Металл, оксиды, кислоты — вся линейка марганца от 0 до +7 в одном месте. ОВР-детали из конспекта 41, здесь — полная картина элемента.
Марганец — переходный металл VIIB группы, электронная конфигурация [Ar]3d54s2. Проявляет степени окисления от +2 до +7 — самый широкий диапазон среди d-элементов школьного курса. Детальный разбор ОВР-поведения KMnO4 по средам — в конспекте 41; здесь мы разбираем элемент и все его соединения системно.
Чем выше степень окисления — тем кислотнее оксид: MnO (+2, оснóвный) → Mn2O3 (+3, оснóвный) → MnO2 (+4, амфотерный) → MnO3 (+6, кислотный) → Mn2O7 (+7, кислотный, сильнейший).
В ряду активности марганец стоит между алюминием и цинком — левее водорода, реагирует с разбавленными кислотами с выделением H2. Это отличает его от более «благородных» соседей по периоду (Fe, Co, Ni), которые ближе к H в ряду.
Свежеосаждённый гидроксид марганца(II) белый, но за секунды-минуты на воздухе буреет за счёт окисления кислородом воздуха до соединений Mn(+4). Это качественный признак присутствия Mn2+ в растворе.
С концентрированной HCl MnO2 выступает окислителем (сам восстанавливается до Mn2+, получают Cl2). А с H2O2 или KClO3 он работает исключительно как катализатор — степень окисления марганца при этом не меняется, MnO2 можно выделить обратно неизменным после реакции.
Реакция манганата K2MnO4 (Mn+6) в кислой среде — классический пример диспропорционирования (самоокисления-самовосстановления): часть атомов марганца окисляется до +7 (перманганат), а другая часть восстанавливается до +4 (MnO2) — один и тот же элемент в одной реакции выступает и окислителем, и восстановителем одновременно, без участия внешнего партнёра. Обратный процесс — конпропорционирование — наблюдается, например, при взаимодействии KMnO4 и MnO2 в щелочной среде, дающем манганат.
Сплав Mn+Fe — раскислитель и легирующая добавка в производстве стали, улучшает твёрдость и износостойкость.
Катодный материал в солевых и щелочных гальванических элементах — окислитель в электрохимической реакции.
Слабый раствор («марганцовка») используют для дезинфекции — сильный окислитель убивает микроорганизмы.
Дано: 31,6 г KMnO4 (M=158 г/моль) нагрели до полного разложения.
n(KMnO4) = 31,6/158 = 0,2 моль. Реакция 2KMnO4→K2MnO4+MnO2+O2↑ (2:1 по O2).
n(O₂) = 0,1 моль → V = 0,1 × 22,4 = 2,24 л (н.у.)
Характер оксида марганца зависит только от того, что это металл.
Решает степень окисления: MnO (+2) — оснóвный, MnO₂ (+4) — амфотерный, Mn₂O₇ (+7) — кислотный, ему отвечает марганцовая кислота HMnO₄.
MnO₂ — всегда только продукт восстановления перманганата.
MnO₂ — самостоятельный окислитель: с конц. HCl даёт хлор (MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O), это лабораторный способ получения хлора. А в реакции с более сильными окислителями он сам становится восстановителем.
Перманганат всегда восстанавливается до Mn2+.
Смотри среду: кислая → Mn2+ (бесцветный), нейтральная → MnO₂↓ (бурый), щелочная → MnO₄2- (зелёный). Одна и та же реакция даёт три разных ответа.
Mn(OH)₂ устойчив на воздухе, как обычный гидроксид.
Белый Mn(OH)₂ быстро буреет на воздухе, окисляясь кислородом до MnO(OH)₂. Та же картина у Fe(OH)₂ — низшие формы d-металлов неустойчивы к кислороду.
Марганец в низшей +2 — только восстановитель, в высшей +7 — только окислитель, в промежуточной +4 (MnO₂) — и то, и другое, смотря по партнёру. Определи степень окисления — и роль станет ясна без запоминания реакций.
Среда кислая → марганец восстанавливается до Mn2+, раствор обесцвечивается (соли Mn2+ почти бесцветны).
2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ → 2MnSO₄ + 5Na₂SO₄ + K₂SO₄ + 3H₂O
Обрати внимание: подкисляют именно серной кислотой. Соляная сама окислилась бы до хлора, азотная — сама окислитель.
Ответь мысленно, потом раскрой карточку.
От оснóвного (MnO, +2) через амфотерный (MnO2, +4) к кислотному (Mn2O7, +7) — общее правило для всех d-элементов.
Кислород воздуха окисляет Mn2+ до соединений Mn+4 (бурого цвета) — качественный признак присутствия иона Mn2+.
С HCl(конц.) MnO2 — окислитель (восстанавливается до Mn2+). С H2O2 MnO2 — только катализатор, степень окисления марганца не меняется.
Реакция, где один и тот же элемент одновременно окисляется и восстанавливается: 3K2MnO4 + 2H2O →(H+) 2KMnO4 + MnO2↓ + 4KOH (Mn+6 → Mn+7 и Mn+4 одновременно).
Термическим разложением: 2KMnO₄ →(t) K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑.
Как раскислитель (связывает растворённый в стали кислород) и легирующую добавку, повышающую твёрдость и износостойкость сплава.
Алюмотермией: 3MnO2 + 4Al →(t) 3Mn + 2Al2O3, либо восстановлением углеродом.
Реакция 2:1 по MnO2: n(MnO2)=0,2 моль. m=0,2×87=17,4 г.
Орбита оценит уровень по каждой из 34 тем ЕГЭ и сама подберёт, что решать дальше. Первая диагностика — 12 задач, регистрация по логину, почту не спрашиваем.
Начать бесплатно