Как написать ионно молекулярное уравнение сульфата марганца

Составление схем электролиза солей марганца и натрия

Электролиз раствора сульфата марганца MnSO₄

Задача 137.
Составить схемы электролиза раствора сульфата марганца, если электроды: а) угольные; б) марганцевые. Напишите электродные уравнения для процессов, протекающих на катоде и аноде.
Решение:
MnSO₄ — соль менее активного металла и кислородсодержащей кислоты. Для Mn,металла со средней химической активностью, на катоде происходят одновременно две реакции – образование водорода и выделение металла.

1. Составляем уравнения реакций, протекающих при электролизе водного раствора сульфата марганца(II) с инертными электродами. На катоде восстанавливаются ионы марганца (II) (восстановлением воды можно пртнебречь), на аноде окисляются молекулы воды:

MnSO₄ = Mn 2+ + SO₄ 2–
Mn 2+ + 2 = Mn 0 (катод)
2H₂O + 2 = Н₂↑ + 2ОН – (катод)
2H₂O — 4 = O₂↑ + 4H + (анод)

Mn 2+ + 2 + 2H₂O + 2 + 2H₂O — 4 = Mn 0 + H₂↑ + 2OH — – + O₂↑ + 4H +

Таким образом, при электролизе водного раствора MnSO₄ на катоде выделяется газообразный водород и металлический марганец, на аноде газообразный кислород. Продукты электролиза: марганец, водород, кислород и серная кислота.

2. Составляем уравнения реакций, протекающих при электролизе водного раствора сульфата марганца(II) с марганцевыми электродами.
При использовании марганцевого анода окислению подвергается материал анода — марганец, в результате чего анод будет растворяться.

Mn 2+ + 2 = Mn 0 (катод)
2H₂O + 2 = Н₂ + 2ОН – (катод)
Mn 0 — 2 = Mn 2+ (анод)

Mn 2+ + 2Н₂О + 2Mn 0 = Mn 0 + 2Mn 2+ + H₂↑ + 2OH –

После приведения равенства, получим:

Электролиз раствора иодида натрия

Задача 1.
Найти массу продуктов электролиза раствора иодида натрия, взятого массой 1 кг и содержащего 10% примесей. Выход по току считать равным 90 %. Уравнения электролиза раствора иодида натрия написать подробно с обоснованием катодного и анодного процессов.
Решение:
M(NaI) = 149,89 г/моль;
V(I₂) = 253,8089 г/моль;
M(H₂) = 2,01588 г/моль.

1. Электродные процессы электролиза

Стандартный электродный потенциал системы Na + + 1 = Na 0 (-2,713 В) значительно отрицательнее потенциала водородного электрода в нейтральной среде (-0,41 В). Поэтому на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды, сопровождающееся выделением водорода, а ионы Na + , приходящие к катоду, будут накапливаться в прилегающей к нему зоне (катодное пространство):

(-) К: 2Н₂О + 2 = Н₂^ + 2ОН –

На анодух будет происходить окисление хлрид-ионов с выделением газообразного хлора, так как стандартные электродные потенциалы систем:

2I – -2е = I₂ 0 ; 2H₂O -4е = O₂^ = 4H + соответственно равны + 0,536 В; 1,23 В:

(+) А: 2I – -2 = I₂ 0

(-) К: 2Н₂О + 2 = Н₂↑ + 2ОН –
(+) А: 2I – -2 = I₂ 0

2Н₂О + 2NaI = Н₂↑ + 2NaОН (у катода) + I₂ (у анода).

Таким образом, при электролизе NaI на катоде будет происходить электрохимическое восстановление воды с выделением газообразного водорода, а ионы ОН – и N + будут образовывать щелочную среду: Na + + ОН – = КОН — растворимое основание. В анодом пространстве будет накапливаться свободный I₂.

2. Расчет массы продуктов электролиза

Уравнение реакции имеет вид:

Из уравнения вытекает: n(NaI) = 0,5n(H₂) = 09,5n(I₂)

n(NaI) = m(NaI)/M(NaI) = 900/149,89 = 6 моль.
n(H₂) = n(I₂) = n(NaI)/2 = 6/2 = 3 моль.
m(H₂) = n(H₂) . M(H₂) = 3 . 2,01588 = 6,05 г.
m(I₂) = n(I₂) . M(I₂) = 3 . 253,8089 = 761,43 г.

Ответ: m(H₂) = 6,05 г; m(I₂) = 761,43 г.

Гидролиз сульфата марганца (II)

MnSO₄ — соль образованная слабым основанием и сильной кислотой, поэтому реакция гидролиза протекает по катиону.

Первая стадия (ступень) гидролиза

Полное ионное уравнение
2Mn 2+ + 2SO₄ 2- + 2HOH ⇄ 2MnOH + + SO₄ 2- + 2H + + SO₄ 2-

Сокращенное (краткое) ионное уравнение
Mn 2+ + HOH ⇄ MnOH + + H +

Вторая стадия (ступень) гидролиза

Полное ионное уравнение
2MnOH + + SO₄ 2- + 2HOH ⇄ 2Mn(OH)₂ + 2H + + SO₄ 2-

Сокращенное (краткое) ионное уравнение
MnOH + + HOH ⇄ Mn(OH)₂ + H +

Среда и pH раствора сульфата марганца (II)

В результате гидролиза образовались ионы водорода (H + ), поэтому раствор имеет кислую среду (pH

Марганец (стр. 4 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4

Марганцевая кислота. Поскольку семивалентный марганец является кислотообразующим элементом, ему соответствует кислота HMnO4. Марганцевая кислота – одна из немногих кислот, обладающих окраской. Ее растворы, а также растворы ее солей имеют характерный красно-фиолетовый цвет.

Получить марганцевую кислоту можно растворением оксида семивалентного марганца в холодной воде:

Но чаще применяют другой метод – окисление солей двухвалентного марганца диоксидом свинца или другим сильным окислителем в сильнокислой среде:

Марганцевая кислота устойчива только в разбавленных водных растворах, максимальная концентрация которых никогда не превышает 20%. При попытке получить более насыщенный раствор происходит разложение кислоты:

Аналогичный процесс наблюдается при нагревании растворов марганцевой кислоты.

Марганцевая кислота проявляет свойства очень сильной кислоты (степень диссоциации кислоты нередко превышает отметку в 90%). Она вступает в реакцию с большинством оснований и основных оксидов, разлагает соли слабых кислот и т. д.:

Во взаимодействии с металлами марганцевая кислота ведет себя как сильный окислитель: в то время как обычные неокисляющие кислоты (например, соляная или разбавленная серная) растворяют металлы с выделением водорода, марганцевая кислота вместо водорода образует осадок диоксида марганца:

Необходимо отметить, что окислительная способность у марганцевой кислоты преобладает над ее кислотными свойствами. Поэтому при возможности протекания двух процессов: кислотно-основного или окислительно-восстановительного – всегда будет идти последний. Примером может послужить взаимодействие с легко окисляющимися солями, такими как сульфиты. Обычные кислоты разлагают сульфиты с выделением сернистого газа, в котором сера имеет ту же степень окисления, что и в исходном сульфите (кислотно-основный процесс):

Но если сульфит обработать раствором марганцевой кислоты, вместо выделения газа происходит образование сульфатов, в которых степень окисления серы выше, чем в исходной соли, а также наблюдается выпадение осадка диоксида марганца:

Перманганаты – это соли, производные от марганцевой кислоты, с общей формулой MeMnO4 (Me – одновалентный металл). Все перманганаты аналогично образующей их кислоте окрашены в интенсивный красно-фиолетовый цвет, что позволяет использовать их в аналитической химии, так как даже небольшие количества перманганатов будут легко заметны благодаря своей сильной окраске.

С химической точки зрения перманганаты характеризуются, во-первых, сильными окислительными свойствами и, во-вторых, относительно небольшой устойчивостью.

Сильные окислительные свойства перманганатов проявляются в том, что окисляют практически все восстановители. В зависимости от среды они образуют различные продукты своего восстановления:

*) в сильнокислой среде перманганаты превращаются в соли двухвалентного марганца, что легко заметить по изменению цвета раствора с красно-фиолетового на бледно-розовый или (при малых концентрациях реагентов) практически бесцветный:

*) в слабокислой, нейтральной или слабощелочной среде в результате восстановления перманганатов образуется нерастворимый в воде оксид марганца (IV) темно-коричневого или черного цвета:

*) в сильнощелочной среде из перманганатов получаются манганаты, окрашенные в темно-зеленый цвет:

Обобщенно окислительные свойства перманганатов можно представить в виде трех полуреакций восстановления в зависимости от среды раствора:

Перманганаты относительно стабильны только при комнатной температуре и в кристаллическом виде. А при нагревании или при длительном нахождении в виде водных растворов они распадаются с выделением кислорода:

Иногда эту реакцию применяют для получения кислорода в лабораторных условиях.

МАРГАНЕЦ И ЕГО СОЕДИНЕНИЯ

Опыт 1. Получение гидроксида марганца (II) и изучение его свойств. В три пробирки внесите по 3-5 капель раствора сульфата марганца (II) и такой же объем 2 н. раствора щелочи. Отметьте цвет выпавшего осадка.

Размешайте осадок в первой пробирке при помощи стеклянной палочки и оставьте стоять в штативе на некоторое время. Во вторую пробирку к осадку прилейте 5-6 капель разбавленной соляной кислоты, в третью – такой же объем концентрированного раствора щелочи. Что наблюдается в каждом случае? Какие свойства – основные, кислотные или амфотерные – проявляет гидроксид двухвалентного марганца? Как изменился цвет осадка в первой пробирке? Отметьте неустойчивость гидроксида марганца (II) на воздухе.

Напишите уравнения реакций: а) получения гидроксида двухвалентного марганца, б) его взаимодействия с соляной кислотой, в) его взаимодействия с щелочью, г) окисления гидроксида марганца(II) до гидроксида четырехвалентного марганца кислородом воздуха с участием воды.

Опыт 2. Восстановительные свойства соединений двухвалентного марганца:

А) внесите в пробирку 3-5 капель раствора сульфата марганца (II) и такой же объем 2 н. раствора щелочи. К полученному осадку прилейте 3-4 капли раствора пероксида водорода. Что происходит? Если не наблюдается заметных изменений, содержимое пробирки осторожно нагрейте на пламени горелки. Какой цвет приобрел осадок? Составьте уравнения реакций получения осадка гидроксида марганца (II) и его окисления под действием пероксида водорода, учитывая, что образуется гидроксид четырехвалентного марганца;

Б) поместите в пробирку небольшое количество кристаллического оксида свинца (IV), затем прилейте 6-8 капель 2 н. раствора азотной или серной кислоты и 3-4 капли раствора нитрата или сульфата марганца (II). Содержимое пробирки прокипятите в течение нескольких минут. Дайте пробирке отстояться. После того как осядет непрореагировавший диоксид свинца, обратите внимание на цвет раствора. Для какого валентного состояния марганца характерен такой цвет соединений? Используя метод ионно-электронного баланса (метод полуреакций), составьте уравнение реакции, учитывая, что свинец восстанавливается до двухвалентного состояния.

Опыт 3. Получение нерастворимых соединений двухвалентного марганца. В три пробирки наберите по 2-3 капли раствора сульфата марганца (II). Затем в первую пробирку прилейте такой же объем раствора сульфида натрия; во вторую – карбоната натрия; в третью – фосфата натрия. Отметьте цвет образовавшихся осадков. Составьте уравнения протекающих реакций в молекулярной и ионной форме.

Опыт 4. Окислительные свойства оксида марганца (IV).

В пробирку внесите приблизительно половину микрошпателя кристаллического оксида марганца (IV) и прилейте 6-9 капель 2 н. раствора серной кислоты. К полученной смеси добавьте 1 микрошпатель сульфата железа (II) (соли Мора) и 6-9 капель дистиллированной воды. Встряхните пробирку до полного растворения оксида марганца (IV). К полученному раствору добавьте 1 каплю раствора гексацианоферрата(II) калия K4[Fe(CN)6]. Что наблюдаете? На присутствие какого иона указывает окраска раствора? Напишите уравнение реакции окисления оксидом марганца (IV) сульфата железа (II), используя электронно-ионный метод (метод полуреакций).

Опыт 5. Восстановительные свойства оксида четырехвалентного марганца. В фарфоровый тигель при помощи пинцета поместите кусочек твердого гидроксида калия или натрия, затем при помощи микрошпателя добавьте такое же количество кристаллического нитрата калия или натрия. Поставьте тигель на фарфоровый треугольник, помещенный на кольцо штатива, и осторожно нагрейте смесь до ее расплавления. Не прекращая нагревания, добавьте в расплав 1 микрошпатель оксида марганца (IV). Как изменился цвет расплава? Какое вещество сообщает зеленую окраску полученному расплаву? Напишите уравнение реакции окисления оксида марганца (IV) под действием нитрата калия или натрия в сильнощелочной среде, используя электронно-ионный метод (метод полуреакций).

Опыт 6. Термическое разложение перманганатов. Поместите в сухую пробирку несколько кристалликов перманганата калия и нагрейте в пламени горелки до полного разложения соли (до прекращения выделения газообразного кислорода). Полноту разложения установите с помощью тлеющей лучины. Когда разложение прекратится, а кристаллики перманганата калия превратятся в черный порошок, высыпьте их в пробирку с водой. Обратите внимание на цвет полученного раствора. Для какого валентного состояния марганца характерен такой цвет соединений? Оставьте пробирку на некоторое время. Как меняется цвет раствора после длительного стояния? Напишите уравнения следующих реакций: а) разложения перманганата калия при нагревании; б) диспропорционирования манганата калия в водном растворе.

Опыт 7. Восстановление перманганата калия сульфитом натрия в зависимости от среды раствора. В три пробирки наберите по 3-5 капель раствора перманганата калия. В первую пробирку добавьте 4-5 капель 2 н. раствора серной кислоты, во вторую – 4-5 капель дистиллированной воды и в третью – 4-5 капель концентрированного раствора щелочи. Затем во все пробирки внесите несколько кристалликов сульфита натрия. Как меняется окраска раствора в каждой пробирке? Напишите уравнения реакций для каждого случая, используя электронно-ионный метод (метод полуреакций).

Опыт 8. Восстановление перманганата калия иодидом калия в различной среде. В три пробирки наберите по 3-5 капель раствора перманганата калия. В первую пробирку добавьте 4-5 капель 2 н. раствора серной кислоты, во вторую – 4-5 капель дистиллированной воды и в третью – 4-5 капель концентрированного раствора щелочи. Затем во все пробирки прилейте по 4-5 капель раствора иодида калия. Содержимое второй пробирки слегка подогрейте. Как меняется окраска раствора в каждой пробирке? Какое вещество окрашивает раствор в желто-бурый цвет в первой пробирке? Какое вещество выпало в осадок во второй пробирке? Какое вещество окрасило раствор в зеленый цвет в третьей пробирке?

Напишите уравнения реакций для каждого случая, используя электронно-ионный метод (метод полуреакций), считая, что в щелочной среде иодид калия окисляется до иодата KIO3.

Опыт 9. Окисление перманганатом калия соединений двухвалентного марганца. Наберите в пробирку 3-5 капель раствора перманганата калия, затем добавьте столько же капель раствора сульфата марганца (II). Отметьте обесцвечивание раствора и образование бурого осадка. Опустите в пробирку лакмусовую бумажку. Как изменилась ее окраска? Какая среда в полученном растворе? Используя метод полуреакций (электронно-ионный баланс), составьте уравнение реакции, учитывая, что среди исходных веществ принимает участие вода.

Опыт 10. Восстановление перманганата калия под действием пероксида водорода. Наберите в пробирку 3-5 капель раствора перманганата калия и 4-5 капель 2 н. раствора серной кислоты. Затем прилейте 3-5 капель раствора пероксида водорода. Что наблюдается? По внешним признакам реакции установите, до какого валентного состояния марганца восстановился перманганат калия. Используя метод электронно-ионного баланса (метод полуреакций), составьте уравнение реакции.