Лабораторная работа № 4 элементы VII в группы. Марганец

Теоретическая часть.

Марганец и его электронные аналоги технеций и рений составляют VII В группу периодической системы Д.И. Менделеева. Конфигурация их валентных электронов - (n-l)d³ns². Элементы этой подгруппы проявляют переменную степень окисления от +1 до +7. У марганца устойчивы степени окисления +2, +4, +7, у технеция и рения - +4 и +7. Наиболее ак­тивным окислителем является марганец в высшей степени окисления VII. По химическим свойствам соединения Мn (II) амфотерны, но преобладают признаки основных соединений. Марганец II образует катионные комплексы типа [Мn(Н₂О)₆]²⁺. Для марганца IV устойчивы оксид МnО₂ и гидроксид Мn(OН)₄. Высшее координационное число Mn (IV) равно шес­ти, что соответствует участию в образовании связей d²sp³ орбиталей центрального атома. Оксид МnО₂ при сплавлении со щелочами образует оксоманганаты (IV) состава MnO₂ и Мn₃О₄, их называют манганитами. МnО₂ может растворяться в концентрированных H₂SO₄ и HNO₃, образуя неустойчивые соединения типа Mn(SO₄)₂. Mn(OH)₄ обладает амфотерными свойствами. Соединения Мn (IV) - сильные окислители. Например, в реакциях:

ЗМnO₂ + КClO₃ + 6КОН = 3K₂MnO₄ + КСl + ЗН₂О ;

2MnO₂ + ЗРbО₂ + 6HNO₃ = 2HMnO₄ + 3Pb(NO₃)₂ + 2H₂O

Соединения Мn (VI) неустойчивы. Состояние окисления VI марганца стабилизировано в анионном комплексе MnO₄^2-. Производные МnО₄^2- - темно-зеленого цвета, существуют в водных растворах при большом избытке щелочи. Соединения Мn (VI) – сильные окислители.

В водных растворах тетраоксоманганат (VII) водорода НМnО₄ является сильной марганцевой кислотой.

Тетроаксоманганаты – сильные окислители!

Экспериментальная часть.

Опыт 1. Получение и свойства гидроксида марганца (II)

На три часовых стекла налить по 2…3 капли раствора соли MnSO₄ и прибавить 1...2 капли раствора NaOH. Осадок на одном часовом стекле оставить стоять на воздухе. К осадку на втором часовом стекле прилить разбавленный раствор щелочи.

Отметить цвет образующегося осадка. В каком случае растворится осадок? Что произойдет с Mn(OH)₂ на воздухе? Написать уравнения реакций в молекулярной и ионной формах. Сделать выводы о химических свойствах гидроксида марганца (II).

Опыт 2. Восстановительные свойства соединений марганца (II)

К 2...3 каплям раствора сернокислого марганца прибавить раствор NaOH и бромной воды. Нагреть. Что произошло с осадком? Написать уравнение реакции побурения осадка и уравнять. Сделать вывод с теоретическим обоснованием.

Опыт 3. Окислительные свойства перманганата калия при различных значениях рН раствора

Перманганат калия – сильный окислитель. Продукты восстановления образуются в соответствии с характером среды:

2MnO₄^- + 5SO₃^2- + 6H⁺ = 2Mn²⁺ + 5SO₄^2- + 3H₂O

2MnO₄^- + 3SO₃^2- + H₂O = 2MnO₂↓ + 3SO₄^2- + 2OH^-

2MnO₄^- + SO₃^2- + 2OH^- = 2MnO₄^2-+ SO₄^2- + H₂O

В 3 пробирки внести по 3...4 капли раствора перманганата калия. В первую пробирку добавить 2...3 капли раствора 2 н. H₂SO_4, во вторую – 2...3 капли воды, в третью – 2...3 капли щелочи. Затем во все три пробирки налить по 2 капли сульфита натрия (свежеприготовленного). Наблюдать изменение окраски во всех пробирках. Написать уравнения реакций.

Опыт 4. Окисление Мn²⁺ в МnО₄^-

Соединения марганца в двухвалентном состоянии (Мn²⁺) не устойчивы и легко переходят под влиянием окислителей в более устойчивые соединения марганца. Убедиться в этом на опыте. К 2...3 каплям раствора соли марганца (II) прибавить несколько крупинок РbО₂ и прилить немного концентрированной азотной кислоты. Пробирку осторожно нагреть на водяной микробане в вытяжном шкафу. Наблюдать появление малиново-розовой окраски раствора. Схема реакции:

Mn²⁺ + 4H₂O - 5e = MnO₄^- + 8H⁺

PbO₂ + 4H⁺ + 2e = Pb²⁺ + 2H₂O

Написать полное уравнение окислительно-восстановительного про­цесса, пользуясь электронно-ионной схемой.

Контрольные вопросы

1. Каково строение последнего уровня атомов элементов VII В группы?

2. Какова максимальная ковалентность этих элементов?

3. Какие устойчивые степени окисления характерны для марганца, технеция и рения?

4. Какими свойствами обладают соединения марганца со степенью окисления +2?

5. Какими свойствами обладает гидроксид Мn (II)?

6. Какими свойствами обладает диоксид Mn (IV)? Как называются его соли?

7. Какими свойствами обладают соединения Mn (IV)? Привести примеры реакций.