соединения марганца в степени окисления +2 неустойчивы и легко под влиянием окислителей переходят в более устойчивые образования.

Опыт 1. К раствору MnSO₄ прилейте небольшое количество 2н. раствора NaOH или KOH. Образовавшийся осадок вместе с раствором перемешайте и разделите на две пробирки. Одну из них поставьте в штатив и наблюдайте постепенное изменение цвета раствора, вследствие образования марганцовистой кислоты H₂MnO₃ под действием атмосферного кислорода

2Mn(OH)₂ + O₂ = 2H₂MnO₃ = 2MnO₂ + 2H₂O

В другую пробирку прилейте для ускорения окисления несколько капель бромной воды. Напишите уравнение реакции окисления гидрата закиси марганца бромной водой, пользуясь ионно-электронной схемой. Убедитесь, что H₂MnO₃ проявляет окислительные свойства, для чего проведите следующий опыт.

Опыт 2. В пробирку с осадком, полученным в опыте 1 после окисления бромной водой, прилейте 2н. растворы H₂SO₄ и FeSO₄. Схема реакции:

MnO₂ + Fe²⁺  Mn²⁺ + Fe³⁺

Напишите полное уравнение реакции. Пользуясь величиной окислительных потенциалов, подтвердите возможность этой реакции. Сделайте вывод о свойствах соединений марганца со степенью окисления +2 и +4, подтверждая их выполненными опытами. Проделайте еще один опыт, связанный с окислением марганца со степенью +2 до +7.

Опыт 3. В пробирку возьмите раствор сульфата марганца, добавьте туда раствор персульфата аммония (NН₄)₂S₂О₈, небольшое количество 2н. раствора серной кислоты, несколько капель раствора АgNО₃ (для ускорения реакции) и нагрейте на водяной бане. Наблюдайте красно-фиолетовую окраску раствора.

Схема реакции: Мn²⁺ + S₂О₈^2-  МnО₄^- + 2SО₄^2-

Напишите молекулярное уравнение реакции.

Опыт 4. Получение и свойства манганата (ТЯГА!).

В соответствии с электронной структурой атома, соединения марганца в степени окисления +6 менее устойчивы, чем в степени окисления +7. Поэтому манганаты, как неустойчивые соединения, синтезируют непосредственно перед проведением опыта.

а) В тигель (железный) поместите 0.5 г хлората калия, 1г твердого гидроксида калия, последний брать щипцами. Смесь осторожно расплавьте на пламени горелки. Затем внесите 1г МnО₂ и продолжайте нагревание, помешивая расплав железной проволокой, до появления зеленого окрашивания. По охлаждении расплава растворите его в 8-10 мл воды. Напишите уравнение этой реакции, пользуясь методом электронно-ионного баланса.

б) Полученный в опыте 4а) зеленый раствор разлейте в три пробирки. В первую прибавьте несколько капель хлорной воды, во вторую – несколько капель раствора сернистой кислоты, а в третью – 2н. раствора серной кислоты до изменения цвета раствора во всех случаях. Напишите соответствующие уравнения реакций и подберите к ним коэффициенты, пользуясь следующими электронно-ионными схемами:

а) МnО₄^2- + Сl₂  МnО₄^- + 2Сl^-

б) МnО₄^2- + SО₃^2-  Мn²⁺ + SО₄^2-

в) МnО₄^2-  МnО₂ + МnО₄^- + Н₂О

Отметьте, какие свойства (восстановителя или окислителя) проявляет манганат в реакциях а) и б). Обратите внимание на то, что в реакции в) один ион MnO₄^2- - окислитель, а другой ион MnO₄^2- - восстановитель. Это - реакция самоокисления - самовосстановления или диспропорционирования.

Опыт 5. Окислительные свойства перманганата.

Все соединения, в которых марганец находится в высшей степени окисления, являются очень сильными окислителями. Наибольшей окислительной способностью обладает перманганат - ион MnO₄^-. Нормальный окислительный потенциал Е^о системы:

MnO₄^-,8H⁺/Mn²⁺,4H₂O

равен + 1.51В.

а) Налейте в пробирку небольшое количество растворов KМnO₄ и 2н. H₂SO₄, затем прибавьте по каплям раствор FeSO₄ до обесцвечивания перманганата. Напишите уравнение реакции.

б) Восстановителем для перманганат - иона могут быть ионы Mn²⁺. Убедитесь в этом на опыте. Налейте в пробирку растворы KМnO₄ и MnSO₄. Напишите уравнение реакции, пользуясь электронно-ионной схемой: MnO₄^- + Mn²⁺  MnO₂.

в) Продукты восстановления иона MnO₄^- различны и зависят от рН раствора. Так, в кислых растворах при рН в интервале от 1 до 5 ион MnO₄^- восстанавливается до иона Mn²⁺. В нейтральных, слабокислых и слабощелочных растворах, т.е. в интервале рН от 5 до 9, ион MnO₄^- восстанавливается с образованием MnO₂. В сильнощелочных растворах при рН = 9 и более MnO₄^- восстанавливается до MnO₄^2-.

Налейте в три пробирки раствор КМnO₄. В одну из них добавьте такое же количество 2н. раствора H₂SO₄, в другую – воды, в третью – небольшое количество концентрированного раствора NaOH. Во все пробирки прибавьте раствор Na₂SO₃.

Напишите уравнения протекающих реакций и расставьте коэффициенты, пользуясь электронно-ионными схемами. Объясните возможность протекания этих реакций, используя нормальные электродные потенциалы окислительно-восстановительных систем.

Сделайте вывод о свойствах соединений марганца в высших степенях окисления.