Номер 2, страница 404 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 8. Металлы. Параграф 56. Марганец - номер 2, страница 404.

Условие.

2. Охарактеризуйте химические свойства марганца и его соединений. Ответ проиллюстрируйте уравнениями химических реакций.

Решение.

Решение 2.

Марганец ($\text{Mn}$) – химический элемент VII группы побочной подгруппы, 4 периода периодической системы, с атомным номером 25. Это переходный металл, который проявляет большое разнообразие степеней окисления (от -3 до +7), из которых наиболее характерны +2, +4, +6 и +7. Химические свойства марганца и его соединений изменяются в зависимости от степени окисления.

Химические свойства простого вещества марганца ($Mn^0$)

Марганец — серебристо-белый, довольно твёрдый, но хрупкий металл. Является металлом средней активности, в ряду стандартных электродных потенциалов стоит левее водорода.

1. Взаимодействие с неметаллами. При нагревании марганец реагирует со многими неметаллами:
- с кислородом образует смесь оксидов: $3Mn + 2O_2 \xrightarrow{t} Mn_3O_4$;
- с галогенами образует галогениды марганца(II): $Mn + Cl_2 \rightarrow MnCl_2$;
- с серой образует сульфид: $Mn + S \xrightarrow{t} MnS$;
- с азотом образует нитрид: $3Mn + N_2 \xrightarrow{t>800^{\circ}C} Mn_3N_2$.

2. Взаимодействие с водой. При обычных условиях не реагирует из-за защитной оксидной плёнки. При кипячении медленно вытесняет водород:
$Mn + 2H_2O \xrightarrow{t} Mn(OH)_2 \downarrow + H_2 \uparrow$

3. Взаимодействие с кислотами.
- Легко растворяется в разбавленных кислотах-неокислителях с образованием солей марганца(II) и выделением водорода:
$Mn + H_2SO_4 \text{(разб.)} \rightarrow MnSO_4 + H_2 \uparrow$
- С концентрированными кислотами-окислителями реагирует, образуя соль марганца(II) и продукты восстановления кислоты:
$Mn + 2H_2SO_4 \text{(конц.)} \xrightarrow{t} MnSO_4 + SO_2 \uparrow + 2H_2O$
Концентрированная азотная кислота пассивирует марганец на холоде.

Ответ: Марганец является химически активным металлом, который реагирует с неметаллами при нагревании, с водой при кипячении, а также с разбавленными и концентрированными кислотами, проявляя восстановительные свойства и образуя преимущественно соединения со степенью окисления +2.

Соединения марганца в степени окисления +2 ($Mn^{+2}$)

Для этой степени окисления характерны основные свойства. Соединения $Mn(II)$ являются восстановителями.
- Оксид марганца(II) $MnO$ — порошок серо-зелёного цвета, проявляет основные свойства, реагируя с кислотами:
$MnO + 2H^+ \rightarrow Mn^{2+} + H_2O$
- Гидроксид марганца(II) $Mn(OH)_2$ — белое нерастворимое основание. На воздухе быстро окисляется кислородом, бурея:
$2Mn(OH)_2 + O_2 \rightarrow 2MnO(OH)_2 \downarrow$ (или $2H_2MnO_3$)
Как и оксид, легко реагирует с кислотами:
$Mn(OH)_2 + 2HCl \rightarrow MnCl_2 + 2H_2O$
- Соли марганца(II) в растворах имеют бледно-розовую окраску. Могут быть окислены сильными окислителями в различных средах. Например, окисление до перманганат-иона в кислой среде:
$2MnSO_4 + 5PbO_2 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2HMnO_4 + 5PbSO_4 \downarrow + 2H_2O$

Ответ: Соединения марганца(II) проявляют основные свойства и являются восстановителями, окисляясь до более высоких степеней окисления.

Соединения марганца в степени окисления +4 ($Mn^{+4}$)

Наиболее устойчивым соединением является диоксид марганца $MnO_2$. Это амфотерное соединение, которое может проявлять как окислительные, так и восстановительные свойства, однако окислительные свойства преобладают.
- Окислительные свойства (особенно в кислой среде):
$MnO_2 + 4HCl \text{(конц.)} \rightarrow MnCl_2 + Cl_2 \uparrow + 2H_2O$
- Кислотные свойства проявляются при сплавлении со щелочами или основными оксидами, особенно в присутствии окислителей, образуя манганаты:
$2MnO_2 + 4KOH + O_2 \xrightarrow{сплавление} 2K_2MnO_4 + 2H_2O$
- Восстановительные свойства проявляются при реакции с более сильными окислителями:
$3MnO_2 + KClO_3 + 6KOH \xrightarrow{сплавление} 3K_2MnO_4 + KCl + 3H_2O$

Ответ: Соединения марганца(IV), в частности $MnO_2$, амфотерны и проявляют сильные окислительные свойства в кислой среде, а также могут выступать в роли восстановителя при взаимодействии с сильными окислителями.

Соединения марганца в степени окисления +6 ($Mn^{+6}$)

Представлены манганатами — солями марганцовистой кислоты $H_2MnO_4$, которая в свободном виде не существует. Манганаты (например, $K_2MnO_4$) имеют зелёный цвет и устойчивы только в сильнощелочной среде.
- В нейтральной или кислой среде манганаты легко диспропорционируют:
$3K_2MnO_4 + 2H_2O \rightleftharpoons 2KMnO_4 + MnO_2 \downarrow + 4KOH$
- Могут быть окислены до перманганатов более сильными окислителями, например, хлором:
$2K_2MnO_4 + Cl_2 \rightarrow 2KMnO_4 + 2KCl$

Ответ: Соединения марганца(VI) (манганаты) неустойчивы, существуют только в щелочных растворах и склонны к диспропорционированию или окислению до соединений марганца(VII).

Соединения марганца в степени окисления +7 ($Mn^{+7}$)

Соединения марганца в высшей степени окисления +7 проявляют ярко выраженные кислотные и окислительные свойства.
- Оксид марганца(VII) $Mn_2O_7$ — кислотный оксид, ангидрид марганцовой кислоты, крайне нестабилен и является мощнейшим окислителем.
- Перманганаты (например, $KMnO_4$ — перманганат калия) — соли марганцовой кислоты, кристаллические вещества фиолетового цвета. Являются сильными окислителями. Продукт восстановления зависит от pH среды.
- В кислой среде ($H^+$): $MnO_4^-$ восстанавливается до бесцветного иона $Mn^{2+}$.
$2KMnO_4 + 10FeSO_4 + 8H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + 5Fe_2(SO_4)_3 + K_2SO_4 + 8H_2O$
(Ионное уравнение: $MnO_4^- + 5Fe^{2+} + 8H^+ \rightarrow Mn^{2+} + 5Fe^{3+} + 4H_2O$)
- В нейтральной среде ($H_2O$): $MnO_4^-$ восстанавливается до бурого осадка $MnO_2$.
$2KMnO_4 + 3K_2SO_3 + H_2O \rightarrow 2MnO_2 \downarrow + 3K_2SO_4 + 2KOH$
(Ионное уравнение: $2MnO_4^- + 3SO_3^{2-} + H_2O \rightarrow 2MnO_2 \downarrow + 3SO_4^{2-} + 2OH^-$)
- В сильнощелочной среде ($OH^-$): $MnO_4^-$ восстанавливается до зелёного манганат-иона $MnO_4^{2-}$.
$2KMnO_4 + K_2SO_3 + 2KOH \rightarrow 2K_2MnO_4 + K_2SO_4 + H_2O$
(Ионное уравнение: $2MnO_4^- + SO_3^{2-} + 2OH^- \rightarrow 2MnO_4^{2-} + SO_4^{2-} + H_2O$)

Ответ: Соединения марганца(VII) являются сильными кислотами ($HMnO_4$) и очень сильными окислителями (перманганаты), чья окислительная способность и продукты восстановления сильно зависят от pH раствора.