Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ

6.2. Марганец

Марганец– элемент 4-го периода и VIIB-группы Периодической системы, порядковый номер 25. Электронная формула атома [ ₁₈Ar]3d ⁵4s ²; характерные степени окисления +VII, +VI, +IV, +II и 0.

Шкала степеней окисления марганца:

По электроотрицательности (1,60) марганец занимает промежуточное положение между типичными металлами (Na, К, Са, Mg) и неметаллами (F, О, N, Cl). Соединения Mn ^II– оксид и гидроксид – проявляют основные свойства, соединения Mn ^IIIи Mn ^IV– амфотерные свойства, для соединений Mn ^VIи Mn ^VIIхарактерно почти полное преобладание кислотных свойств. Марганец образует многочисленные соли и бинарные соединения.

В природе – четырнадцатый по химической распространенности элемент (восьмой среди металлов; второй, после железа, тяжелый металл).

МарганецMn.Серебристо-белый (с серым оттенком) металл, более твердый и хрупкий по сравнению с железом. В виде мелкого порошка пирофорен. На воздухе покрывается оксидной пленкой. Пассивируется в воде, поглощает водород, но не реагирует с ним.

При нагревании сгорает в кислороде воздуха, реагирует с хлором и серой:

В ряду напряжений марганец стоит левее водорода, из разбавленных кислот HCl и H ₂SO ₄вытесняет водород:

Mn (порошок) + 2H ⁺= Mn ²⁺+ Н ₂^

Взаимодействует с кислотами-окислителями при нагревании, также образуя соли марганца (II):

Mn + 2H ₂SO ₄(конц.) = MnSO ₄+ SO ₂^ + 2Н ₂O

ЗMn + 8HNO ₃(разб.) = 3Mn(NO ₃) ₂+ 2NO^ + 4Н ₂O

Получениемарганца в промышленности– восстановление пиролюзитаMnO ₂или гаусманита(Mn ^IIMn ₂ ^III)O ₄коксом или алюминием:

MnO ₂+ С (кокс) = Mn+ СO ₂ (600 °C)

3(Mn ^IIMn ₂ ^III)O ₄+ 8Al = 9 Mn+ 4Al ₂O ₃ (700–900 °C)

Наиболее чистый марганец выделяют электролизом раствора из солей марганца(II), например:

Промышленно важен сплав с железом — ферромарганец( 70 % Mn), его получают восстановлением оксидных руд марганца и железа.

Применяется марганец для изготовления специальных и тугоплавких сплавов, зеркального чугуна и марганцевых твердых сталей, в качестве катализатора в органическом синтезе.

Оксид марганца (IV)MnO ₂.Черный, с коричневым оттенком, при нагревании разлагается. Из раствора осаждается в виде черного гидрата MnO ₂nН ₂O. Не проявляет амфотерных свойств в силу малой реакционной способности по отношению к воде, разбавленным кислотам НCl и H ₂SO ₄, азотной кислоте и щелочам в растворе. Типичный окислитель в растворе и расплаве, менее характерны свойства восстановителя.

Применяется для промышленного производства марганца, как деполяризатор в «батарейках» (сухих гальванических элементах), компонент минеральных пигментов, осветлитель стекла.

Уравнения важнейших реакций:

4MnO ₂= 2Mn ₂O ₃+ O ₂(530–585 °C)

2MnO ₂+ 2H ₂SO ₄(конц.) = MnSO ₄+ O ₂^ + 2Н ₂O (кипячение)

MnO ₂+ 4HCl (конц.) = MnCl ₂+ Cl ₂^ + 2H ₂O

MnO ₂+ H ₂SO ₄(гор.) + KNO ₂= MnSO ₄+ KNO ₃+ H ₂O

MnO ₂+ 2H ₂SO ₄+ 2FeSO ₄= MnSO ₄+ Fe ₂(SO ₄) ₃+ 2H ₂O

MnO ₂+ 2KOH + KNO ₃= K ₂MnO ₄+ KNO ₂+ H ₂O (350–450 °C)

3MnO ₂+ 3K ₂CO ₃+ KClO ₃= 3K ₂MnO ₄+ KCl + 3CO ₂(400 °C)

В природе самое распространенное соединение марганца – минерал пиролюзит.

Манганат калияК ₂MnO ₄.Оксосоль. Темно-зеленый, плавится под избыточным давлением O ₂. В растворе устойчив только в сильнощелочной среде. Зеленая окраска раствора отвечает иону MnO ₄ ^2-. Медленно разлагается при разбавлении раствора водой, быстро – при подкислении. Проявляет окислительно-восстановительные свойства.

Качественная реакция– появление фиолетовой окраски при подкислении раствора. Промежуточный продукт при синтезе КMnO ₄.

Уравнения важнейших реакций:

Получение: сплавление MnO ₂с сильными окислителями (KNO ₃, КСlO ₃).

Пермапгапат калияКMnO ₄.Оксосоль. Красно-фиолетовый (почти черный). При нагревании разлагается без плавления. Умеренно растворим в воде ( интенсивно-фиолетоваяокраска раствора отвечает иону MnO ₄ ^-), гидролиза нет. Медленно разлагается в воде, серной кислоте, щелочах. Сильный окислитель в растворе и при сплавлении; в сильнокислотной среде восстанавливается до Mn ^II, в нейтральной среде – до Mn ^IV, в сильнощелочной среде – до Mn ^VI.

Качественная реакцияна ион MnO ₄ ^-– исчезновение фиолетовой окраски раствора при восстановлении в кислотной среде.

Применяется как окислитель углеводородов до карбоновых кислот, реактив в фотографии, антисептик в медицине, средство для очистки газов и отбеливания тканей, твердый источник кислорода. Распространенный окислитель в лабораторной практике.

Уравнения важнейших реакций:

Получение– электролиз раствора K ₂MnO ₄(см.).

6.3. Железо

Железо– элемент 4-го периода и VIIIБ-группы Периодической системы, порядковый номер 26. Вместе с кобальтом Со и никелем Ni образует семейство (триаду) железа.Электронная формула атома [ ₁₈Ar]3d ⁶4s ², характерные степени окисления 0, +II и +III (последняя наиболее устойчива).

Шкала степеней окисления железа: