Лабораторные работы по "Неорганической химии"

Федеральное агентство по образованию РФ.

Владимирский государственный  университет.

Кафедра Химии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Лабораторная работа№ 21.

МАРГАНЕЦ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

Ст.гр Хб – 109.

Леденёв С.А.

Проверил:

Проф. Орлин Н.А.

 

 

Владимир 2010.

Теоретическая часть.

В компактном состоянии марганец имеет светло-серый цвет; парамагнитен и тугоплавок. Наиболее характерные  значения степени окисления марганца в его соединениях +2, +4, +6, +7. Склонность соединений марганца к разнообразным  взаимопревращениям предопределяет их ярко выраженные окислительно-восстановительные  свойства. Марганец легко окисляется кислородом воздуха, однако образующаяся при этом оксидная пленка препятствует   дальнейшему окислению металла. В порошкообразном состоянии  и при нагревании марганец довольно легко окисляется серой и галогенами.

Mn + O₂ = MnO₂

Mn + Cl₂ = MnCl₂

В порошкообразном виде при  нагревании марганец разлагает воду:

Mn + H₂O = MnO + H₂

Соединения марганца.

Марганец образует ряд  оксидов; повышение степени окисления  марганца в них сопровождается ослаблением  основных свойств и усилением  кислотных свойств. Так оксиды марганца (II) MnO и оксид марганца (III) Mn₂O₃ имеют основной характер; диоксид марганца MnO₂  обладает амфотерными свойствами; высшие оксиды марганца – MnO₃ (в свободном состоянии не получен) и Mn₂O₇ – ангидриды марганцовистой H₂MnO₄ и марганцевой HMnO₄ кислот.

Гидроксид марганца (II) образуется в виде бледно-розового осадка при действии щелочи на раствор соли марганца (II):

 

MnSO₄ + 2NaOH = Mn(OH)₂↓ + Na₂SO₄

На воздухе Mn(OH)₂  окисляется, превращаясь в гидроксид марганца (IV) Mn(OH)₄ бурого цвета:

2Mn(OH)₂ + O₂ + 2H₂O = 2Mn(OH)₄

Mn(OH)₄ проявляет амфотерные свойства; молекула этого гидроксида легко теряет воду с образованием марганцовистой кислоты:

H₄MnO₄ = H₂MnO₃ + H₂O

Диоксид марганца MnO₂ – черно-бурое твердое вещество. По химической природе диоксид марганца амфотерен. При сплавлении со щелочами или основными оксида MnO₂ играет роль кислотного оксида:

MnO₂ + CaO = CaMnO₃

При нагревании с кислотами  МnO₂ не образует аквакомплексы, а проявляет окислительные свойства:

MnO₂ + 4HCl = MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

Однако взаимодействуя с  сильными окислителями, диоксид марганца проявляет свойства восстановителя:

MnO₂ + KNO₃ + K₂CO₃ = K₂MnO₄ + KNO₂ + CO₂↑

Манганаты и их растворы окрашены в зеленый цвет. Сама кислота неустойчива и может существовать только в водных растворах:

3H₂MnO₄ = MnO₂↓ + 2HMnO₄ + 2H₂O

Сильные окислители окисляют манганаты в перманганаты – соли марганцовой кислоты.

2K₂MnO₄ + Cl₂ = 2KMnO₄ + 2KCl

Марганцевая кислота является сильной кислотой, но существует только в водном растворе.

При прокаливании соли марганцевой  кислоты разлагаются с образованием диоксида марганца, манганата и кислорода:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

При действии концентрированной  серной кислоты на перманганат калия  образуется марганцевый ангидрид Mn₂O₇:

2KMnO₄ + H₂SO₄ = K₂SO₄ + Mn₂O₇ + H₂O

Марганцевый ангидрид –  тяжелая маслообразная жидкость темно-зеленого цвета; при нагревании и действии восстановителей разлагается  со взрывом.

2Mn₂O₇ = 4MnO₂ + 3O₂↑

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнение работы.

 

Цель работы: изучить основные свойства Марганца.

Приборы и реактивы. Фарфоровый тигель, стеклянная полочка, фильтровальная бумага. Едкий натр, нитрит калия(натрия). Перманганат калия, сульфит натрия, висмутат натрия, оксид марганца (II), судьфат марганца (II), сульфат железа (II), лакмусовая бумага, сероводородная вода. Растворы: едкого натра 2н., соляной кислоты2н., серной кислоты 2н.. азотной кислоты 2н., сульфида аммония 0,5н.,иодида калия 0,1н., пероксида водорода 10%-ный, гексацианноферата (II) калия 0,1н., перманганата калия 0,5 н.

 

 

Опыт № 1.

Получение гидроксида марганца (II) и его окисление.

В пробирку налили раствор  соли марганца и прилили 5-6 капель раствора едкого натрия. Выпал белый осадок гидроксида марганца. В пробирку добавили бромной воды. Выпал черный осадок оксида марганца (IV).

MnSO₄+2NaOH=Mn(OH)₂+Na₂SO₄

MnO+Br₂+H₂O=MnO₂+2HBr

 

Опыт №2.

