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文档简介
1、高考题的常客:锰元素及其化合物一、锰元素及其化合物有很多的应用,现在具体来了解一些常见的。锰(Manganese)元素符号Mn,原子序数25,原子量54.94,外围电子排布3d54s2,位于第四周期B族。原子半径124皮米,第一电离能727kJ/mol,电负性1.5。主要氧化数+2、+4、+6、+7。银白色金属,硬而脆,密度7.20g/cm3,熔点1244+3,沸点1962。固态时有四种同素异形体,常温下为锰。在空气中易氧化生成褐色氧化物覆盖层。燃烧时生成四氧化三锰。红热时与水反应生成四氧化三锰和氢。溶于稀盐酸、稀硫酸生成二价锰盐。高温时跟卤素、硫、磷、碳、氮直接化合。用于制合金,少量锰能改善
2、钢的抗冲击性能,锰铁用作炼钢过程的脱氧、脱硫添加剂。还用于冶炼铝合金、镁合金。1774年瑞典人甘恩用木炭跟软锰矿共热得到锰。主要矿物有软锰矿MnO2·xH2O、黑锰矿Mn3O4,最近发现大洋底部有大量锰结核矿。在地壳中丰度为0.1%。用铝还原软锰矿制得。二氧化锰(manganese dioxide)分子式MnO2,分子量86.94,黑色结晶体或无定形粉末。密度5026g/cm3。熔点390。不溶于水和硝酸。在热浓硫酸中放出氧而生成硫酸亚锰。在盐酸中放出氯而生成氯化亚锰。与苛性碱和氧化剂共熔,放出二氧化碳而生成高锰酸盐。在535分解成三氧化二锰和氧。是强氧化剂。用作干电池去极剂,合成工
3、业的催化剂和氧化剂,玻璃工业和搪瓷工业的着色剂、消色剂、脱铁剂等。用于制造金属锰、特种合金、锰铁铸件、防毒面具和电子材料铁氧体等。另外,还可用于橡胶工业以增加橡胶的粘性。硫酸锰(Manganous sulfate)分子式MnSO4,分子量151,白色或微红色细小结晶体。无嗅味苦。密度295g/cm3。加热到200以上开始失去结晶水,500左右变为无水物。易溶于水,不溶于醇。无机工业用于电解锰生产和制备各种锰盐。涂料工业用于生产催干剂(环烷酸锰和亚麻仁油酸锰等),金属制品的磷化剂(酸式磷酸锰)。农业上是重要微量元索肥料,也是植物合成叶绿素的催化别。施以适量的硫酸锰溶液,可使多种经济作物生长良好,
4、增加产量。硝酸锰(Manganese nitrate)分子式Mn(NO3)2,分子量143,无色或玫瑰红色单斜晶系结晶。相对密度1.82。熔点25.8。沸点129.4。易溶于水、微溶于醇。工业品通常为含61%和70%的硝酸锰溶液。用于制纯二氧化锰;也用于金属表面磷化处理, 陶瓷着色, 制催化剂等。溶液装于塑料桶内,外用木板箱包装,每桶净重25kg。属二级无机氧化剂,危规编号:23023。应贮存于通风、干燥的库房中。应防止受潮、受热。运输时防雨淋和日光曝晒。装卸时要轻拿轻放,防止包装破损。失火时,可用水、砂土和各种灭火器扑救。碳酸锰(Manganese carbonate)又称锰白,分子式MnC
5、O3,分子量114.95,玫瑰色三角晶系菱形晶体或无定形亮白棕色粉末。相对密度3.125。几乎不溶于水,微溶于含二氧化碳的水中。溶于稀无机酸,微溶于普通有机酸中,不溶于醇和液氨。在干燥空气中稳定。潮湿时易氧化,形成三氧化二锰而逐渐变为棕黑色,受热时分解放出二氧化碳。与水共沸时即水解。在沸腾的氢氧化钾中,生成氢氧化锰。广泛用作脱硫的催化剂, 瓷釉颜料, 锰盐原料, 也用于肥料, 医药, 机械零件和磷化处理。硬酯酸锰(manganese stearate)分子式C36H70O4Mn,结构式C17H35COO-Mn-OOCC17H35,淡红色至粉红色细微粉末。分子量621.0。熔点100-110。不
