Свойства металлов подгруппы Cr и Mn и их соединений

Элементы обеих подгрупп относят к семейству d - металлов. Для хрома и молибдена характерно явление провала электрона: ((n-1)d⁵ns¹), в отличие от вольфрама (5d⁴6s²), у которого провал электронов не наблюдается:

Cr, Mo W

Высшая степень окисления этих элементов (+6) соответствует номеру группы и определяется суммой электронов, находящихся на s-подуровне внешнего и d-подуровне предпоследнего электронного уровня. Для элементов подгруппы марганца (Mn, Tc, Re) валентные электроны распределены в соответствии с формулой ((n-1) d⁵ns²):

Высшая степень окисления +7 соответствует номеру группы, наименьшая положительная степень окисления +2. Однако существует целый ряд промежуточных степеней окисления (см. список рекомендованной литературы). С повышением степени окисления усиливаются кислотные свойства оксидов и соответствующих им гидроксидов, а основные ослабевают.

Наиболее характерные оксиды:

CrО Cr₂O₃ CrО₃

MnО MnО₂ MnО₃ , Mn₂O₇

основные амфотерные кислотные

кислотные свойства усиливаются →

Амфотерность оксидов Cr₂O₃, MnО₂или соответствующих им гидроксидов можно доказать в реакциях их с кислотами и щелочами.

С повышением степени окисления элемента усиливаются окислительные свойства данного соединения, а восстановительные ослабевают, то есть:

Cr⁺² ® Cr⁺³ ® Cr⁺⁶

Mn⁺² ® Mn⁺⁴ ® Mn⁺⁷

усиливаются окислительные свойства

усиливаются восстановительные свойства

Окислительная способность ионов в максимальной степени окисления в значительной степени зависит от среды, в которой протекает окислительно-восстановительная реакция, и сильнее всего проявляется в кислой среде.

В растворе Cr⁺⁶ и Mn⁺⁷ существуют в виде ионов CrО₄^2-, Cr₂O₇^2- (или других более сложных ионов) и MnО₄^- соответственно. Для элементов подгруппы хрома (Cr, Mo, W) характерно образование сложных изополи- и гетерополианионов: [Cr₃O₁₀]^2- -трихроматы, [Cr₄O₁₃]^2- -тетрахроматы. Все указанные элементы - хорошие комплексообразователи. Они образуют широкий спектр комплексных соединений, отличающихся по геометрическому строению, химическому составу и степеням окисления центрального атома:

Mn^-3: Na₃[Mn(NO)₃CO];

Cr^-2: Na₂[Cr(CO)₅]; Mn^-2: Na₂[Mn(фталоцианин)];

Cr^-1: Na₂[Cr₂(CO)₁₀]; Mn^-1:Na[Mn(CO)₅];

Cr⁰: Cr(CO)₆; Mn⁰: Mn₂(CO)₁₀;

Mn⁺¹: Mn(CO)₅Cl;

Cr⁺²: CrF₂, CrCl₂, [Cr(bipy)₂]²⁺; Mn⁺²: K₂[MnCl₄], [Mn(H₂O)₆]Cl₂;

Cr⁺³: [Cr(NH₃)₆]³⁺, Na[Cr(OH)₄]; Mn⁺³: K₂[MnCl₅];

Cr⁺⁴: K₂[CrF₆]; Mn⁺⁴: K₂[MnCl₆];

Cr⁺⁵: K₂[CrOCl₅];

Cr⁺⁶: Na₂CrO₄, CrO₂Cl₂. Mn⁺⁶: K₂MnO₄;

Mn⁺⁷: KMnO₄, MnO₃F.

Задача 1. Определите продукты реакции, подберите коэффициенты в уравнении и определите Э.Д.С. реакции: Na₃[Cr(OH)₆] + Br₂ + NaOH =

Решение. В составе гексагидроксохромита хром(3+) в щелочной среде является восстановителем, а бром - окислителем, тогда, применив ионно-электронный метод, следует записать:

[Cr(OH)₆ ]^3-+ 2OH^- - 3 ® CrO₄^2- + 4H₂O 2 E⁰= -0,13 B

+ 2 ® 2 Br^- 3 E⁰= 1,065 B

2 [Cr(OH)₆]^3- + 3Br₂ + 4OH^- = 2 Cr₄^2- + 8H₂O₊6 Br^-

Таким образом, в продуктах реакции: вода, бромид натрия, хромат натрия. Уравнение имеет молекулярный вид:

2 Na₃[Cr(OH)₆] + 3 Br₂ + 4NaOH ® 2 Na₂CrО₄ + 6 NaBr + 8 H₂O

Э.Д.С. = Е_ок. – Е _восст. = 1,065 – (-0,13) = 1,195 В.

Задача 2. Допишите уравнения реакций, подберите коэффициенты и рассчитайте массу 10% раствора HCl, необходимую для выделения 44,8 л (н.у.) Cl₂ в реакциях, указанных ниже:

а) KMnО₄ + HCl ® Cl₂ ....

б) K₂Cr₂O₇ + HCl ® Cl₂ ...

Решение. Подберем коэффициенты в этих уравнениях, используя ионно-электронный метод:

а) ;