高考题的常客锰铬.doc

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MnO2xH2O、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，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MnCO3，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，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)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(MnO2xH2O)形式存在 强氧化性 (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- + 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+ + 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、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 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- 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）（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) 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- 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- 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+2Cr3Zn2Cr2Zn2Cr2O72-4Zn14H+2Cr24Zn27H2O灰绿色的Cr（OH）3呈两性：Cr（OH）33H+Cr33H2OCr（OH）3OH-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：2Cr33S2-6H2O2Cr（OH）33H2S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）4-3H2O22OH-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-：2Cr33S2O82-7H2OCr2O72-6SO42-14H+在酸性溶液中，Cr2O72-是强氧化剂，例如：K2Cr2O714HCl（浓）2CrCl33Cl22KCl7H2O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+H2O2Ag2CrO4（砖红色）2H+Cr2O72-2Ba2+H2O2BaCrO4（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：Cr2O72-4H2O22H+2CrO（O2）2（深蓝）5H2OCrO（O2）2（C2H5）2OCrO（O2）2（C2H5）2O（深蓝）4CrO（O2）212H+4Cr37O26H2O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）2O22MnO（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）：MnO4-4Mn2+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+2H2OMn2+MnO2（s）4H+在中性或近中性的溶液中，MnO4-与Mn2+反应生成MnO2：2MnO4-3Mn2+2H2O5MnO2（s）4H+在酸性介质中，MnO2是较强的氧化剂，本身被还原为Mn2+：2MnO22H2SO4(浓)2MnSO4O22H2OMnO24HCl（浓）MnCl2Cl22H2O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-MnO24OH-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-MnO22H2O在有硝酸存在下，Mn2+可被NaBiO3或PbO2氧化成MnO4-，例如：5NaBiO32Mn2+14H+2MnO4-5Bi3+5Na+7H2O试剂和仪器1.仪器：离心机2.试剂碱：NaOH（2molL16molL140）NH3H2O（2molL1）酸：HNO3（6molL1浓）H2SO4（1molL16molL1浓）HCl（2molL16molL1浓）H2S（饱和）盐：Pb(NO3)（0.1molL1）AgNO3（0.1molL1）MnSO4（0.1molL10.5molL1）Cr2（SO4）3（0.1molL1）Na2SO3（0.1molL1）Na2S（0.1molL1）CrCl3（0.1molL1）K2CrO4（0.1molL1）KMnO4（0.01molL1）K2Cr2O7（0.1molL1）NaCO3(1molL1)固体：锌粉K2S2O8NaBiO3PbO2KMnO4MnO23.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（0.1molL1）溶液中加入1mLHCl（6molL1）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（0.1molL1）溶液和NaOH（2molL1）溶液生成Cr（OH）3，检验它的酸碱性。（3）Cr（）的还原性a.在CrCl3（0.1molL1）溶液中加入过量的NaOH（2molL1）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（0.1molL1）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（0.1molL1）溶液中加Na2S（0.1molL1）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（0.1molL1）溶液中逐滴加入H2SO4（2molL1）溶液，然后逐滴加入NaOH（2molL1），观察溶液颜色的变化。b.在两支试管中分别加入几滴K2CrO4（0.1molL1）溶液和几滴K2Cr2O7（0.1molL1）溶液，然后分别滴入Pb(NO3)2（0.1molL1）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AgNO3（0.1molL1）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（0.1molL1）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（6molL1）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（6molL1）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(0.1molL1)溶液，再分别加入NaOH（2molL1）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（0.1molL1）溶液中滴加H2S溶液（饱和），有无沉淀生成？再向试管中加NH3H2O（2molL1）溶液，摇荡试管，有无沉淀生成？（3）Mn3+的生成和性质取5滴MnSO4(0.5molL1)溶液加两滴浓H2SO4，用冷水冷却试管，然后加35滴KMnO4（0.01molL1）溶液，有何现象？将所得的溶液用Na2CO3（1molL1）中和，使pH值升高，则Mn3+歧化为Mn2+和MnO2。（4）MnO2的生成和性质a.将KMnO4（0.01molL1）溶液和MnSO4（0.5molL1）溶液混合后，是否有MnO2沉淀生成？b.用MnO2和浓HCl制备氯气，(见实验六中四.2（1）b)（5）MnO3的生成和性质取1mLNaOH（40）溶液于试管中，加23滴KMnO4（0.01molL1）溶液，摇荡试管，观察溶液颜色变化，再滴加H2SO4（1molL1）溶液，又有何现象发生？（6）MnO42-的生成何性质在2mLKMnO4（0.01molL1）溶液中加入1mLNaOH（40）溶液，再加少量的MnO2固体，加热，搅拌，沉降片刻，观察上层清液的颜色。取清液于另一支试管中，用稀H2SO4酸化后有何现象？为什么？（7）溶液的酸碱性对MnO4还原产物的影响在三支试管中分别加入5滴KMnO4（0.01mol?L1）溶液，再分别加入5滴H2SO4（2molL1）溶液、NaOH（6molL1）溶液和H2O,然后各加入几滴Na2SO3（0.1molL1）溶液。观察各试管中发生的变化，写出有关反应的方程式。（8）Mn2+的鉴定取两滴MnSO4（0.1molL1）溶液和数滴HNO3（6molL1）溶液，加少量的NaBiO3（s），摇荡试管，静置沉降，上层清液呈紫红色，表示有Mn2+存在。（9）Mn2+和Cr3+的分离与鉴定某溶液中含有Mn2+和Cr3+，试分离和鉴定之，并写出分离步骤和有关反应方程式。（5）怎样存放KMnO4溶液？为什么？思考题如何用实验来确定Cr（OH）3和Mn（OH）2的酸碱性？Mn（OH）2在空气中为什么会变色？（2）怎样实现Cr3+Cr（OH）4CrO42-Cr4O72-CrO5Cr3+的转化？怎样实现Mn+MnO2MnO42-MnO4Mn+的转化？各用反应方程式表示之。（3）如何鉴定Cr3+或Mn+的的存在？（4）在含Cr3+的溶液中加Na2S为什么得不到Cr4S3？在含Mn+的溶液中通入H2S，能否得到MnS沉淀？怎样才能得到MnS沉淀？