D – элемент: Марганец ( в рамках работы с одаренными детьми и подготовке к ЕГЭ )

D – элемент: Марганец ( в рамках работы с одаренными детьми и подготовке к ЕГЭ )

Работу выполнила:

Учитель высшей квалификационной категории МБОУ СШ№19 им.И.П. Мытарева города Димитровграда

Абдулганиева С.С.

• Цель:

Изучить все свойства марганца и как можно ближе познакомиться с этим металлом.

• Задачи:

• Ознакомиться с самим металлом.
• Узнать о физических и химических свойствах Mn.
• Ознакомиться со всеми степенями окисления этого металла.
• Рассмотреть с чем взаимодействует Mn.
• А также узнать, как получают этот металл и где (в чем) он используется.

25Mn 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 2

IV период, VII группа, побочная подгруппа

Кислотные оксиды

Основные оксиды

Амфотерный оксид

Распространение в природе

• Марганец — 14-й элемент по распространённости на Земле, а после железа — второй тяжёлый металл, содержащийся в земной коре (0,03 % от общего числа атомов земной коры). Марганец, рассеянный в горных породах вымывается водой и уносится в Мировой океан.

Химические свойства

(и другие оксиды)

(медленно)

где X=NO, N2O, N2, NH3, NH4 в зависимости от концентрации

HNO3

Химические свойства

+ О 2 ; неметаллы

Mn

+ H 2 O

+ растворы HCl, H 2 SO 4

+ H 2 SO 4 (конц.); HNO 3

+ оксиды металлов

MnO, Мn(OH)2 –

основные свойства

Mn +2 - восстановитель

MnO2, Mn(OH)4 или H2MnO3 слабо выраженные амфотерные свойства

Mn2O7, HMnO4 – сильные окислители

Физические свойства

Марганец твёрдый, хрупкий металл светло-серого цвета

t плавления = 1247°С

t кипения = 2080°С

плотность = 7,2 г/см3

На воздухе марганец окисляется, в результате чего его поверхность покрывается плотной оксидной пленкой, которая предохраняет металл от дальнейшего окисления. При прокаливании на воздухе выше 800°C марганец покрывается окалиной, состоящей из внешнего слоя Mn3O4 и внутреннего слоя состава MnO.

Природные соединения

Элемент Mn по распространенности в земной коре среди тяжелых металлов следует за железом, но заметно уступает ему, – содержание Fe составляет около 5 %, а Mn – лишь около 0,1%.

У марганца более распространены оксидные и карбонатные и руды.

Наибольшее значение имеют минералы: пиролюзит MnO 2 и родохрозит MnCO 3 .

Кроме этих минералов для получения Mn используют гаусманит Mn 3 O 4 и гидратированный оксид псиломелан MnO 2 . xH 2 O. В марганцевых рудах всегда содержатся минералы Fe.

Соединения марганца (+2)

В водных растворах соединения Mn( +2 ) устойчивы в кислой среде.

Гидроксид Mn(OH) 2 выпадает в виде светло-бежевого осадка при добавлении щелочи к раствору соли Mn( +2 ).

Оксид и гидроксид Mn( +2 ) имеют основной характер, легко растворяются в кислотах с образованием гидратированного катиона Mn 2+.

На воздухе Mn(OH)2 окисляется с образованием гидратированного MnO 2 . При добавлении пероксида водорода к Mn(OH) 2 , он быстро окисляется по реакции:

Растворы солей марганца ( +2 ) практически бесцветны (имеют слегка розоватый оттенок).

Оксид MnO – серо-зеленое тугоплавкое кристаллическое соединение (температура плавления – 18420С). В воде MnO не растворяется.

Mn(OH) 2 + H2O 2 = MnO 2 + 2H 2 O

Соединения марганца (+4)

MnO 2 + 4HCl (конц.) = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O

Реакцию используют в лаборатории для получения Cl 2 .

В очень кислой среде MnO2 стремится перейти в катион Mn 2+.

С щелочами MnO 2 реагирует только в расплавах с образованием смешанных оксидов. В присутствии окислителя в щелочных расплавах образуются манганаты.

Оксид MnO 2 используют в промышленности в качестве дешевого окислителя.

Оксид MnO 2 – наиболее устойчивое соединение Mn .

Это черно-коричневое вещество с очень прочной кристаллической решеткой. По этой причине, он не реагирует с растворами щелочей и с разбавленными кислотами. Он растворяется в концентрированных кислотах.

Соединения марганца (+6)

Манганаты – соли с анионом MnO 4( 2–) , имеют яркий зеленый цвет.

Анион MnO 4( 2─) устойчив только в сильнощелочной среде.

Под действием воды и, особенно, кислоты манганаты диспропорционируют:

3MnO 4( 2– ) + 2H 2 O = MnO2 + 2MnO (4–) + 4OH (–)

По этой причине кислота Н 2 MnO 4 не существует.

