Название: Свойства элементов и их соединений (В.Т.Письменко, Л.В.Петрова, Е.С.Гиматова, ДН.Калюкова)

Жанр: Энергетический

Просмотров: 850


Лабораторная работа № 5 марганец, его свойства и соединения

 

Марганец и его аналоги (технеций и рений) относятся к d-эле-ментам VII группы Периодической системы(Рис.8). По сравнению с d-элементами других групп они обладают пониженной химической активностью. На воздухе они покрываются пассивирующими оксидными пленками, поэтому их используют как легирующие компоненты в сплавах.

Химические свойства марганца в значительной степени зависят от его чистоты, даже небольшое количество примесей существенно меняет его реакционную способность. Химическая реакционная способность марганца может быть представлена следующими схемами: (см. Рис .9,10). Рнс9.

Н20-* Мп(ОН)2 + Н2 02 -* МпО, Мп203, Мп02, Мп304

F2    MnF2, MnF3 -Cb, Вг2 -> MnCl2, MnBr2

нагревание

            ►

Ми

HCI, HBr -> MnCI2, MnBr2

S, N, P, С ~* MnS, MnS2, Mn6N2, MnP2, MnP, MnC

NH3 — Mn3N2 CO, C02 -> MnO CO + H2->MnO + Mn3C 1_Раз6. HCI, H2S04, HN03 -+ MnCl2, MnS04, Mn(N03>2

Конц. H2S04 -* MnS04 + SO2 -Конц. HNO3-* Mn(N03)2 + N02

KCI03 + KOH -> KMn04

KNO3 + KOH — K2Mn04 Экспериментальная часть

Цель работы: Изучите химические свойства марганца и его соединений. Установите зависимость окислительно-восстановительных свойств соединений марганца от степени его окисления.

Рис.10.           

Основные свойства Восстановительная способность

 

Амфотерные свойства, окислительно-восстановительная двойственность

Марганец (IV) Марганец (VII)

Кислотные свойства, окислительная способность

Задание!. Качественные решил на обнаружение ионов MnffIL Опыт 1. Взаимодействие солей марганца (II) со щелочами. При действии щелочей на растворы солей марганца (II) образуется белый осадок:

Мп2+ + ЮН = Мп(ОН)г I

На воздухе осадок буреет, так как происходит его окисление с образованием неустойчивой марганцоватистой кислоты, которая быстро разлагается:

2Мн(ОНЬ + 02 = гНгМнОз

 

2Мн02 Н20 бурый осадок

Образование марганцоватистой кислоты и ее разложение происходит быстрее в присутствии окислителей (НгО\% Вг?).

Налейте в пробирку 2-3 капли соли марганца (II) и прибавьте такое же количество раствора гидроксида натрия. Выпавший осадок разделите на две пробирки. Одну пробирку оставьте стоять на воздухе, во вторую прилейте 2-3 капли бромной воды. Что наблюдается? Опыт 2. Действие карбонат - иона (СО,2!. При действии карбонатов щелочных металлов на растворы солей марганца (II) выделяется белый осадок смеси карбоната марганца (II) и основных солей переменного состава:

Mn2+ + COf = МпСОз | Карбонат марганца при кипячении на воздухе частично переходит в марганцоватистую кислоту и затем оксид марганца (IV):

МпСОз + Н20 + УгОг = Н2МпОэ + COit НгМпО* = Мп02|+ Н20

К 2-3 каплям раствора соли марганца (II) добавьте несколько капель раствора соды. Выпавший осадок нагрейте на водяной бане. Что наблюдается?

Опыт 3. Образование окрашенных перманганат- ионов.

При окислении ионов марганца (II) в кислой среде сильным окислителем образуются ионы МпО+, окрашивающие раствор в малиново-фиолетовый цвет.

Поместите в пробирку 2-3 микрошпателя РЬ02 или РЬ304 и добавьте 5-6 капель раствора концентрированной азотной кислоты и затем 1-2 капли раствора соли марганца (II) (сульфата или нитрата). Содержимое пробирки нагрейте до кипения. Появление малиновой окраски свидетельствует о присутствии в растворе марганцевой кислоты: 2Mn2+ + 5РЬ02 + 4Н* = 2Мп04 + 5РЬ2+ + 2Н20

или

2Mb** + 5РЬз04 + 24Н* = 2МпО* + 15РЬ2+ + 12Н20

 

Задание 2. Взаимодействие марганца с кислотами.

Опыт 1.В три пробирки внесите по 3-4 капли кислот: в одну -разбавленной соляной, во вторую - разбавленной азотной, в третью -концентрированной серной. В каждую пробирку опустите по маленькому кусочку (или порошка) марганца. Что наблюдаете? Какие газы выделяются? Будет ли растворяться марганец в разбавленной серной кислоте? Проверьте на опыте.

 

Задание 3. Получение и свойства некоторых соединений

марганца.

Опыт 1. Восстановление соли марганца (II) алюминием.

Налейте в пробирку 5-8 капель раствора соли марганца (II) и опустите в нее кусочек алюминиевой фольги (5 х 30 мм). Что наблюдаете?

Опыт 2. Получение гидроксида марганца (II) и его свойства.

В три пробирки внесите по 3-5 капель раствора любой соли марганца (II) и по 3-4 капли раствора гидроксида натрия. В одной из пробирок размешайте осадок стеклянной палочкой и оставьте стоять на воздухе. В другую пробирку прилейте 2-4 капли раствора соляной кислоты, а в третью - 2-4 капли раствора щелочи. Что наблюдаете в каждом случае?

Опыт 3. Получение малорастворимых солей марганца (II).

В три пробирки внесите по 3-4 капли раствора соли марганца(И). В одну из пробирок добавьте такой же объем раствора хромата калия, в другую - карбоната натрия, в третью - сульфида натрия (аммония). Отметьте цвет осадков. Раствор с осадком сульфида марганца размешайте стеклянной палочкой. Как изменяется цвет осадка? Добавьте к каждому осадку 2-4 капли раствора любой кислоты. Что наблюдаете?

 

Задание 4. Окислительно - восстановительные свойства

соединений Mnfll) и MnttV). Опыт 1. Восстановительные свойства соединенй

марганца (II).

К раствору соли марганца (II) добавьте 2-3 капли раствора щелочи и 3-4 капли раствора пероксида водорода с массовой долей 10\% (или 5-6 капель бромной воды). Смесь нагрейте до прекращения выделения кислородавследствие полного разложения избытка перекиси водорода. Что наблюдаете? Напишите уравнение реакции.

Опыт 2. Окислительные свойства оксида марганца (IV),

а)         В пробирку налейте 3-4 капли концентрированной соляной ки-

слоты и добавьте микрошпатель оксида марганца (IV) (Тяга). Слегка

подогрейте содержимое пробирки и по цвету, и по запаху определите

выделяющийся газ.Напишите уравнение реакции с коэффициентами.

б)         К полученному в Опыте 1 Задания 4 осадку прилейте 5-6 капель

раствора серной кислоты (до кислой среды) и 3-4 капли свежеприго-

товленного раствора сульфата железа (II) (или несколько сухих кри-

сталликов этой соли). Что наблюдаете? Почему растворяется оса-

док?Напишите уравнение реакции с коэффициентами.

Какой вывод можно сделать об окислительно-восстановительной способности Мп02?

 

Задание 5. Окислительные свойства соединений Mn(VIIh Опыт 1. Влияние рН среды на характер восстановления

перманганата.

В три пробирки внесите по 3-4 капли раствора перманганата калия. В одну пробирку добавьте 2 капли раствора серной кислоты, в другую - столько же воды, в третью - 3-4 капли раствора щелочи. Во все три пробирки прибавьте несколько кристалликов сульфита натрия (нитрита натрия). Отметьте различное изменение начальной окраски раствора.

 

 

Окислитель

Среда

Степень окисления

Продукты

восстановления

Mn04

Кислая

Мп+2

Мп2+ - бесцветный раствор

Нейтральная

Мп44

Мп02^ - бурый осадок

Щелочная

Мп46

Мп042" - зеленый раствор манганата

 

Опыт 2. Окисление перманганатом калия марганца (II).

К 3-4 каплям раствора перманганата калия добавьте столько же капель раствора соли марганца (II). Что наблюдаете? С помощью лакмусовой бумажки определите характер среды в пробирке.

Опыт 3. Окисление перманганатом калия йодида калия. В пробирку внесите 3-4 капли раствора перманганата калия, 2-3 капли раствора серной кислоты и по каплям добавляйте раствор йодида калия до обесцвечивания раствора. Для подтверждения выделения свободного йода в пробирку с 8-10 каплями раствора крахмала добавьте каплю полученного раствора

Опыт 4. Окисление перманганатом калия спирта

в кислой и щелочной среде.

В две пробирки внесите по 2-3 капли раствора перманганата калия. В одну пробирку добавьте две капли раствора серной кислоты, а в другую - 3-4 капли раствора щелочи. В обе пробирки добавьте по 3 капли этилового спирта. Пробирку с подкисленным раствором слегка подогрейте. Как изменился цвет раствора и степень окисления марганца? В пробирке со щелочным раствором перманганата калия происходит постепенное восстановление перманганата сначала до манганата калия, а затем диоксида марганца Какие изменения происходят в растворе? Учтите, что спирт во всех случаях окисляется до альдегида (СНзСНО).

Контрольные вопросы и задачи

 

I.Напишите электронные формулы атомов марганца и его аналогов. Укажите сходство и различие в строении атомов VII А и VII В подгрупп на примере хлора и марганца

2.Чем объясняется устойчивость марганца на воздухе и в воде?

З.Как изменяются кислотно-основные свойства оксидов в ряду: МпО-ШпгОз +МпОг+МпОз-+Мп207 ?

4.В каких кислотах растворяется марганец? Рений? Напишите уравнения реакций.

5.В какой степени окисления марганец проявляет только окислительные свойства? Напишите электронную формулу марганца в этой степени окисления и приведите реакцию, подтверждающую эти свойства.

6.         К раствору сульфата марганца (II) добавлены;

а)         гидроксид натрия;

б)         сульфид аммония;

в)         перманганат калия.

Что получится в каждом случае? Напишите уравнения реакций.

Составьте уравнения реакций конкретных веществ (с учетом реакции среды) по схеме:

Расставьте коэффициенты, пользуясь методом электронного баланса, определите окислитель и восстановитель в следующих реакциях:

а)         КМп04 + НгОг + HCl-»MnCl2 +КС1 + Ог + НгО ,

б)         МпОг + КООз + КОН-+ КО + К2Мп04 + НгО ,

в)         FeS04 + КМпв4 + HzS04-+ Fe1(S04)i + MnS04+ KzS04 + Н20,

г)         KJ + МпОг + HzS04-+J2 + MnSOA + K*S04 + Я20,

д)         NaN02 +КМп04 + HCl-+NaNOs + МпС/2 + АТС/ + Н20,

е)         ЖМл04 + NaSth + HzS04-+MnS04 + Afo^tf* + Яг504 +Я20

Какой объем газа (при н.у.) выделится при нагревании 15 г марганца в концентрированной серной кислоте?

10.       Какую массу оксида марганца (IV) необходимо взять, чтобы

получить 112 л хлора (н.у.) при взаимодействии с раствором соляной

кислоты?