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ⅦB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α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MnO2·xH2O、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5．026g/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2．95g/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248．94，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

　　① 溶解性：

　　Mn(Ⅱ)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)。

　　② Mn(H2O)62+离子颜色 — 苹果绿色

　　③ Mn(Ⅱ)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-+ 8H2O

　　2MnO4-+ 10SO42-+ 16H+

　　2Mn2+ + 5NaBiO3 + 14H+ →

　　2MnO4- + 5Na+ + 5Bi3+ + 7H2O

　　2Mn2+ + 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(Ⅳ)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(MnO2·xH2O)形式存在

　　① 强氧化性 (E0MnO2/Mn2+ = 1.23V)

　　MnO2(S) + 4HCl(浓)

　　MnCl2 + Cl2↑+ 2H2O

　　2MnO2(S) + 2H2SO4(浓)

　　2MnSO4 + O2↑ + 2H2O

　　② 碱熔条件下可被强氧化剂氧化为MnO42-

　　2MnO2 + 4KOH + O2 2K2MnO4 + 2H2O

　　3MnO2 + 6KOH + KClO3

　　3K2MnO4 + KCl +3H2O

　　Mn(Ⅵ)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- + 2H2O

　　Mn(Ⅶ)的主要形式: MnO4-—紫色；最重要的化合物是KMnO4。

　　① 受热或光照会分解

　　2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2↑

　　4MnO4- + 4H+ 3O2↑ + 2H2O + 4MnO2

　　KMnO4应置于阴凉避光处保存，常用棕色瓶存放。

　　② 强氧化性：

　　ⅰ酸性介质：

　　KMnO4氧化性很强，还原产物为Mn2+

　　2MnO4- + 5SO32- + 6H+ →

　　2Mn2+ + 5SO42- + 3H2O

　　MnO4- + 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)

　　ⅱ 中性、弱碱性介质还原产物为MnO2

　　2MnO4- + I- + H2O →

　　2MnO2 + IO3- + 2OH-

　　ⅲ 碱性介质中，还原产物为MnO42-

　　2MnO4- + SO32- + 2OH- → 2MnO42- + SO42-+ H2O

　　ⅳ 与浓H2SO4反应可生成Mn2O7

　　2KMnO4 + 2H2SO4(浓) → Mn2O7 + 2KHSO4 + H2O

　　Mn2O7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Cr₂O₇^2-，均可得到天蓝色的Cr²⁺
　　　　　　2Cr^3＋ ＋ Zn ＝ 2Cr^2＋ ＋ Zn^2＋
　　　　　　Cr₂O₇^2- ＋ 4Zn ＋ 14H⁺ ＝ 2Cr^2＋ ＋ 4Zn^2＋ ＋ 7H₂O
　　灰绿色的Cr（OH）₃呈两性：
　　　　　　Cr（OH）₃ ＋ 3H⁺ ＝ Cr^3＋ ＋ 3H₂O
　　　　　　Cr（OH）₃ ＋ OH^- ＝ [Cr（OH）₄]－（亮绿色）
　　向含有Cr^3＋的溶液中加入Na₂S并不生成Cr₂S₃，因为Cr₂S₃在水中完全水解：
　　　　　　2Cr^3＋ ＋ 3S^2- ＋ 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CrO₄^2-：
　　　　　　2[Cr（OH）₄]^- ＋ 3H₂O₂ ＋ 2OH^- ＝ 2CrO₄^2- ＋ 8H₂O
　　但在酸性溶液中，Cr^3＋的还原性较弱，只有象K₂S₂O₈或KMnO₄等强氧化剂才能将Cr^3＋氧化为Cr₂O₇^2-：
　　　　　　2Cr^3＋ ＋ 3S₂O₈^2- ＋ 7H₂O　＝ Cr₂O₇^2- ＋ 6SO₄^2- ＋ 14H⁺
　　在酸性溶液中，Cr₂O₇^2-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：
　　　　　　Cr₂O₇^2- ＋ 4Ag⁺ ＋ H₂O ＝ 2Ag₂CrO₄（砖红色） ＋ 2H⁺
　　　　　　Cr₂O₇^2- ＋ 2Ba²⁺ ＋ H₂O ＝ 2BaCrO₄（黄色） ＋ 2H⁺
　　在酸性溶液中，Cr₂O₇^2-与H₂O₂能生成深蓝色的加合物CrO₅，但它不稳定，会很快分解为Cr^3＋和O₂。若被萃取到乙醚或戊醇中则稳定得多。主要反应为：
　　　　　　Cr₂O₇^2- ＋ 4H₂O₂ ＋ 2H⁺ ＝ 2CrO（O₂）₂（深蓝） ＋ 5H₂O
　　　　　　CrO（O₂）₂ ＋ （C₂H₅）₂O ＝ CrO（O₂）₂ （C₂H₅）₂O（深蓝）
　　　　　　4CrO（O₂）₂ ＋ 12H⁺ ＝ 4Cr^3＋ ＋ 7O₂ ＋ 6H₂O
　　此反应用来鉴定Cr（Ⅵ）或Cr（Ⅲ）。

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）：
　　　　　　MnO^4- ＋ 4Mn²⁺ ＋ 8H⁺ ＝ 5Mn³⁺ ＋ 4H₂O
　　Mn³⁺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，MnO^4-与Mn²⁺反应生成MnO₂：
　　　　　　2MnO^4- ＋ 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 ＋ 2H₂O
　　　　　　MnO₂ ＋ 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，MnO^4-能发生下列反应，生成浅蓝色的不稳定的MnO^3-，并放出氧气：
　　　　　　2MnO^4- ＝ 2MnO^3- ＋ O₂
　　MnO^3-进一步歧化反应：
　　　　　　2MnO^3- ＝ MnO₄^2- ＋ MnO₂
　　在强碱条件下，强氧化剂能把MnO₂氧化成绿色的MnO₄^2-
　　　　　　2MnO^4- ＋ MnO₂ ＋ 4OH^- ＝ 3MnO₄^2- ＋ 2H₂O
　　MnO₄^2-只在强碱性（pH＞13.5）溶液中才能稳定存在，在中性或酸性介质中，MnO₄^2-发生歧化反应：
　　　　　　3MnO₄^2- ＋ 4H⁺ ＝ 2MnO^4- ＋ MnO₂ ＋ 2H₂O
　　在有硝酸存在下，Mn²⁺可被NaBiO₃或PbO₂氧化成MnO^4-，例如：
　　　　　　5NaBiO₃ ＋ 2Mn²⁺ ＋ 14H⁺ ＝ 2MnO^4- ＋ 5Bi³⁺ ＋ 5Na⁺ 7H₂O