УЧЕБНИКИ. ПОСОБИЯ

Пособие-репетитор по химии

Продолжение. Cм. в № 22/2005; 1, 2, 3, 5, 6, 8, 9, 11, 13, 15, 16, 18, 22/2006;
3, 4, 7, 10, 11, 21/2007;
2, 7, 11, 18, 19/2008

ЗАНЯТИЕ 26

10-й класс (первый год обучения)

Марганец. Перманганат калия и продукты его восстановления
в различных средах

П л а н

1. Положение в таблице Д.И.Менделеева, возможные валентности и степени окисления.

2. Краткая история открытия и происхождение названия.

3. Физические и химические свойства.

4. Нахождение в природе и основные методы получения.

5. Важнейшее соединение марганца – перманганат калия. Продукты его восстановления в зависимости от среды раствора.

Марганец расположен в побочной подгруппе VII группы периодической системы Д.И. Менделеева. Это элемент, обладающий переменной валентностью. В соединениях марганец проявляет степени окисления +2, +3, +4, +6, +7, основными из которых являются степени окисления +2 и +4.

Марганец был открыт в 1774 г. шведскими химиками К.Шееле и Ю.Ганном при прокаливании минерала пиролюзита (MnO₂) с углем. Название элемента, вероятно, представляет собой искаженное слово «манганес», что означает «обесцвечиваю, навожу блеск». Это название имеет ремесленное происхождение и связано с обесцвечивающим действием пиролюзита на стекло при плавлении.

Ф и з и ч е с к и е и х и м и ч е с к и е с в о й с т в а

Марганец – серебристый, довольно тугоплавкий металл. На воздухе и в воде он пассивируется, но в мелкораздробленном состоянии может быть окислен и взаимодействует с водой с образованием гидроксида. В целом марганец можно охарактеризовать как достаточно активный металл (особенно в мелкодисперсном состоянии).

Н₂ (–).

О₂ (+):

Mn + O₂ MnO₂ (t = 400 °C).

Металлы (–).

Неметаллы (+):

Mn + Cl₂ MnCl₂,

Mn + S MnS,

3Mn + N₂ Mn₃N₂.

Н₂О (+/–):*

Основные оксиды (–).

Кислотные оксиды (–).

Основания (–).

Кислоты-неокислители (+):

Mn + 2HCl = MnCl₂ + H₂.

Кислоты-окислители (+):

Mn + 2H₂SO₄(конц.) = MnSO₄+ SO₂ + 2H₂O,

3Mn + 8HNO₃(р-р) = 3Mn (NO₃)₂ + 2NO + 4H₂O,

Mn + 4HNO₃(конц.) = Mn (NO₃)₂ + 2NO₂ + 2H₂O.

Соли (+/–):

Mn + CuCl₂ = MnCl₂ + Cu,

Mn + CаCl₂ реакция не идет.

В п р и р о д е марганец в основном встречается в виде оксидов, поэтому основным промышленным м е т о д о м п о л у ч е н и я марганца является его восстановление (обычно с помощью кремния, углерода или алюминия):

MnO₂ + C Mn + CO₂,

Кроме того, марганец получают, проводя электролиз растворов его солей, например:

Важнейшее соединение марганца – перманганат калия.
Продукты его восстановления в зависимости от среды раствора

Перманганат калия (KMnO₄) – соль марганцовой кислоты HMnO₄. Марганцовая кислота является очень сильной, существует только в водном растворе. Перманганат калия – самая известная и широко применяемая соль этой кислоты. Это кристаллическое вещество темно-фиолетового, почти черного цвета, умеренно растворимое в воде. Растворы перманганата калия слабой концентрации имеют малиновый цвет, при повышении концентрации цвет становится фиолетовым (такая окраска свойственна перманганат-иону). В водных растворах эта соль не подвергается гидролизу, т.к. образована сильным основанием и сильной кислотой. При нагревании перманганат калия легко разлагается с образованием манганата калия, оксида марганца(IV) и кислорода:

2KMnO₄ K₂MnO₄+ MnO₂ + O₂.

Перманганат калия является сильным окислителем за счет перманганат-иона, содержащего марганец в высшей степени окисления +7. Характер продуктов восстановления KMnO₄ зависит от того, в какой среде происходит реакция.

В кислой среде перманганат-ионы восстанавливаются до ионов Mn²⁺. За счет образования неокрашенных солей марганца цвет раствора меняется от фиолетового до бесцветного.

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 6HCl = 2MnCl₂+ 5Na₂SO₄+ 2KCl + 3H₂O.

В нейтральной среде перманганат-ионы восстанавливаются до оксида марганца(IV), выпадает бурый осадок MnO₂, степень окисления марганца понижается от +7 до +4.

2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ + H₂O = 2MnO₂+ 3Na₂SO₄+ 2KOH.

В щелочной среде перманганат-ионы восстанавливаются до манганат-ионов. В результате раствор приобретает зеленый цвет; степень окисления марганца понижается от +7 до +6.

2KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2KOH = 2K₂MnO₄+ Na₂SO₄+ H₂O.

Как окислитель перманганат калия широко применяется в лабораторной практике. Кроме того, марганцовку широко применяют в медицине в качестве антисептического средства. Находит применение перманганат калия и как твердый источник для получения кислорода.

Тест по теме «Марганец и его соединения»

1. Какой из оксидов является кислотным?

а) MnO; б) Mn₂O₃;

в) MnO₂; г) Mn₂O₇.

