Получение марганца разложением его оксалата

В сухую пробирку насыпают примерно 1 г оксалата марганца MnС₂O₄ и нагревают, изредка встряхивая пробирку. Отмечают цвет полученного порошка марганца. Составляют уравнение реакции.

В заключении укажите: к какому типу относится данная реакция?

Опыт 2. Взаимодействие хрома и марганца с кислотами

В 6 пробирок наливают кислоты: HCl, H₂SO₄, HNO₃ концентрированные и разбавленные. В каждую из них шпателем вносят необходимое количество порошка марганца. Наблюдают выделение газов. Составляют уравнения реакций. Аналогичный опыт проводят с хромом.

В выводах укажите:

- От чего зависит продукт восстановления кислоты?

- В каком случае происходит пассивация металла?

Опыт 3. Получение гидроксидов Cr(OH)₃ и Mn(OH)₂ и изучение их свойств

а) к 1 мл раствора соли хрома (3+) доливают ½ мл раствора щелочи. Отмечают цвет малорастворимого гидроксида хрома. Записывают уравнение реакции. Испытывают отношения Cr(OH)₃ к кислоте, избытку щелочи, раствору аммиака. Отмечают окраску растворов. Составляют уравнения реакций.

В заключении укажите:

- В каком случае Cr(OH)₃ растворился? почему?

- Какой кислотно-основный характер у гидроксида хрома (3+)?

б) К 1 мл раствора соли марганца (2+) приливают равный объем NaOH. К полученному осадка гидроксида марганца (2+) добавляют 2 мл раствора Br₂ - бромной воды. Отмечают цвет осадка, записывают уравнения реакции окисления-восстановления.

В заключении укажите: какие свойства Mn(OH)₂ иллюстрирует данная окислительно-восстановительная реакция?

Опыт 4. Каталитические свойства оксидов Cr₂O₃ и MnО₂

а) каталитические свойства Cr₂O₃ (опыт проводят под тягой!)

На керамическую чашку наносят несколько капель нефти. Поверхность капель засыпают Cr₂O₃. Тлеющей лучинкой прикасаются к катализатору, смешивая с нефтью. Наблюдают горения нефти без пламени.

б) каталитические свойства MnО₂

В две пробирки наливают Н₂О₂. В одну из них добавляют шпателем небольшое количество MnО₂. Затем в каждую из пробирок вносят тлеющую лучинку. Записывают уравнение реакции разложения перекиси водорода.

В заключении укажите: какую роль играет MnО₂ в данной реакции?

Опыт 5. Окислительно-восстановительные свойства соединений Cr и Mn

а) восстановительные свойства солей хрома (3+)

К 1 мл соли хрома (3+) приливают избыток КОН до растворения выпадающего сначала осадка и образования K₃[Cr(OH)₆]. Затем добавляют несколько капель 3% раствора Н₂О₂. Нагревают смесь в стакане с горячей водой до перехода зеленого цвета в желтый, что указывает на образование в растворе хромата калия K₂CrО₄.

б) окислительные свойства хроматов

Раствор хромата калия наливают в 4 пробирки (по 1 мл) подкисляют раствором 2н. H₂SO₄. В первую пробирку вносят по каплям раствор сульфида натрия до изменения окраски смеси. Отмечают помутнение раствора. Во вторую пробирку добавляют йодид калия. Определяют с помощью раствора крахмала выделение свободного йода. В третью добавляют раствор сульфата железа (2+), а затем NH₄SCN. Отмечают характерную окраску. В четвертую - Na₂SO₃ до изменения цвета раствора. Записывают уравнения всех четырех реакций, подбирая коэффициенты методом полуреакций.

В заключении укажите:

- До какой степени окисления восстанавливается хром (6+)?

- Почему полуреакции восстановления хромата калия в четырех рассмотренных выше случаях одинаковы?

в) окисление соли марганца (2+) пероксодисульфатом аммония

В пробирку до 1/3 объема наливают воду, добавляют 3-4 кристаллика (NH₄)₂S₂O₈и 3-4 капли раствора катализатора AgNO₃. Нагревают смесь до кипения и добавляют каплю раствора сульфата или нитрата (не хлорида!) марганца. Отмечают появление окраски раствора и записывают уравнение реакции (образуется марганцевая кислота).

г) окислительно-восстановительная двойственность MnО₂

В пробирку помещают 1 микрошпатель оксида марганца(4+) и 2-3 капли концентрированной соляной кислоты. По запаху и цвету определяют, какой газ выделяется? Записывают уравнение реакции. В тигель кладут небольшой кусочек NaOH (пинцетом) и кристаллический нитрат калия. Тигель осторожно нагревают до расплавления смеси и добавляют минимальное количество MnО₂, продолжая нагревание, пока масса не загустеет. Записывают уравнения реакций, с учетом того, что MnО₂ окисляется до Na₂MnО₄.

