Марганец, цинк и серебро

Марганец

Содержится в количестве 0,03% по массе в земной коре. Наряду с железом и его сплавами относится к черным металлам.

Оксид меди II

Для соединений марганца характерны степени окисления +2, +3, +4, +6 +7. В соединения +2 и +3 марганец проявляет основные свойства, +4 - амфотерные, +6, +7 - кислотные.

Степени окисления марганца и его свойства

Наиболее известными минералами, в которых содержится марганец, являются:

  • MnO2 - пиролюзит
  • MnO(OH) - бурая марганцевая руда, манганит
  • 3Mn2O3*MnSiO3 - браунит

Природные соединения марганца

Получают марганец алюминотермией, восстановлением коксом, электролизом.

MnO2 + Al = (t) Al2O3 + Mn

MnO2 + C = (t) Mn + CO

MnSO4 + H2O = (электролиз) Mn + O2 + H2SO4

Химические свойства

  • Реакции с неметаллами
  • На воздухе марганец вступает во взаимодействие с кислородом, пассивируется: на поверхности металла образуется оксидная пленка.

    Mn + O2 = MnO2

    При нагревании марганец реагирует с азотом, углеродом, кремнием, бором и фосфором.

    Mn + N2 = (t) Mn3N2

    Mn + C = (t) Mn3C

    Mn + Si = (t) Mn2Si

    Mn + P = (t) Mn3P2

    Нитрид марганца
  • Реакция с водой
  • При нагревании марганец вытесняет водород из воды.

    Mn + H2O = (t) Mn(OH)2 + H2

  • Реакции с кислотами
  • Марганец стоит в ряду напряжений до водорода и способен вытеснить его из кислот.

    Mn + HCl = MnCl2 + H2

    Под воздействием кислот, которые обладают окислительными свойствами, марганец окисляется.

    Mn + H2SO4(конц.) = MnSO4 + SO2 + H2O

    Mn + HNO3(конц.) = (t) Mn(NO3)2 + NO2 + H2O

    Mn + HNO3(разб.) = (t) Mn(NO3)2 + NO + H2O

    Реакция марганца с азотной кислотой

Соединения марганца II

Для соединений марганца II характерны основные свойства. Оксид марганца II может быть получен разложением карбоната марганца, либо восстановлением оксида марганца IV до оксида марганца II.

При растворении (и нагревании!) марганца в воде образуется гидроксид марганца II.

Mn + H2O = (t) Mn(OH)2 + H2

MnSO4 + KOH = (t) Mn(OH)2 + K2SO4

Соединения марганца II на воздухе неустойчивы, Mn(OH)2 быстро буреет, превращаясь в оксид-гидроксид марганца IV.

Mn(OH)2 + O2 = MnO2 + H2O

Оксид и гидроксид марганца II проявляют основные свойства. При реакции с кислотами дает соответствующие соли.

Mn(OH)2 + HCl = MnCl2 + H2O

Гидроксид марганца II

Соли марганца II получается при его растворении в разбавленных кислотах. Эти соли способны вступать в реакции с другими солями, кислотами, если выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит.

Mn + HCl = MnCl2 + H2

MnSO4 + (NH4)2S = MnS↓ + (NH4)2SO4

При действии сильных окислителей ион Mn2+ способен переходить в ион Mn7+

MnSO4 + PbO2 + HNO3 = HMnO4 + PbSO4 + Pb(NO3)2 + H2O

Соединения марганца IV проявляют амфотерный характер. Оксид марганца IV можно получить разложением нитрата марганца II.

Mn(NO3)2 = (t) MnO2 + NO2 + O2

Нитрат марганца II

В реакциях с щелочами марганец переходит в СО +6, в кислой среде - принимает СО +2.

MnO2 + Na2CO3 + NaNO3 = Na2MnO4 + NaNO2 + CO2

MnO2 + HCl = MnCl2 + Cl2 + H2O

Оксид марганца IV

Соединения марганца VI - MnO3, H2MnO4 - неустойчивы, в свободном виде не получены. Обладают кислотными свойствами. Наиболее устойчивые соли - манганаты, окрашивающие раствор в зеленый цвет.