6、溶于水。溶于乙醚、氯仿、石油。遇芳香族烃类或脂肪族烃类生成胶状物。遇强酸分解为硬脂酸和相应的锰盐。一般商品中含有一定比例的棕榈酸锰。生产方法:主要采用复分解法。以硬脂酸为原料,先加热熔融,与氢氧化钠溶液进行皂化反应,然后与硫酸锰进行复分解反应,最后经洗涤、离心脱水、干燥而得。用途:阴离子型表面活性剂。主要用作膏霜类化妆品的助乳化剂、增稠剂和润肤剂。具有良好的乳化作用,有利于保持油包水型乳化体的稳定性。酸式磷酸锰(Manganous dihydrogen phosphate)又称马日夫盐,分子式Mn(H2P04)2 ,分子量24894,白色到灰白色或带微红色的结晶体。吸湿性较强。易溶于水并水解,
7、水溶液呈酸性。不溶于醇。与氧化物接触极易引起变质。有腐蚀作用。常以水合物形式出现。水合物在100以上时脱水。主要用作钢铁防锈的磷化剂。特别适用于大型机械设备,经磷化处理后涂上油漆,可防止设备受大气侵蚀,并可提高绝缘性。物理性质 溶解性:Mn()强酸盐易溶,弱酸盐(MnCO3、硫化物),氧化物,氢氧化物为难溶(但可溶于稀酸)。 Mn(H2O)62+离子颜色 苹果绿色 Mn()的还原性:酸性介质中稳定,碱性介质中不稳定,易被氧化例:在Mn2+盐溶液中加OH-,生成Mn(OH)2 白色沉淀,而后在空气中迅速被氧化生成MnO(OH)2的棕褐色沉淀。Mn2+ + 2OH- Mn(OH)2白色2Mn(OH
8、)2 + O2 2MnO(OH)2棕褐色化学性质酸性介质中,能被一些强氧化剂所氧化:2Mn2+ + 5S2O82-+ 8H2O2MnO4-+ 10SO42-+ 16H+2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ 2MnO4- + 5Na+ + 5Bi3+ + 7H2O2Mn2+ + 5PbO2 + 4H+ 2MnO4- + 5Pb2+ + 2H2O其中Mn2+的鉴定常用NaBiO3为氧化剂在H2SO4或HNO3介质下反应。Mn()最重要的化合物是 MnO2 ,它大量用于生产锌锰干电池。MnO2性状为:黑色粉状固体,难溶于水,在自然界中以软锰矿(MnO2·xH2O)形式存在 强氧化性
9、 (E0MnO2/Mn2+ = 1.23V)MnO2(S) + 4HCl(浓)MnCl2 + Cl2+ 2H2O2MnO2(S) + 2H2SO4(浓)2MnSO4 + O2 + 2H2O 碱熔条件下可被强氧化剂氧化为MnO42-2MnO2 + 4KOH + O2 2K2MnO4 + 2H2O3MnO2 + 6KOH + KClO33K2MnO4 + KCl +3H2OMn()的存在形式:MnO42- 绿色,最重要的化合物是:Na2MnO4和K2MnO4 。在酸、中或弱碱条件下MnO42-均会发生歧化反应:3MnO42- + 2H2O MnO2 + 2MnO4- + 4OH-3MnO42- +
10、 4H+ MnO2 + 2MnO4- + 2H2OMn()的主要形式: MnO4-紫色;最重要的化合物是KMnO4。 受热或光照会分解2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O24MnO4- + 4H+ 3O2 + 2H2O + 4MnO2KMnO4应置于阴凉避光处保存,常用棕色瓶存放。 强氧化性:酸性介质:KMnO4氧化性很强,还原产物为Mn2+2MnO4- + 5SO32- + 6H+ 2Mn2+ + 5SO42- + 3H2OMnO4- + 5Fe2+ + 8H+ Mn2+ + 5Fe3+ + 4H2O(用于定量测定铁含量)2MnO4- + 5H2C2O4 + 6H+ 2Mn2+
11、+ 10CO2 + 8H2O(用于KMnO4浓度标定) 中性、弱碱性介质还原产物为MnO22MnO4- + I- + H2O 2MnO2 + IO3- + 2OH- 碱性介质中,还原产物为MnO42-2MnO4- + SO32- + 2OH- 2MnO42- + SO42-+ H2O 与浓H2SO4反应可生成Mn2O72KMnO4 + 2H2SO4(浓) Mn2O7 + 2KHSO4 + H2OMn2O7具有极强的氧化性,若受热会迅速分解产生爆炸,与有机物作用剧烈反应而着火,溶于CCl4中能较为稳定。KMnO4是一优良的氧化剂,在分析化学中被用作氧化还原滴分析的氧化剂,还用于漂白棉、毛丝织品、
12、油类的脱色剂,稀溶液被广泛用于医药卫生中的杀菌消毒剂。用途 KMnO4是一优良的氧化剂,在分析化学中被用作氧化还原滴分析的氧化剂,还用于漂白棉、毛丝织品、油类的脱色剂,稀溶液被广泛用于医药卫生中的杀菌消毒剂。二、铬元素及其化合物的性质反应1. 铬在酸性条件下,用锌还原Cr3+或Cr2O72-,均可得到天蓝色的Cr2+2Cr3 Zn 2Cr2 Zn2Cr2O72- 4Zn 14H+ 2Cr2 4Zn2 7H2O灰绿色的Cr(OH)3呈两性:Cr(OH)3 3H+ Cr3
13、; 3H2OCr(OH)3 OH- Cr(OH)4(亮绿色)向含有Cr3的溶液中加入Na2S并不生成Cr2S3,因为Cr2S3在水中完全水解:2Cr3 3S2- 6H2O 2Cr(OH)3 3H2S在碱性溶液中,Cr(OH)4具有较强的还原性,可被H2O2氧化为CrO42-:2Cr(OH)4- 3H2O2 2OH- 2CrO42- 8H2O但在酸性溶液中,Cr3的还原性较弱,只有象K2S2O8或KMnO4等强氧化剂才能将Cr3氧化为Cr2O72-:2Cr3 3S2O82-
14、160; 7H2O Cr2O72- 6SO42- 14H+在酸性溶液中,Cr2O72-是强氧化剂,例如:K2Cr2O7 14HCl(浓) 2CrCl3 3Cl2 2KCl 7H2O重铬酸盐的溶解度较铬酸盐的溶解度大,因此,向重铬酸盐溶液中加Ag+、Pb+、Ba2+等离子时,通常生成铬酸盐沉淀,例如:Cr2O72- 4Ag+ H2O 2Ag2CrO4(砖红色) 2H+Cr2O72- 2Ba2+ H2O 2BaCrO4(黄色) 2H+在酸性溶液中,Cr2O72-与H2O2能生成深蓝色的加合物CrO5,但
15、它不稳定,会很快分解为Cr3和O2。若被萃取到乙醚或戊醇中则稳定得多。主要反应为:Cr2O72- 4H2O2 2H+ 2CrO(O2)2(深蓝) 5H2OCrO(O2)2 (C2H5)2O CrO(O2)2 (C2H5)2O(深蓝)4CrO(O2)2 12H+ 4Cr3 7O2 6H2O此反应用来鉴定Cr()或Cr()。2. 锰Mn(OH)2易被氧化Mn2+ 2OH- Mn(OH)2(s)(白色)2Mn(OH)2 O2 2MnO(OH)2(s
16、)(棕色)在浓硫酸中,MnSO4与KMnO4反应可生成深红色的Mn3+(实际是硫酸根的配合物):MnO4- 4Mn2+ 8H+ 5Mn3+ 4H2OMn3+可存在于浓硫酸中,若酸度降低,则Mn3+歧化为Mn2+和MnO2:2Mn3+ 2H2O Mn2+ MnO2(s) 4H+在中性或近中性的溶液中,MnO4-与Mn2+反应生成MnO2:2MnO4- 3Mn2+ 2H2O 5MnO2(s) 4H+在酸性介质中,MnO2是较强的氧化剂,本身被还原为Mn2+:2MnO2 2H2SO4(浓) 2
17、MnSO4 O2 2H2OMnO2 4HCl(浓) MnCl2 Cl2 2H2O后一反应用于实验室中制取少量氯气。在强碱性溶液中,MnO4-能发生下列反应,生成浅蓝色的不稳定的MnO3-,并放出氧气:2MnO4- 2MnO3- O2MnO3-进一步歧化反应:2MnO3- MnO42- MnO2在强碱条件下,强氧化剂能把MnO2氧化成绿色的MnO42-2MnO4- MnO2 4OH- 3MnO42- 2H2OMnO42-只在强碱性(pH13.
18、5)溶液中才能稳定存在,在中性或酸性介质中,MnO42-发生歧化反应:3MnO42- 4H+ 2MnO4- MnO2 2H2O在有硝酸存在下,Mn2+可被NaBiO3或PbO2氧化成MnO4-,例如:5NaBiO3 2Mn2+ 14H+ 2MnO4- 5Bi3+ 5Na+ 7H2O高考攻略:锰 铬及其化合物的性质实验实验目的1. 了解铬和锰的各种常见化合物的生成和性质。2. 掌握铬和锰各种氧化态之间的转化条件。3. 了解铬和锰化合物的氧化
19、还原性及介质对氧化还原性产物的影响。实验原理1. 铬在酸性条件下,用锌还原Cr3+或Cr2O72-,均可得到天蓝色的Cr2+2Cr3 Zn 2Cr2 Zn2Cr2O72- 4Zn 14H+ 2Cr2 4Zn2 7H2O灰绿色的Cr(OH)3呈两性:Cr(OH)3 3H+ Cr3 3H2OCr(OH)3 OH-
20、160;Cr(OH)4(亮绿色)向含有Cr3的溶液中加入Na2S并不生成Cr2S3,因为Cr2S3在水中完全水解:2Cr3 3S2- 6H2O 2Cr(OH)3 3H2S在碱性溶液中,Cr(OH)4具有较强的还原性,可被H2O2氧化为CrO42-:2Cr(OH)4- 3H2O2 2OH- 2CrO42- 8H2O但在酸性溶液中,Cr3的还原性较弱,只有象K2S2O8或KMnO4等强氧化剂才能将Cr3氧化为Cr2O72-:
21、2Cr3 3S2O82- 7H2O Cr2O72- 6SO42- 14H+在酸性溶液中,Cr2O72-是强氧化剂,例如:K2Cr2O7 14HCl(浓) 2CrCl3 3Cl2 2KCl 7H2O重铬酸盐的溶解度较铬酸盐的溶解度大,因此,向重铬酸盐溶液中加Ag+、Pb+、Ba2+等离子时,通常生成铬酸盐沉淀,例如:Cr2O72- 4Ag+ H2O
22、 2Ag2CrO4(砖红色) 2H+Cr2O72- 2Ba2+ H2O 2BaCrO4(黄色) 2H+在酸性溶液中,Cr2O72-与H2O2能生成深蓝色的加合物CrO5,但它不稳定,会很快分解为Cr3和O2。若被萃取到乙醚或戊醇中则稳定得多。主要反应为:Cr2O72- 4H2O2 2H+ 2CrO(O2)2(深蓝) 5H2OCrO(O2)2 (C2H5)2O
23、; CrO(O2)2 (C2H5)2O(深蓝)4CrO(O2)2 12H+ 4Cr3 7O2 6H2O此反应用来鉴定Cr()或Cr()。2. 锰Mn(OH)2易被氧化Mn2+ 2OH- Mn(OH)2(s)(白色)2Mn(OH)2 O2 2MnO(OH)2(s)(棕色)在浓硫酸中,MnSO4与KMnO4反应可生成深红色的Mn3+(实际是硫酸根的配合物):MnO4- 4M
24、n2+ 8H+ 5Mn3+ 4H2OMn3+可存在于浓硫酸中,若酸度降低,则Mn3+歧化为Mn2+和MnO2:2Mn3+ 2H2O Mn2+ MnO2(s) 4H+在中性或近中性的溶液中,MnO4-与Mn2+反应生成MnO2:2MnO4- 3Mn2+ 2H2O 5MnO2(s) 4H+在酸性介质中,MnO2是较强的氧化剂,本身被还原为Mn2+:2MnO2 2
25、H2SO4(浓) 2MnSO4 O2 2H2OMnO2 4HCl(浓) MnCl2 Cl2 2H2O后一反应用于实验室中制取少量氯气。在强碱性溶液中,MnO4-能发生下列反应,生成浅蓝色的不稳定的MnO3-,并放出氧气:2MnO4- 2MnO3- O2MnO3-进一步歧化反应:2MnO3- MnO42- MnO2在强碱条件下,强氧化剂能把MnO2氧化成绿色的MnO42-2MnO4
26、- MnO2 4OH- 3MnO42- 2H2OMnO42-只在强碱性(pH13.5)溶液中才能稳定存在,在中性或酸性介质中,MnO42-发生歧化反应:3MnO42- 4H+ 2MnO4- MnO2 2H2O在有硝酸存在下,Mn2+可被NaBiO3或PbO2氧化成MnO4-,例如:5NaBiO3 2Mn2+ 14H+ 2MnO4- 5
27、Bi3+ 5Na+ 7H2O试剂和仪器1. 仪器:离心机2. 试剂 碱:NaOH(2mol·L1 6mol·L1 40) NH3·H2O(2mol·L1)酸:HNO3(6mol·L1 浓) H2SO4(1mol·L1 6mol·L1 浓) HCl(2mol·L1 6mol·L1 浓) H2S(饱和)盐:Pb(NO3)(0.1
28、mol·L1) AgNO3(0.1mol·L1) MnSO4(0.1mol·L1 0.5mol·L1) Cr2(SO4)3(0.1mol·L1) Na2SO3(0.1mol·L1) Na2S(0.1mol·L1) CrCl3(0.1mol·L1) K2CrO4(0.1mol·L1) KMnO4(0.01 mol·L1) K2Cr2O7(0.1mol·L1)NaCO3(1
29、0;mol·L1)固体:锌粉 K2S2O8 NaBiO3 PbO2 KMnO4 MnO23. 其它:戊醇(或乙醚) H2O2(3) 淀粉碘化钾试纸实验过程1.铬的化合物的性质(1)Cr2+的生成在1mLCrCl3(0.1mol·L1)溶液中加入1mLHCl(6mol·L1)溶液,再加少量锌粉,微热至有大量气体逸出,观察溶液的颜色由暗绿变为天蓝色。用滴管将上部清液转移到另一支试管中,在其中加入数滴浓HNO3,观察溶液的颜色有何变化?写出反应方程式。(2)氢氧化铬的生成和酸碱性用CrCl3
30、(0.1mol·L1)溶液和NaOH(2mol·L1)溶液生成Cr(OH)3,检验它的酸碱性。(3)Cr()的还原性a. 在CrCl3(0.1mol·L1)溶液中加入过量的NaOH(2mol·L1)溶液使呈亮绿色,再加入H2O2(3)溶液,微热,观察溶液颜色的变化,写出反应方程式。b. 在Cr2(SO4)3(0.1mol·L1)溶液中加少量的K2S2O8(s),酸化,加热,观察溶液颜色的变化,写出反应式。(4)Cr3+在Na2S溶液中的完全水解在Cr2(SO4)3(0.1mol·L1)溶液中加Na2S(0.1mol
31、·L1)溶液有何现象(可微热)?怎样证明有H2S逸出?写出反应方程式。(5)CrO42和Cr2O72的相互转化a. 在K2CrO4(0.1mol·L1)溶液中逐滴加入H2SO4(2mol·L1)溶液,然后逐滴加入NaOH(2mol·L1),观察溶液颜色的变化。b. 在两支试管中分别加入几滴K2CrO4(0.1mol·L1)溶液和几滴K2Cr2O7(0.1mol·L1)溶液,然后分别滴入Pb(NO3)2(0.1mol·L1)溶液,比较两试管中生成沉淀的颜色。解释现象,写出反应方程式。c. 用AgN
32、O3(0.1mol·L1)溶液代替Pb(NO3)2溶液,重复1(5)b实验。(6)Cr()的氧化性a. 在K2Cr2O7(0.1mol·L1)溶液中滴加H2S溶液(饱和),有何现象?写出反应方程式。b. 取少量K2Cr2O7(s),加入10滴浓HCl,加热,检查逸出的气体并观察溶液颜色的变化。写出反应方程式。(7)Cr3+的鉴定取5滴含有Cr3+的溶液,加入过量的NaOH(6mol·L1)溶液,使溶液呈亮绿色,然后滴加H2O2(3)溶液,微热至溶液呈黄色,待试管冷却后,再补加几滴H2O2和0.5mL戊醇(或乙醚),慢慢滴入HNO3(6mol·L1)溶液,摇荡试管,戊醇层中出现深蓝色,表示有Cr3+存在。写出各步反应方程式。2. 锰的化合物的性质(1)Mn(OH)2的生成和性质在3支试管中各加入0.5mL的MnSO4(0.1mol·L1)溶液,再分别加入NaOH(2mol·L1)溶液至有白色沉淀生成;在两支试管中迅速检查Mn(OH)2的酸碱性;另一支试管在空气中振荡,观察沉淀颜色的变化。解释现象,写出反应方程式。(2)MnS的生成和性质在MnSO4(0.1mol·L1)溶液中滴加H2S溶液(饱和),有无沉淀生成?再向试管中加NH3·H2O(2mol·
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