Получение марганца
Алюминотермическим методом, восстанавливая оксид Mn2O3, образующийся при прокаливании пиролюзита:
Химические свойства
При окислении на воздухе пассивируется. Порошкообразный марганец сгорает в кислороде:
Марганец при нагревании разлагает воду, вытесняя водород:
При этом слой образующегося гидроксида марганца замедляет реакцию.
Марганец поглощает водород, с повышением температуры его растворимость в марганце увеличивается. При температуре выше 1200 °C взаимодействует с азотом, образуя различные по составу нитриды.
Углерод реагирует с расплавленным марганцем, образуя карбиды Mn3C и другие. Образует также силициды, бориды, фосфиды.
C соляной и серной кислотами реагирует по уравнению:
С концентрированной серной кислотой реакция идёт по уравнению:
С разбавленной азотной кислотой реакция идёт по уравнению:
В щелочном растворе марганец устойчив.
Оксиды и гидроксида марганца
| Оксиды | MnO | Mn2O3 | MnO2 | (MnO3) | Mn2O7 |
| Свойства | ярко выраженные основные | основные | амфотерные | кислотные | Сильно кислотные |
| Гидроксиды | Mn(OH)2 | Mn(OH)3 | Mn(OH)4 H2MnO3 | H2MnO4 | HMnO4 |
| Свойства | ярко выраженные основные | основные | амфотерные | кислотные | сильно кислотные |
| Названия | гидроксид марганца (II); солиMn(II) | гидроксид марганца (III); солиMn(III) | гидроксид марганца (IV); манганаты(IV) | Марганцевая (VI) кислота; манганаты(VI) | марганцевая (VII)кислота;перманганаты |
Оксиды и гидроксиды марганца
Соединения марганца (II). Оксид и гидроксид марганца (II) проявляют только основные свойства. Они нерастворимы в воде, но легко растворяются в кислотах с образованием солей двухвалентного марганца.
|
|
Большинство солей двухвалентного марганца хорошо растворимы в воде и подвергаются гидролизу по катиону. К труднорастворимым солям относятся средние соли – сульфид, фосфат и карбонат.
В кристаллическом состоянии соли марганца (II) имеют слабо розовую окраску, в водных растворах – практически бесцветны.
Гидроксид двухвалентного марганца образуется косвенным путём – действием щёлочи на растворы солей. В момент образования образуется белый осадок (чаще наблюдаемый как телесный), который на воздухе постепенно буреет под действием кислорода воздуха:
2Mn(OH)2(т) + 2Н2О(ж)+ О2(г)→ 2Mn(OH)4(т). 3MnSO4(в)+2KClO3(в)+12KOH(в)→3K2MnO4(в)+2KCl(в)+ 3K2SO4(в)+ 6H2O(ж)
2MnSO4(в)+5PbO2(т)+6HNO3(в)→2HMnO4(в)+3Pb(NO3)2(в)+2PbSO4(в)+2H2O(ж).
Оксид марганца (II) MnO — твердое вещество зеленого цвета — можно получить восстановлением оксида марганца (IV) в токе водорода:
MnO2+Н2=MnO+Н2О
MnO — типичный основной оксид, с водой в реакцию не вступает. Ему соответствует гидроксид марганца (II), Mn(ОН)2, представляющий собой слабое основание. В виде осадка телесного цвета выпадает при взаимодействии щелочей с солями марганца (II):
MnСl2+2NaOH=Mn(OH)2¯+2NaCl
Mn(OH)2+2HCl=MnСl2+2H2O
Соли марганца (II), как правило, хорошо растворимы в воде, кроме Mn3(PO4)2, MnS, MnCO3.
Соединения марганца (III). Соли трёхвалентного марганца окрашены в тёмный цвет и склонны к образованию комплексных солей (ацидокомплексов ). Все соли марганца (III) малоустойчивы. В кислом растворе они легко восстанавливаются до солей марганца (II). В нейтральном растворе простые соли легко гидролизуются с образованием гидроксида Mn(III), который быстро переходит на воздухе в гидроксид марганца (IV). Гидроксид марганца (III) – Mn2O3 ּ Н2О или MnО(OH) встречается в природе в виде минерала манганита (бурая марганцевая руда).
|
|
Получение
• В природе встречаются минералы браунит, курнакит и биксбиит — оксид марганца с различными примесями.
• Окисление оксида марганца(II): 
• Восстановление оксида марганца(IV): 
Соединения марганца (IV). Оксид Mn(IV) наиболее устойчивое при обычных условиях кислородное соединение марганца. MnO2 и соответствующий ему гидроксид практически нерастворимы в воде.
Получение оксида марганца 4:
· В лабораторных условиях получают термическим разложением перманганата калия.
4KMnO4→4MnO2+2K2O+3O2↑
· но реакция, в действительности, следует по уравнению:
2KMnO4→MnO2+K2MnO4+O2↑
· Также можно получить реакцией перманганата калия с пероксидом водорода.
2KMnO4+H2O2→2KOH+2MnO2+2O2
· При температуре выше 100 °C перманганат калия восстанавливается водородом:
2KMnO4+2H2→K2MnO4+MnO2+2H2O
Химические свойства
1)При сплавлении оксида марганца (IV) (пиролюзит) со щелочами в присутствии кислорода образуются манганаты:
2) Хлорид марганца(II) – в безводном состоянии представляет собой листочки светло-розового света и получается при обработке марганца, его оксида или карбоната сухим хлороводородом
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O (по этой реакции в лабораториях получают хлор)
MnCO3 + 2HCl = MnCl2 + CO2 + H2O
3) MnO2 + KClO3 + 6KOH = 3K2MnO4 + KCl + 3H2O (реакция идет при сплавлении)
4) 2MnO2 + 2H2SO4 = 2MnSO4 + O2 + 2H2O.