Манганаты получают в ходе разложения перманганатов, а также реакциями в щелочной среде.

KMnO4 = (t) K2MnO4 + MnO2 + O2↑ (способ получения кислорода)

Li2SO3 + KMnO4 + LiOH = Li2SO4 + K2MnO4 + H2O

MnO2 + NaOH + NaNO3 = Na2MnO4 + NaNO2 + H2O

MnSO4 + KClO3 + KOH = K2MnO4 + KCl + K2SO4

Манганаты образуются в щелочной среде

В водной среде манганаты разлагаются на с.о. +7 и +4. Манганаты окисляют хлором.

K2MnO4 + H2O = KMnO4 + MnO2 + KOH

K2MnO4 + Cl2 = KMnO4 + KCl

Соединения марганца VII - неустойчивый Mn2O7, и относительно устойчивая в разбавленных растворах HMnO4 - проявляют кислотные свойства. Соли марганцовой кислоты - перманганаты.

В различных средах - кислотной, нейтральной и щелочной - марганец принимает различные степени окисления. Внимательно изучите таблицу ниже.

Марганец в различных средах

Оксид марганца VII получают в реакции перманганата с сильными кислотами.

KMnO4 + H2SO4 = Mn2O7 + K2SO4

При растворении оксида марганца VII (кислотного оксида) в щелочи образуются соли марганцовой кислоты - перманганаты.

Mn2O7 + KOH = KMnO4 + H2O

Марганцовая кислота получается в реакциях сильных окислителей с солями марганца II.

Mn(NO3)2 + PbO2 + HNO3 = HMnO4 + Pb(NO3)2 + H2O

В растворах с концентрацией марганцовой кислоты более 20% происходит ее разложение.

HMnO4 = MnO + O2 + H2O

При нагревании перманганата калия (в быту - марганцовка) разлагается с образованием бурого MnO2, выделением кислорода.

KMnO4 = (t) K2MnO4 + MnO2 + O2

Перманганат калия - марганцовка

При стоянии в растворе постепенно разлагается водой.

KMnO4 + H2O = MnO2 + KOH + O2

В кислой среде марганец принимает наиболее устойчивую (для кислой среды) - Mn2+, в щелочной - Mn6+.

KMnO4 + H2SO4 = MnSO4 + O2↑ + K2SO4 + H2O

KMnO4 + KOH = K2MnO4 + O2 + H2O

Цинк

Название цинка, вероятно, связано формой его кристаллитов: в переводе с немецкого Zinke - зубец. С древнейших времен известен сплав меди с цинком - латунь.

Цинк

Для цинка характерна постоянная степень окисления +2.

Степень окисления цинка и его свойства

Наиболее известные минералы, в которых содержится цинк:

  • ZnS - цинковая обманка, сфалерит
  • ZnO - цинкит
  • ZnCO3 - симсонит, цинковый шпат
  • 2ZnO*SiO2*H2O - гемиморфит

Природные соединения цинка

Получение

Пирометаллургический метод получения цинка заключается в обжиге цинковой обманки, и последующем восстановлении оксида цинка различными восстановителями: чаще всего C, также возможно CO и H2.

ZnS + O2 = (t) ZnO + SO2

ZnO + C = (t) Zn + CO

ZnO + H2 = (t) Zn + H2O

ZnO + CO = (t) Zn + CO2

Сульфид цинка

Гидрометаллургический метод получения основывается на электролизе сульфата цинка.

ZnSO4 + H2O = (электролиз) Zn + H2SO4 + O2

Химические свойства

  • Реакции с неметаллами (и аммиаком :)
  • На воздухе цинк покрывается оксидной пленкой. При нагревании цинк реагирует с галогенами, фосфором, серой, селеном.

    Zn + O2 = ZnO

    Zn + Br2 = (t) ZnBr2

    Zn + P = (t) Zn3P2

    Zn + S = (t) ZnS

    Оксид цинка

    Для цинка не характерны реакции с водородом, бором, кремнием, азотом, углеродом. Нитрид цинка можно получить в ходе реакции цинка с аммиаком.

    Zn + NH3 = (t) Zn3N2 + H2

  • Реакции с кислотами
  • Zn + HCl = ZnCl2 + H2

    Zn + H2SO4(разб.) = ZnSO4 + H2

    Zn + H2SO4(конц.) = ZnSO4 + H2S↑ + H2O

    Хлорид цинка
  • Реакции с щелочами
  • Цинк способен проявлять амфотерные (двойственные) свойства: реагирует как с кислотами, так и с основаниями. При добавлении цинка в раствор щелочи выделяется водород.

    Zn + H2O + NaOH = Na2[Zn(OH)4] + H2↑ (тетрагидроксоцинкат натрия)

Соединения цинка II

Эти соединения обладают амфотерными свойствами. Оксид цинка II можно получить в ходе реакции горения цинка или при разложении нитрата цинка.

Zn + O2 = (t) ZnO

Zn(NO3)2 = (t) ZnO + NO2↑ + O2

Оксид цинка II проявляет амфотерные свойства, реагирует как с кислотами, так и с щелочами.

ZnO + HCl = ZnCl2 + H2O

ZnO + H2SO4 = ZnSO4 + H2O

ZnO + H2O + 2NaOH = Na2[Zn(OH)4] (тетрагидроксоцинкат натрия)

Комплексные соли образуются в растворе, при прокаливании они не образуются.

ZnO + 2NaOH = (t) H2O + Na2ZnO2 (цинкат натрия)

Оксид цинка II может быть восстановлен до чистого цинка различными восстановителями.

ZnO + C = (t) Zn + CO

ZnO + H2 = (t) Zn + H2O

ZnO + CO = (t) Zn + CO2

Гидроксид цинка II получается в ходе реакций между растворимыми солями цинка и щелочами.

Гидроксид цинка

ZnSO4 + NaOH = Na2SO4 + Zn(OH)2

Гидроксид цинка II обладает амфотерными свойствами, реагирует как с кислотами, так и с основаниями.

Zn(OH)2 + HCl = ZnCl2 + H2O

Zn(OH)2 + HNO3 = Zn(NO3)2 + H2O

Zn(OH)2 + NaOH = Na2[Zn(OH)4]

При прокаливании комплексные соли распадаются, вода испаряется.

Na2[Zn(OH)4] = (t) Na2ZnO2 + H2O

Zn(OH)2 + NaOH = (t) Na2ZnO2 + H2O

Серебро

Драгоценный металл, известный человеку с древнейших времен. Встречаемся в самородном виде. Будучи благородным металлом, серебро обладает низкой реакционной способностью.

Серебро

Химические свойства

  • Реакции с неметаллами
  • Серебро не окисляется кислородом даже при высокой температуре. Галогены легко окисляют серебро до соответствующих галогенидов. При нагревании с серой получается сульфид серебра.

    Ag + Cl2 = AgCl

    Ag + S = (t) Ag2S

  • Реакции с кислотами
  • Серебро не растворяется в соляной и разбавленной серной кислотах, однако способно реагировать с концентрированными кислотами.

    Ag + HNO3(конц.) = AgNO3 + NO2↑ + H2O

    Потемнение серебряных изделий обусловлено реакцией серебра с сероводородом в присутствии кислорода.

    Ag + H2S + O2 = Ag2S + H2O

    Потемнение серебра на воздухе
  • С солями
  • Ag + FeCl3 = AgCl + FeCl2

  • С органическими веществами
  • В дальнейшем, при изучении органической химии, вы не раз столкнетесь с соединением серебра - аммиачным раствором оксида серебра.

    Будет полезно, если вы уже сейчас познакомитесь с его формулой на примере реакции окисления уксусного альдегида до уксусной кислоты.

    CH3CHO + [Ag(NH3)2]OH = CH3COOH + Ag + NH3 + H2O

Пройдите тест для закрепления знаний

1. MnO проявляет свойства

MnO проявляет основные свойства.

2. MnO3 проявляет свойства

MnO3 проявляет кислотные свойства

3. MnO2 проявляет свойства

MnO2 проявляет амфотерные свойства

4. В щелочной среде KMnO4 переходит в степень окисления

В щелочной среде Mn принимает степень окисления +6.

5. Выберите формулу тетрагидроксоцинката лития

Формула тетрагидроксоцинката лития - Li2[Zn(OH)4]

Ваш результат