Оксиды марганца
Ряд оксидов
Марганец образует оксиды почти во всех степенях окисления от +2 до +7:
| Оксид | Mn | Вид | Характер |
|---|---|---|---|
| MnO | +2 | серо-зелёный порошок | основный |
| \(\ce{Mn3O4}\) | +2, +3 | чёрно-коричневый (гаусманит) | смешанный, шпинель \(\ce{Mn^{II}Mn^{III}2O4}\) |
| \(\ce{Mn2O3}\) | +3 | чёрно-бурый | слабоосновный |
| \(\ce{MnO2}\) | +4 | чёрный (пиролюзит) | амфотерный, окислитель |
| \(\ce{Mn2O7}\) | +7 | тёмно-красная маслянистая жидкость | кислотный, взрывоопасен |
С ростом степени окисления растёт кислотность и окислительная способность — как у хрома и серы.
scienceПолучение оксидов
- \(\ce{MnCO3 ->[t, без воздуха] MnO + CO2 ^}\).
- \(\ce{4MnO2 ->[550 °C] 2Mn2O3 + O2 ^}\); \(\ce{6Mn2O3 ->[900 °C] 4Mn3O4 + O2 ^}\).
- \(\ce{2KMnO4 + H2SO4 ->[конц.] Mn2O7 + K2SO4 + H2O}\).
- \(\ce{2Mn2O7 -> 4MnO2 + 3O2 ^}\) — при нагревании или ударе со взрывом.
- \(\ce{Mn2O7 + H2O -> 2HMnO4}\) — марганцевая кислота, сильная.
errorМарганцовка и серная кислота
Смешивать кристаллический перманганат с концентрированной серной кислотой нельзя: образуется \(\ce{Mn2O7}\), который воспламеняет спирт, бумагу, вату и может взорваться даже без контакта с органикой.
Диоксид марганца
\(\ce{MnO2}\) — самый устойчивый оксид марганца при обычных условиях и самый важный: руда, окислитель, катализатор, деполяризатор в батарейках.
Окислитель в кислой среде: с концентрированной соляной кислотой даёт хлор — так Шееле в 1774 году открыл хлор; с горячей концентрированной серной выделяет кислород.
Катализатор: ускоряет разложение \(\ce{H2O2}\) и \(\ce{KClO3}\) — не расходуется, но его поверхность многократно меняет степень окисления.
Амфотерность: при сплавлении со щелочами и окислителем превращается в манганат (урок 190); с оксидами металлов даёт манганиты (\(\ce{CaMnO3}\)).
scienceДиоксид марганца
- \(\ce{MnO2 + 4HCl ->[t] MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O}\).
- \(\ce{2MnO2 + 2H2SO4 ->[t] 2MnSO4 + O2 ^ + 2H2O}\).
- \(\ce{2H2O2 ->[MnO2] 2H2O + O2 ^}\); \(\ce{2KClO3 ->[MnO2, t] 2KCl + 3O2 ^}\).
- \(\ce{2MnO2 + 4KOH + O2 ->[сплавление] 2K2MnO4 + 2H2O}\).
- \(\ce{MnO2 + H2C2O4 + H2SO4 -> MnSO4 + 2CO2 ^ + 2H2O}\) — определение «активного кислорода» в пиролюзите.
auto_awesomeБатарейка Лекланше
В 1866 году Жорж Лекланше собрал элемент: цинковый анод, угольный стержень, обсыпанный диоксидом марганца, и раствор нашатыря. \(\ce{MnO2}\) «съедает» водород на катоде, восстанавливаясь до \(\ce{MnO(OH)}\). Солевые и щелочные батарейки АА — прямые потомки этого элемента; каждый год на них уходят сотни тысяч тонн \(\ce{MnO2}\).
Смешанные оксиды и электронный баланс
Состав оксида марганца часто неизвестен: природные «вады» и продукты прокаливания — смеси степеней окисления. Помогают два подхода.
- Массовая доля марганца даёт отношение \(n(\ce{O})/n(\ce{Mn})\) и среднюю степень окисления \(2\cdot n(\ce{O})/n(\ce{Mn})\).
- Электронный баланс: оксид растворяют в соляной кислоте (выделяется хлор) или обрабатывают избытком иодида и титруют иод. Всё, что выше Mn(II), — «активный кислород»: каждая единица степени окисления сверх +2 даёт один электрон.
edit_noteГаусманит в соляной кислоте
\(\ce{Mn3O4 + 8HCl -> 3MnCl2 + Cl2 ^ + 4H2O}\): два атома Mn(III) принимают по электрону — выделяется один \(\ce{Cl2}\) на формульную единицу. Для \(\ce{MnO2}\) — тоже один \(\ce{Cl2}\), но на один атом марганца.
boltСредняя степень окисления из титрования
\(\bar{x} = 2 + \dfrac{n(e)}{n(\ce{Mn})}\), где \(n(e)\) — количество электронов, принятых оксидом при восстановлении до \(\ce{Mn^2+}\) (по иоду, хлору или оксалату). Дробный результат — признак смешанного оксида.
push_pinГлавное
MnO (зелёный, основный) → \(\ce{Mn3O4}\) (гаусманит, \(\ce{Mn^{II}Mn^{III}2O4}\), шпинель) → \(\ce{Mn2O3}\) (основный, слабый) → \(\ce{MnO2}\) (амфотерный, окислитель, катализатор) → \(\ce{Mn2O7}\) (тёмно-красная маслянистая жидкость, кислотный, взрывоопасен). С ростом степени окисления кислотность растёт. При нагревании на воздухе: \(\ce{MnO2}\) → (≈550 °C) \(\ce{Mn2O3}\) → (≈900 °C) \(\ce{Mn3O4}\). \(\ce{MnO2 + 4HCl -> MnCl2 + Cl2 + 2H2O}\) (Шееле, 1774); \(\ce{2MnO2 + 2H2SO4 -> 2MnSO4 + O2 + 2H2O}\); сплавление с KOH и окислителем → \(\ce{K2MnO4}\). \(\ce{Mn2O7}\): \(\ce{2KMnO4 + H2SO4 -> Mn2O7 + K2SO4 + H2O}\).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.