Манганаты можно получить, сплавляя MnO 2 с щелочами или карбонатами в присутствии окислителя.

2MnO 2 (к) + 4KOH (ж) + О 2 = 2K 2 MnO 4 + 2H 2 O

Манганаты являются сильными окислителями, но если на них подействовать еще более сильным окислителем, то они переходят в перманганаты.

2K 2 MnO 4 + Cl 2 = 2KMnO 4 + 2KCl

Соединения марганца (+7)

Все соединения Mn(+7) проявляют сильные окислительные свойства.

При нагревании кристаллического перманганата он разлагается.

2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2

По этой реакции в лаборатории можно получать O 2 .

При нагревании KMnO 4 с концентрированной соляной кислотой образуется газ Cl 2 .

2KMnO 4 (к) + 16HCl (конц.) = 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O + 2KCl

По этой реакции в лаборатории можно получать Cl 2 .

При добавлении к кристаллам перманганата нескольких капель концентрированной серной кислоты образуется ангидрид марганцовой кислоты Mn 2 O 7 .

2KMnO 4 + H 2 SO 4 =Mn 2 O 7 + K 2 SO 4 + H 2 O

При растворении Mn2O7 в воде образуется марганцовая кислота.

Многие органические вещества окисляются под действием Mn 2 O 7 до СО 2 и Н 2 О.

HMnO 4 – это сильная кислота, существует только в водном растворе.

Кислота HMnO 4 разлагается с выделением O 2 и MnO 2 .

Взаимодействие марганца с неметаллами

Марганец при взаимодействии с неметаллами, дает продукты со степенью окисления +2.

Составьте уравнения реакций марганца с кислородом, серой, фосфором, азотом, хлором, кремнием:

2Mn + O 2 = 2MnO

также образуются Mn 2 O 3 и Mn 3 O 4

Mn + S = MnS

3Mn + 2P = Mn 3 P 2

3Mn + N 2 = Mn 3 N 2

2Mn + Si = Mn 2 Si

С концентрированной серной кислотой марганец реагирует при нагревании:

Mn + H 2 SO 4 (конц.) → MnSO 4 + SO 2 + H 2 O

С концентрированной азотной кислотой марганец реагирует

при обычных условиях:

Mn + HNO 3 (конц.) → Mn(NO 3 ) 2 + NO 2 + H 2 O

Марганец может восстанавливать оксиды многих металлов.

Это его свойство используется в металлургии при выплавке сталей:

Mn + Fe 2 O 3 → MnO + Fe

При нагревании марганец взаимодействует с водой

MnO + H 2 O → Mn(OH) 2 + H 2 O

MnO – 2e → Mn +2 1 восстановитель, окисление

2H +1 + 2e → H 2 O 1 окислитель, восстановление

Mn + 2H 2 O = Mn(OH) 2 + H 2

Взаимодействие марганца с оксидами металлов

Марганец восстанавливает металлы из их оксидов:

5Mn + Nb 2 O 5 = 5MnO + 2Nb

Получение марганца

1. Алюминотермическим методом, восстанавливая оксид Mn2O3, образующийся при прокаливании пиролюзита:

4MnO 2 → 2Mn 2 O 3 + О 2

Mn 2 O 3 + 2Al → 2Mn + Al 2 O 3

2. Восстановлением железосодержащих оксидных руд марганца коксом. Этим способом в металлургии обычно получают ферромарганец (80 % Mn).

3. Чистый металлический марганец получают электролизом.

MnSO 4 + 2H 2 O Mn + H 2 + O 2 + H 2 SO 4

электролиз

Применение марганца

1. Черная металлургия

2. Легирование сталей

3. Использование в сплавах

4. Покрытия из марганца на металлических поверхностях

5. Производство ферритных материалов

Более 90% производимого марганца идет в черную металлургию. Марганец используют как добавку к сталям для их раскисления, десульфурации (при этом происходит удаление из стали нежелательных примесей — кислорода, серы и других).

Марганец используют для легирования сталей, т. е. улучшения их механических и коррозионных свойств.

Марганец применяется также в медных, алюминиевых и магниевых сплавах.

Покрытия из марганца на металлических поверхностях обеспечивают их антикоррозионную защиту. Для нанесения тонких покрытий из марганца используют легко летучий и термически нестабильный биядерный декакарбонил Mn 2 (CO) 10.

Ферромарганец является сплавом железа и марганца.

Влияние изменения степени окисления марганца на свойства его соединений.

• Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов марганца зависят от степени окисления марганца.

MnO Mn 2 O 3 MnO 2 (MnO 3 ) Mn 2 O 7

Mn(OH) 2 Mn(OH) 3 Mn(OH) 4 (H 2 MnO 4 ) HMnO 4

кислотные

амфотерные

основные