Манганаты

9 заданий

Зелёный манганат

В 1659 году Иоганн Рудольф Глаубер сплавил пиролюзит с поташом и селитрой и растворил плав в воде. Раствор оказался зелёным, но на глазах синел, фиолетовел и становился малиновым. Вещество назвали «минеральным хамелеоном» — это был манганат калия, превращающийся в перманганат.

Манганат \(\ce{MnO4^2-}\) — марганец(VI), один d-электрон; тетраэдрический анион тёмно-зелёного цвета. Соли \(\ce{K2MnO4}\) и \(\ce{Na2MnO4}\) получают сплавлением \(\ce{MnO2}\) со щелочами в присутствии окислителя или восстановлением перманганата в горячей концентрированной щёлочи.

scienceПолучение манганата

\(\ce{2MnO2 + 4KOH + O2 ->[t] 2K2MnO4 + 2H2O}\).
\(\ce{MnO2 + 2KOH + KNO3 ->[t] K2MnO4 + KNO2 + H2O}\).
\(\ce{3MnO2 + 6KOH + KClO3 ->[t] 3K2MnO4 + KCl + 3H2O}\).
\(\ce{4KMnO4 + 4KOH ->[t] 4K2MnO4 + O2 ^ + 2H2O}\) — в горячей концентрированной щёлочи.

boltЦвет — степень окисления марганца

Малиновый — Mn(VII), зелёный — Mn(VI), голубой — Mn(V), бурый осадок — Mn(IV), бледно-розовый раствор — Mn(II). Одна склянка «хамелеона» проходит почти всю шкалу.

Диспропорционирование

Манганат устойчив только в сильнощелочной среде. При разбавлении, подкислении или пропускании углекислого газа он диспропорционирует: Mn(VI) → Mn(VII) + Mn(IV):

\[\ce{3MnO4^2- + 4H+ -> 2MnO4- + MnO2 v + 2H2O}.\]

Две трети марганца переходят в перманганат, одна треть — в осадок \(\ce{MnO2}\). Щёлочь сдвигает равновесие влево, кислота — вправо.

scienceДиспропорционирование манганата

\(\ce{3K2MnO4 + 2H2O -> 2KMnO4 + MnO2 v + 4KOH}\) — при разбавлении.
\(\ce{3K2MnO4 + 2CO2 -> 2KMnO4 + MnO2 v + 2K2CO3}\) — старый промышленный способ.
\(\ce{3K2MnO4 + 2H2SO4 -> 2KMnO4 + MnO2 v + 2K2SO4 + 2H2O}\).

boltПочему он диспропорционирует

На диаграмме Фроста (урок 191) точка \(\ce{MnO4^2-}\) в кислой среде лежит выше прямой, соединяющей \(\ce{MnO2}\) и \(\ce{MnO4-}\): соседям энергетически выгоднее. В щелочной среде точки сдвигаются, и манганат оказывается почти на прямой — устойчив.

Окисление и восстановление манганата

Манганат можно окислить до перманганата без потерь марганца в \(\ce{MnO2}\) — хлором или электролизом (урок 189). Восстановители (сульфит, спирты, сама вода при кипячении) в щелочной среде переводят его в \(\ce{MnO2}\).

Гипоманганат \(\ce{MnO4^3-}\) (Mn(V), голубой) образуется при восстановлении перманганата сульфитом в очень концентрированной щёлочи; при разбавлении мгновенно диспропорционирует до \(\ce{MnO4^2-}\) и \(\ce{MnO2}\). Mn(V) — звено, через которое проходят многие окисления перманганатом органических веществ.

scienceМанганат как окислитель и восстановитель

\(\ce{2K2MnO4 + Cl2 -> 2KMnO4 + 2KCl}\).
\(\ce{K2MnO4 + K2SO3 + H2O -> MnO2 v + K2SO4 + 2KOH}\).
\(\ce{2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH -> 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O}\).
\(\ce{2MnO4^3- + 2H2O -> MnO4^2- + MnO2 v + 4OH-}\).

auto_awesomeМанганаты в технике

Манганат натрия — промежуточный продукт производства перманганата; манганаты и перманганаты используют для очистки воды от железа и сероводорода: марганец восстанавливается до нерастворимого \(\ce{MnO2}\), который легко отфильтровать, — чужих ионов в воде не остаётся.

push_pinГлавное

Манганат \(\ce{MnO4^2-}\) (Mn(VI), \(d^1\)) — зелёный, устойчив лишь в сильнощелочной среде. Получают сплавлением \(\ce{MnO2}\) со щёлочью и окислителем (\(\ce{O2}\), \(\ce{KNO3}\), \(\ce{KClO3}\)) или восстановлением \(\ce{KMnO4}\) в горячей концентрированной щёлочи. При разбавлении, подкислении, пропускании \(\ce{CO2}\) диспропорционирует: \(\ce{3MnO4^2- + 4H+ -> 2MnO4- + MnO2 + 2H2O}\) — две трети марганца уходят в перманганат. Окисляется хлором или на аноде до \(\ce{MnO4-}\). «Минеральный хамелеон»: зелёный → синий → фиолетовый → малиновый. Mn(V) — голубой гипоманганат \(\ce{MnO4^3-}\), ещё менее устойчив.

Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.