В выводах укажите, в каком случае MnО₂ является окислителем, а в каком - восстановителем.

Опыт 6. Получение хромовых покрытий (электролитическое хромирование) (элементы НИРС)

Установка для гальванического покрытия (рис.5) состоит из химического стакана (1), эбонитовой покрышки с тремя клеммами (2), стального катода (3), активного металлического анода (4), рубильника (5), реостата (6), амперметра (7):

Рис.5. Схема установки для нанесения покрытий

Медную пластинку тщательно полируют мелом и промывают струей воды. Закрепляют ее в крышке электролизера и присоединяют к отрицательному полюсу источника постоянного тока (катоду), а к другой клемме (+) присоединяют свинцовую пластинку - анод. Наливают электролит: в 200 мл воды растворяют 50 г CrО₃ и добавляют 10 капель 96% H₂SO₄. Электролизер закрывают, ставят в горячую воду (50⁰С). По достижению необходимой температуры устанавливают сопротивление таким образом, чтобы сила тока I составляла 5A. Через 5 минут снижают I до 2,5А. Рабочее напряжение составляет 6-8 В. Электролиз проводят в течение 15-20 минут, после чего разрывают цепь и рассматривают образовавшийся слой хрома.

Свойства металлов VB группы (подгруппы ванадия)

Общая формула металлов VB группы (₂₃V, ₄₁Nb, ₇₃Ta) – (n-1) d³ns², но у элемента ₄₁Nb наблюдается «провал» электрона, то есть, его электронная формула: d⁴ns¹.

↑↓ ↑

₂₃V_{, 73}Ta ↑↑↑ ₄₁Nb ↑↑↑↑

Максимальная положительная степень окисления равна (3 + 2) = 5 или (4 + 1) = 5;

C амая низкая степень окисления +2. Но известны многочисленные соединения металлов со степенями окисления +3 и +4. Наиболее характерные оксиды:

ЭO, Э₂O₃- основные оксиды (Э = V, Nb, Ta);

ЭO₂- амфотерные оксиды;

Э₂O₅- кислотные оксиды (ангидриды кислот).

Для ванадия известны многочисленные разноцветные оксиды нестехиометричного состава: серый VO (VO_0.9-1.2), черный V₂O₃ (VO_1.6-1.8), синий VO₂ (VO_1.8-2.17),красный V₂O₅. Стандартные электродные потенциалы металлов VB группы (Me⁰ - zē → Me^z+) (E, B):

Me = V (-1,19; z = 2); Nb (-1,10; z = 3); Ta (-1,13; z = 5).

При обычных температурах в компактном виде ванадий, ниобий и тантал инертны: только ванадий медленно растворяется в плавиковой кислоте (HF) и концентрированной HNO₃ , образуя соединения ванадия (+5): 3V+5HNO_{3 →}3HNO₃+5NO+H₂O.

Ниобий и тантал растворяются в смеси HNO₃ и HCl («царская водка»), или, лучше, в смеси HNO₃ и HF:

3Nb + 5HNO₃ + 21HF=3H₂[NbF₇] + 5NO + 10H₂O.

В состоянии порошков ванадий, ниобий и тантал реагируют при высоких температурах с большинством окислителей (О₂, S, Se, галогены) с образованием соединений Ме(+5). Порошки V, Nb i Ta адсорбируют водород, образуя твердые растворы смешанного состава.

При обычных условиях наиболее характерны степени окисления +4 и +5, например, МеHal₅, MeO₂Hal, MeOHal₃ , MeOHal₂ (Hal - галоген). В водных растворах указанные соединения гидролизуются. Следует внимательно рассмотреть по учебнику свойства соединений ванадия +2, +3, +4 и +5, обратив особое внимание на склонность V(+4) и V(+5) к реакции полимеризации с образованием изо- и гетерополиванадатов: V₂О₇^4- , V₆О₁₇^4- , НV₆О₁₇^3- , V₁₀О₂₈^6- - и другие. Степень полимеризации зависит от рН и концентрации ионов ванадия в растворе. В нейтральной и щелочной средах ванадий (+5) существует в виде мономерного ванадат-иона VО^3-.

Следует обратить внимание на производство металлов VВ группы и применение их в технике и промышленности (производство сплавов, электронная промышленность, производство стекла и керамики и т.д.).

Задача1. Какая из двух солей: VCl₂ или VCl₅ подлежат большему гидролизу и почему?

Решение. Дихлород ванадия VCl₂ имеет ионный тип связи, поэтому такие соли гидролизуются преимущественно по первой степени и образуют прозрачные растворы:

VCl₂+ HOH ↔ V(OH)Cl + HCl

Пентахлорид VCl₅ - молекула с ковалентной типом связи. Будучи кислотными соединениями, соли такого типа подлежат значительно большему гидролизу. Итак, VCl₅ при взаимодействии с водой сильно гидролизуется с образованием амофорного осадка гидратированного оксида: