Материал: полезная метода

Марганец применяют в качестве добавки к стали для улучшения ее свойств. При добавке ферромарганца к расплавленной стали растворенная в ней сера связывается в сульфид MnS, который не растворяется в металле и уходит в шлак. Непрореагировавший с серой марганец остается в стали, что еще более улучшает ее свойства: повышается твердость, прочность и износоустойчивость. Из марганцовистых сталей изготовляют железнодорожные рельсы, скаты и стрелки, рабочие части дробильных машин, шаровых мельниц и т. п.

Диоксид марганца широко используют в качестве окислителя (деполяризатора) в химических источниках тока. Перманганат калия применяют как окислитель во многих органических синтезах, в аналитической химии (перманганатометрия), в медицине.

Технеций. Технеций, вследствие его радиоактивности и трудности выделения, не получил пока большого применения. Наиболее важным соединением технеция является пертехнетат натрия NaTcO4 (с.о. технеция +5) - очень эффективный ингибитор коррозии металлов, применяющийся для защиты от коррозии важнейших узлов ядерных реакторов, точных приборов и т. д.

Рений. Рений - металл, обладающий исключительно ценными свойствами (тугоплавкость, механическая прочность, хорошая электропроводность, устойчивость к действию химических реагентов и др.). Рений используют в вакуумной электротехнике; добавка его к вольфраму делает нить для ламп накаливания более долговечной. Из железных листов с электролитическим рениевым покрытием изготовляют цистерны и баки для перевозки соляной кислоты. Рений и его соединения используют в химической промышленности в качестве катализаторов.

§3. Лабораторная работа «Свойства элементов VII Б группы ПС Д.И.Менделеева и их соединений»

Опыт 1. Получение и свойства гидроксида марганца (II).

В пробирку налейте 20 капель раствора сульфата марганца (II) и прибавьте столько же раствора гидроксида натрия. Отметьте цвет осадка. Распределите осадок в 4 пробирки. В одну прибавьте немного раствора разбавленной соляной кислоты. В другую - разбавленного раствора гидроксида натрия. В какой из пробирок осадок растворится? Каков характер дигидроксида марганца? Составьте уравнения реакций. Третью пробирку оставьте открытой и наблюдайте как изменится цвет осадка. В четвертую пробирку прибавьте несколько капель пероксида водорода. Составьте уравнения реакций.

Опыт 2. Окисление солей марганца (II).

349

а) К 10 каплям раствора сульфата марганца прибавьте раствор гидроксида натрия и бромной воды. Наблюдайте побурение осадка (образование оксида марганца (IV)). Составьте уравнение реакции.

б) Насыпьте в пробирку немного порошка оксида свинца (IV) или сурика, прилейте 1 мл концентрированной азотной кислоты и 2 капли

PbO2 + HNO3 + MnSO4 = Pb(MnO4)2 + Pb(NO3)2 + PbSO4 + H2O

Напишите электронно-ионную схему. Опыт 3. Получение манганата калия.

Сплавьте в пробирке немного бертолетовой соли с кусочком едкого калия и несколькими крупинками оксида марганца (IV). По охлаждении получается сплав зеленого цвета. Его растворите в небольшом количестве воды. Образуется раствор манганата калия зеленого цвета.

KClO3 + KOH + MnO2 = K2MnO4 + KCl + H2O

Напишите электронно-ионную схему. Опыт 4. Окисление манганата калия.

К 5-6 каплям зеленого раствора манганата калия добавляйте понемногу хлорной воды до изменения его цвета в фиолетово-красный. Составьте уравнение реакции и электронно-ионную схему.

Опыт 5. Окислительные свойства манганата калия.

а) К 5-6 каплям зеленого раствора манганата калия (натрия) прибавьте немного раствора сульфита натрия, нагрейте и наблюдайте образование бурого осадка.

Составьте уравнение реакции и электронно-ионную схему.

б) К 5-6 каплям зеленого раствора манганата калия прибавьте раствор сернистой кислоты до обесцвечивания.

Составьте уравнение реакции и электронно-ионную схему. Опыт 6. Пиролиз перманганата калия.

В сухой пробирке нагрейте несколько кристаллов перманганата калия. Докажите, что при разложении их выделяется кислород. Продолжайте нагревание до прекращения выделения кислорода. Охладите и растворите содержимое пробирки в небольшом количестве воды. Наблюдайте образование зеленого раствора манганата калия и бурого осадка оксида марганца (IV). Составьте уравнение реакции.

Опыт 7. Окисление перманганата-иона в кислом, нейтральном и щелочном растворах.

Налейте в три пробирки по 5-7 капель раствора перманганата калия. В одну из них добавьте такой же объем разбавленной серной кислоты, в другую ничего не добавляйте, в третью добавьте концентрированного раствора NaOH. Во все три пробирки прибавьте по каплям раствор

350

сульфита натрия. Отметьте изменения в окраске растворов и напишите эти реакции в электронно-ионном виде.

Опыт 8. Влияние кислотности среды на скорость окисления.

В две пробирки налейте по 5-6 капель раствора перманганата калия. Добавьте в одну пробирку 0,5 мл разбавленной серной кислоты, во вторую пробирку - столько же разбавленной уксусной кислоты. Затем в каждую добавьте по 0,5 мл раствора бромида калия. Наблюдайте исчезновение в первой пробирке окраски сразу, во второй - через несколько минут. Сделайте вывод о влиянии кислотности среды на скорость окисления перманганата калия.

Напишите уравнения реакций в электронно-ионном виде.

§4. Задачи для самостоятельного решения.

1.Укажите степень окисления марганца в соединениях: Mn2O3, Mn3O4, MnO2, изобразите их формулы графически.

2.Составьте уравнения следующих реакций:

Cr2(SO4)3 + KMnO4 + KOH K2CrO4 + H2MnO4 + ...

Mn(NO3)2 + KOH + H2O2 K2MnO4 + H2O + ...

Mn(NO3)2 + (NH4)2S2O8 + HNO3 HMnO4 + (NH4)2SO4 + ...

MnO2 + HNO3 + H2O2 Mn(NO3)2 + O2

3. Сколько граммов перманганата калия потребуется для окисления

7,6 г сульфата железа (II) в нейтральном и кислом растворах?

Ответ: 2,63 г; 1,58 г.

351

ТЕМА 13. ЭЛЕМЕНТЫ VIII Б ГРУППЫ ПЕРИОДИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕМЕНТОВ Д.И.МЕНДЕЛЕЕВА

Вопросы к занятию.

1.Положение железа, кобальта и никеля в периодической системе, их электронные формулы и характерные степени окисления.

2.Физические свойства железа, кобальта и никеля.

3.Химические свойства железа, кобальта и никеля: отношение к кислотам, щелочам, неметаллам.

4.Кислотно-основные свойства оксидов и гидроксидов элементов подгруппы железа.

5.Способность железа, кобальта и никеля к комплексообразованию.

§1. Общая характеристика подгруппы хрома на основе электронной структуры.

Побочную подгруппу VIII группы периодической системы составляют элементы железо Fe, кобальт Со, никель Ni, рутений Ru, родий Rh, палладий Pd, осмий Os, иридий Ir и платина Pt, которые расположены в трех триадах. Эти переходные металлы группируют по общим химическим свойствам либо в семейство железа (Fe, Со, Ni) и в подгруппу платины

(Ru, Rh, Pd, Os, Ir, Pt), либо в подгруппы железа (Fe, Ru, Os), кобальта (Co, Rh, Ir) и никеля (Ni, Pd, Pt). В данной лекции наиболее важным является рассмотрение свойств d-элементов VIII группы IV периода, т.е. семейства железа.

Электронное строение атомов: 26Fe [Ar]4s23d6, 27Co [Ar]4s23d7, 28Ni [Ar]4s23d8. Атомы элементов семейства железа имеют на внешнем электронном уровне по два электрона, которые они отдают в химических реакциях. Кроме этого, в образовании химических связей участвуют и электроны d-подуровня предвнешнего уровня. В своих устойчивых соединениях эти элементы проявляют степени окисления +2 и +3.

352

Элементы железо, кобальт и никель образуют триаду железа, или семейство железо. Атомы элементов триады железа имеют на внешнем энергетическом уровне по 2 электрона, которые они отдают в химических реакциях. Однако в образовании химических связей участвуют и электроны 3d-орбиталей второго снаружи уровня. В своих устойчивых соединениях, эти элементы проявляют степень окисления +2, +3. Образуют оксиды состава RO и R2О3. Им соответствуют гидроксиды состава R(OH)2 и R(ОН)3.

Для элементов триады (семейства) железа характерно свойство присоединять нейтральные молекулы, например, оксида углерода (II).

Карбонилы Ni(CO)4, Fe(CO)5 (жидкости при t = 20 ¸ 60 ° C) и Со(СО)8

(кристаллы с tпл>200 ° C, нерастворимые в воде и ядовитые) используются для получения сверхчистых металлов.

Кобальт и никель менее реакционноспособны, чем железо. При обычной температуре они устойчивы к коррозии на воздухе, в воде и в различных растворах. Разбавленные соляная и серная кислоты легко растворяют железо и кобальт, а никель — лишь при нагревании. Концентрированная азотная кислота все три металла пассивирует.

Металлы семейства железа при нагревании взаимодействуют с кислородом, парами воды, галогенами, серой, фосфором, кремнием, углем и бором. Наиболее устойчивыми являются соединения железа (III), кобальта (II) и никеля (II) – для них известны почти все соли.

Железо, кобальт и никель в ряду стандартных электродных потенциалов расположены до водорода. Поэтому они распространены в природе в виде соединений (оксиды, сульфиды, сульфаты, карбонаты), в свободном состоянии встречаются редко — в виде железных метеоритов.

353