2. Соединение, содержащее , в среде с рН < 7 восстанавливается до:

3. В реакции окисления сульфата железа(II) перманганатом калия в сернокислой среде сумма коэффициентов перед реагентами равна:

а) 11; б) 15; в) 16; г) 20.

4. В каком из перечисленных соединений атом марганца имеет максимально возможную степень окисления?

а) Перманганат калия; б) манганат калия;

в) сульфид марганца; г) марганцовая кислота.

5. В каком из оксидов марганца максимальна массовая доля кислорода?

а) MnO; б) Mn₂O₃; в) MnO₂; г) Mn₂O₇.

6. Плотность 36,2 %-го раствора серной кислоты составляет 1,27 г/мл. Рассчитайте молярную концентрацию (в моль/л) кислоты в этом растворе.

а) Недостаточно данных для решения задачи;

б) 4,7; в) 36,2; г) 0,0047.

7. Сколько электронов содержит перманганат-ион?

а) 25; б) 57;

в) 58; г) 120.

8. Какую массу йодида калия (в г) окислили перманганатом калия в солянокислом растворе, если при этом образовалось 6,3 г соли марганца?

а) 8,3; б) 4,15; в) 16,6; г) 41,5.

9. Сумма всех коэффициентов в реакции окисления свежеосажденного гидроксида железа(II) перманганатом калия в водном растворе составляет:

а) 5; б) 6; в) 8; г) 11.

10. Число -связей в молекуле марганцовой кислоты равно:

а) 5; б) 3; в) 6; г) 0.

Ключ к тесту

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
г	в	г	а, г	г	б	в	г	г	б

Качественные задачи на обсуждение
попарного взаимодействия веществ

Задачи данного типа удобно решать с помощью решетки Плетнера. При этом необходимо учитывать возможность протекания альтернативных реакций (в случае образования кислых и средних солей, в случае неизвестной концентрации кислот-окислителей и т.д.).

1. Обсудите возможность попарного взаимодействия между следующими веществами: соляная кислота, хлорид кальция, нитрат серебра, карбонат калия, гидроксид натрия, хлор. Напишите уравнения реакций.

Решение

Решаем с помощью решетки Плетнера.

Вещества	HCl	CaCl₂	AgNO₃	K₂CO₃	NaOH	Cl₂
HCl	–	–	+ (1-е уравнение)	+ (2-е уравнение)	+ (3-е уравнение)	–
CaCl₂	–	–	+ (4-е уравнение)	+ (6-е уравнение)	+ (7-е уравнение)	–
AgNO₃	+ (1-е уравнение)	+ (4-е уравнение)	–	+ (5-е уравнение)	+ (8-е уравнение)	–
K₂CO₃	+ (2-е уравнение)	+ (6-е уравнение)	+ (5-е уравнение)	–	–	–
NaOH	+ (3-е уравнение)	+ (7-е уравнение)	+ (8-е уравнение)	–	–	+ (9-е и 10-е уравнения)
Cl₂	–	–	–	–	+ (9-е и 10-е уравнения)	–

1) HCl + AgNO₃ = AgCl + HNO₃.

2) 2HCl + K₂CO₃ = 2KCl + H₂O + CO₂.

3) HCl + NaOH = NaCl + H₂O.

4) CaCl₂ + 2AgNO₃ = 2AgCl + Ca(NO₃)₂.

5) 2AgNO₃ + K₂CO₃ = Ag₂CO₃ + 2KNO₃.

6) CaCl₂ + K₂CO₃ = CaCO₃ + 2KCl.

7) CaCl₂ + 2NaOH = Ca(OH)₂ + 2NaCl.

8) 2AgNO₃ + 2NaOH = Ag₂O + 2NaNO₃ + H₂O.

9) 2NaOH + Cl₂ NaCl + NaClO + H₂O.

10) 6NaOH + 3Cl₂ 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O.

Ответ. 9 вариантов возможных попарных
взаимодействий (10 уравнений реакций).

2. Какие из перечисленных веществ будут реагировать между собой: медь, концентрированная азотная кислота, углерод, сера, алюминий, хлорид железа(III), карбонат натрия? Напишите уравнения реакций.

Ответ. 14 вариантов возможных попарных
взаимодействий (14 уравнений реакций).

3. Определите, какие вещества могут взаимодействовать между собой: цинк, хлор, угарный газ, оксид натрия, гидроксид натрия, азотная кислота, хлорид меди(II). Напишите уравнения реакций.

Ответ. 12 вариантов возможных попарных
взаимодействий (15 уравнений реакций).

4. Какие из перечисленных веществ могут взаимодействовать между собой: бром, гидроксид калия, аммиак, соляная кислота, йодид калия, цинк. Напишите уравнения реакций.

Ответ. 8 вариантов возможных попарных
взаимодействий (10 уравнений реакций).

5. Определите, какие вещества могут взаимодействовать между собой: кальций, вода, оксид меди(II), водород, гидроксид кальция, концентрированная серная кислота, йодид натрия. Напишите уравнения реакций.

Ответ. 7 вариантов возможных попарны
взаимодействий (7 уравнений реакций).

6. Обсудите возможность попарного взаимодействия между следующими веществами: сульфат натрия, ацетат свинца(II), сульфид калия, хлорид алюминия, нитрат бария. Напишите уравнения реакций.

Ответ. 5 вариантов возможных попарных
взаимодействий (5 уравнений реакций).

*Знак (+/–) означает, что данная реакция протекает не со всеми реагентами или в специфических условиях.

Продолжение следует