 Оксид марганца  (IV), его получение и свойства.

В три пробирки налили по 3-5 капель раствора соли марганца (II) и по 3-4 капли 2 н. раствора щелочи. Выпал белый осадок гидроксида марганца.

MnSO₄+2NaOH=Mn(OH)₂+Na₂SO₄

В одной пробирке осадок перемешали стеклянной палочкой и оставили стоять на некоторое время. Во вторую прилили 2 н. раствора соляной кислоты, в третью – 2 н. раствора щелочи. В  обеих пробирках осадок растворился. Следовательно оксид марганца  (IV) обладает амфотерными свойствами. В первой пробирке осадок стал бурого цвета.

Mn(OH)₂+2HCl=MnCl₂+2H₂O

Mn(OH)₂+4KOH=K₄[Mn(OH)₆]

Mn(OH)₂+O₂+H₂O=2Mn(OH)₄

 

Опыт № 3.

 Действие на соли марганца (II)

сульфида аммония  и сероводорода

В две пробирки налить по 3 - 5 капель раствора соли марганца (II). В одну из пробирок добавить 3-5 капель раствора сульфида аммония или натрия, в другую - столько же сероводородной воды

MnSO₄ + Na₂S = MnS + Na₂SO₄

Осадок тёмного цвета.

MnSO₄ + H₂S = MnS + H₂SO₄

Осадок сульфида марганца (II) размешать стеклянной палочкой: он буреет вследствие окисления кислородом воздуха.

MnS + 2H₂O +O₂ = Mn(OH)₄  + S

 

Опыт № 4

Восстановительные свойства

соединений марганца (II)

а) Взаимодействие с пероксидом водорода в щелочной среде.

 К раствору соли марганца (II) (3-5 капель ) добавить 2-3 капли раствора ще 
лочи и 3 - 4 капли 10 % - ного раствора пероксида водорода. Смесь нагреть до 
прекращения выделения кислорода вследствие полного разложения избытка 
пероксида водорода.

MnSO₄+2NaOH +  H₂O₂  =  H₂MnO₃  + Na₂SO₄ + 2H₂O

2H₂O₂ = 2H₂O +O₂

 

б) Взаимодействие с висмутатом натрия в кислой среде.

 Раствор соли марганца (II) (1-2 капли) подкислить 2 н. раствором азотной кислоты (5 - 6 капель) и прибавить 1 - 2 микрошпателя висмутата натрия .  Пробирку встряхнуть и поставить в штатив. Через некоторое время наблюдаю по 
явление в растворе фиолетовой окраски.

 

MnSO₄ + NaBiO₃ + HNO₃  = HMnO₄ + NaNO₃ +H₂O +BiNO₃ + ?

 

Эта реакция служит для обнаружения иона марганца (II).

 

Опыт №6.

Восстановительные свойства перманганата калия.

 

1. Восстановление перманганата калия сульфитом натрия в различных средах.

В 3 пробирки налили по 3-5 капель перманганата калия. В одну добавили 2-4 капли серной кислоты, в другую столько же воды, в третью столько же щелочи. Во все пробирки насыпали 2-3 микрошпателя сульфита натрия. Окраска растворов менялась.

 

2KMnO₄ + 5Na₂SO₃ + 3H₂SO₄ = 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5Na₂SO₄ + 3H₂O – бесцветный

2KMnO₄ + 3Na₂SO₃ + H₂O = 2MnO₂ + 3Na₂SO₄ + 2KOH – коричневый

2KMnO₄ + Na₂SO₃ + 2NaOH = 2Na₂MnO₄ + K₂SO₄ + H₂O – зеленый

2. Восстановление перманганата калия йодидом калия в различных средах.

В 3 пробирках приготовили  растворы перманганата калия: в 1 –  подкисленный, во 2 – нейтральный, в 3 – щелочной. В каждую добавили по 2-5 капель раствора йодида калия.

 

2KMnO₄ + KI + H₂O = 2MnO₂ + 8KOH + 3I₂ – коричневый

2KMnO₄ + 10KI + 8H₂SO₄ = 2MnSO₄ + 6K₂SO₄ + 5I₂ + 8H₂O – красно-оранжевый

6KMnO₄ + KI + 6KOH = KIO₃ + 6K₂MnO₄ + 3H₂O – зеленый

 

3. Окисление перманганатом калия сульфита марганца (II).

К раствору перманганата калия (3-5 капель) добавили столько же раствора соли марганца. Раствор обесцветился и образовался бурый осадок.

 

2KMnO₄ + MnSO₄ + 6H₂O = 3Mn(OH)₄ + K₂SO₄ + O₂

 

4. Окисление перманганата калия пероксидом водорода.

Приготовили подкисленный серной кислотой раствор перманганата калия  и добавили к нему пероксид водорода. Наблюдали выделение кислорода.

 

2KMnO₄ + 5H₂O₂  + 3H₂SO₄= 2MnSO₄ + K₂SO₄ + 5O₂ + 8H₂O

 

 

 

Вывод: мы изучили основные свойства Марганца.