Гидроксид марганца (IV) проявляет амфотерный характер – кислотный и основной в равн Диоксид марганца в лаборатории можно получить прокаливанием на воздухе Mn(NO3)2:
Mn(NO3)2 = MnO2 + 2NO2
|
|
Соединения марганца (VI). Оксид шестивалентного марганца в свободном виде не выделен. Гидроксид марганца (VI) проявляет кислотный характер. свободная марганцевая (VI) кислота неустойчива и диспропорционирует в водном растворе по схеме:
3H2MnO4(в) → 2HMnO4(в) + MnO2(т) + 2H2O(ж).
Манганаты (VI) образуются при сплавлении диоксида марганца со щёлочью в присутствии окислителей и имеют изумрудно-зелёную окраску. В сильно щелочной среде манганаты (VI) довольно устойчивы. При разбавлении щелочных растворов происходит гидролиз, сопровождающийся диспропорционированием:
3К2MnO4(в) + 2H2O(ж) → 2КMnO4(в) + MnO2(т) + 4КOH(в).
Манганаты (VI) – сильные окислители, восстанавливающиеся в кислой среде до Mn(II), а в нейтральной и щелочной средах – до MnO2. Под действием сильных окислителей манганаты (VI) могут быть окислены до Mn(VII):
2К2MnO4(в) + Cl2(г) → 2КMnO4(в) + 2КCl(в).
При нагревании выше 500 оС манганат (VI) распадается на продукты:
манганат (IV) и кислород:
2К2MnO4(т) → К2MnO3(т) + О2(г).
Соединения марганца (VII). Оксид марганца (VII) – Mn2O7 выделяется в виде темно-зеленой маслянистой жидкости при действии концентрированной серной кислоты на перманганат калия:
2KMnO4(т) + H2SO4(к) = K2SO4(в) + Mn2O7(ж) + H2O(ж).
Оксид марганца (VII) устойчив до 10оС и разлагается со взрывом по схеме:
Mn2O7(ж) →2MnO2(т) + О3(г).
При взаимодействии Mn2O7 с водой образуется марганцовая кислота HMnO4, которая имеет фиолетово-красную окраску:
Mn2O7(ж) + H2O(ж) = 2HMnO4(в) (только в виде ионов MnO4– и Н+).
Безводную марганцовую кислоту получить не удалось, в растворе она устойчива до концентрации 20 %. Это очень сильная кислота, кажущаяся степень диссоциации в растворе концентрации 0,1 моль/дм3равна 93 %.
Марганцовая кислота – сильный окислитель. Еще энергичнее взаимодействует Mn2O7, горючие вещества при соприкосновении с ним воспламеняются. Оксид марганца(VII) Mn2O7 – марганцевый ангидрид представляет собой зелено-бурое тяжелое масло, получающееся при действии концентрированной серной кислоты на твердый перманганат калия:
2KMnO4 + H2SO4 = Mn2O7 + K2SO4 + H2O
Соли марганца
1)Раствор манганата имеет тёмно-зелёный цвет. При подкислении протекает реакция:
2) При прокаливании перманганаты разлагаются с выделением кислорода (один из лабораторных способов получения чистого кислорода). Реакция идёт по уравнению (на примере перманганата калия):
3) Под действием сильных окислителей ион Mn2+ переходит в ион MnO4−:
4) Перманганат калия применяется как антисептическое средство. Водные растворы его различной концентрации от 0,01 до 0,5% применяются для дезинфекции ран, полоскания горла и других антивоспалительных процедурах. Успешно 2 – 5% растворы перманганата калия употребляются при ожогах кожи (кожа подсушивается, и пузырь не образуется). Для живых организмов перманганаты являются ядами (вызывают коагуляцию белков). Их обезвреживание производят 3 %-ным раствором Н2О2, подкисленным уксусной кислотой:
2KMnO4+5Н2О2+6СН3СООН→2Mn(СН3СОО)2+2СН3СООК +8Н2О+ 5O2
5)Перманганаты как в кислой, так и в щелочной средах окисляют органические вещества:
· 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5C2H5OH → 2MnSO4 + K2SO4 + 5CH3COH + 8H2O
· 4KMnO4 + 2NaOH + C2H5OH → MnO2↓ + 3CH3COH + 2K2MnO4 +Na2MnO4 + 4H2O
6) MnSO4 + 2NaOH → Mn(OH)2↓ + Na2SO4
7) Все соли марганца (II) в ОВР, протекающих в растворах, являются восстановителями:
3Mn(NO3)2 + 2KMnO4 + 2H2O → 5MnO2 + 4HNO3 + 2KNO3
8) Соли марганца (II) не гидролизуются, образуя прочные аквакомплексы:
Mn2+ + 6H2O → [Mn(H2O)6]2+
MnCl2 + 6H2O → [Mn(H2O)6]Cl2
9) Mn(CN)2 – нерастворимое соединение белого цвета, за счет комплексообразования растворяется в присутствии KCN:
4KCN + Mn(CN)2 = K4[Mn(CN)6] гексоцианоманганат калия
Аналогично:
4KF + MnF2 = K4[MnF6]
2KCl + MnCl2 = K2[MnCl4]
Применение цветов:
