Оксиды марганца. Способы получения диоксида марганца

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ

БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

(ФГБОУ ВПО им. Н. П. ОГАРЕВА)

Институт физики и химии

Кафедра общей и неорганической химии

 

 

Курсовая работа

Оксиды марганца. Способы получения диоксида марганца.

 

 

 

Автор: студентка 102 группы

Ольховская В.Э.

Руководитель работы: КХН, профессор

Зюзина Л.Ф.

                                                                                                       Оценка: ___

 

 

 

 

 

 

                                               Саранск -  2014

Оглавление

 

 

 

Введение

   Данная работа посвящена  изучению оксидов марганца: их физическим и химическим свойствам, получение диоксида марганца. Решение этой проблемы имеет большое теоретическое и практическое значение.

 Цель курсовой работы  - выявление наиболее перспективного и экономически целесообразного способа получения диоксида марганца.

В соответствии с  поставленной целью в работе решались следующие задачи:

• Провести анализ литературы по физическим и химическим свойствам, методикам получения, способам применения марганца и оксидов марганца,;
• Изучить свойства оксидов марганца;
• Раскрыть технологии получения доксида марганца и выявить наиболее эффективную;
• Провести расчёты.                                                                                                                                                                                                                    

   Информационной базой исследования  послужили фондовые материалы  библиотек, профессиональные сайты, консультации преподавателей.

 В ходе исследования я пользовалась общенаучным методом– анализом.

Работа состоит из введения, основной части, заключения, приложения, списка используемой литературы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Аналитический обзор

 

ОКСИДЫ МАРГАНЦА

Кислородные соединения марганца так многочисленны и разнообразны по свойствам, как ни для одного другого элемента; известны следующие — MnО, Mn3O4, Mn2O3, MnО2, MnО3, Mn2O7. Состав высшего оксида определяет положение Марганца в 7-й группе периодической системы. Низший окисел есть основание; соли, отвечающие MnО, закиси, получаются при действии кислот и на металлический Марганец, и на все его окислы, при чем из высших выделяется лишний кислород

MnnОm + 2nHX = nМnХ2 + nН2O + (m−n)O;

при употреблении соляной кислоты выделяется хлор: MnnОm + 2mHCl = nMnCl2 + mH2O + (m−n)Cl2.

При комнатной температуре могут существовать все оксиды, при нагревании постоянен один — Mn3O4; при нагревании на паяльной лампе в тигле при доступе воздуха МnО поглощает кислород, а МnО2 теряет его, также и Мn2О3 — в обоих случаях образуется Мn3О4, а потому при количественном анализе применяется взвешивание в виде этого окисла; высшие окислы МnО3 и Мn2О7 в свободном виде очень непостоянны, даже при обыкн. темп. Основные свойства МnО очень значительны; по мере накопления кислорода основные свойства слабеют, но они могут быть подмечены даже для Мn2О7; с другой стороны, МnО2, будучи основанием крайне слабым, проявляет уже свойства слабого кислотного окисла; ангидридные свойства МnО3 и особенно Мn2О7 вполне резко выражены.

Закись марганца удобнее всего получается при нагревании в струе водорода высших окислов или углекислого марганца в виде зеленоватого порошка; она превращается в прозрачные, зеленые, блестящие октаэдры, если водород, в котором ее нагревают, содержит некоторое количество хлористого водорода; эти кристаллы, не изменяя формы, превращаются в Мn3О4 при нагревании на воздухе. Гидрат закиси Мn(ОН)2 осаждается щелочами из растворов солей закиси в виде белого осадка, быстро буреющего на воздухе вследствие окисления. По химическим свойствам МnО очень походит на MgO; основные свойства МnО резче; соли МnХ2 сходны то с солями MgX2, то с солями FeX2, NiX2, CuX2.

 

Таблица 1. Оксиды марганца.

Название	Формула	Температура плавления	Температура кипения	Цвет
Оксид марганца(II)	MnO	1780 °C	3127 °C	зелёный
Оксид марганца(II,III)	Mn3O4	1590 °C	2627 °C	коричневый
Оксид марганца(II,IV)	Mn5O8
Оксид марганца(III)	Mn2O3	940 °C (разл.)		тёмно-коричневый
Оксид марганца(IV)	MnO2			бурый
Оксид марганца(VI)	MnO3
Оксид марганца(VII)	Mn2O7	5,9 °C		тёмно-зелёный

 

 

 

 

 

 

 

Оксид марганца(II)

Таблица2. Оксид марганца(II).

Оксид марганца(II)
Общие
Систематическое  наименование	Оксид марганца(II)
Хим. формула	MnO
Физические свойства
Состояние	зелёные кубические или гексагональные кристаллы
Молярная масса	70,94 г/моль
Плотность	5,18 г/см³
Термические свойства
Температура плав.	1569 °C
Температура кип.	3127 °C

 

 

Оксиид маарганца(II) — MnO — низший оксид марганца, монооксид.

Физические свойства

Температура плавления 1569 °C. Температура кипения 3127 °C* (*-возгоняется с диссоциацией) Известны двесингонии кристаллов оксида марганца(II):

• кубическая (а = 0,4448 нм);

• гексагональная модификация (устойчивая до 155,3 °C);

Антиферромагнетик с точкой Нееля 122 К, полупроводник. Молярная масса 70,94 г/моль. Цвет кристаллов — зелёный или серо-зелёный. У кубической сингонии плотность 5,18 г/см3.

Химические свойства

Не растворим в воде. Легко окисляется с образованием хрупкой оболочки MnO2. Восстанавливается до марганца при нагревании с водородом или активными металлами. 
 
Проявляет преимущественно основные свойства. С водой и растворами щелочей не взаимодействует, в кислотах растворяется, образуя соли марганца (II) и воду: 
 
 . 
 
При сплавлении со щелочами в избытке кислорода образует гипоманганаты: 
 
 . 
 
Проявляет восстановительные свойства.

Геологические свойства

В природе встречается редко. Входит в состав манганозита.

Получение

Оксид марганца(II) можно получить прокаливанием при температуре 300 °C кислородсодержащих солей марганца(II) в атмосфере инертного газа. Из распространённого MnO2 его получают через частичное восстановление при температурах 700-900 °C водородом или угарным газом. 
 
Образуется при термическом разложении гидроксида марганца (II) и солей в инертной атмосфере: 
 
 , 
 
 , 
 
либо восстановлением МnО2: 
 
 .

 

Применение

Применяется как катализатор при дегидрогенизации пиперидина.

Используется для десульфуризации  металлов.

Компонент многих керамических материалов.

Соли марганца(II) широко используются как катализаторы окислительных процессов. Например, добавление солей вльняное масло ускоряет окисление последнего кислородом воздуха, таким образом ускоряя высыхание краски. Льняное масло, содержащее соли марганца(II), 

Оксид марганца(II,III)

Таблица 3. Оксид марганца(II,III).

Оксид марганца(II,III)
Общие
Систематическое  наименование	Оксид марганца(II,III)
Хим. формула	Mn3O4
Физические свойства
Состояние	коричнево-чёрные кристаллы
Молярная масса	228,81 г/моль
Плотность	4,70; 4,856 г/см³
Термические свойства
Температура . плав.	1560; 1564; 1705 °C
Молярная. теплоёмк.	139,3 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования	-1387,6 кДж/моль

 

Оксид марганца(II,III) — неорганическое соединение, окисел металла марганца с формулой Mn3O4, коричнево-чёрные кристаллы, не растворяется в воде.

Получение

• В природе встречается минерал гаусманит — Mn3O4 с примесями.

 

Физические свойства

Оксид марганца(II,III) образует коричнево-чёрные кристаллы тетрагональной сингонии, пространственная группа I 41/amd, параметры ячейки a = 0,575 нм, c = 0,942 нм, β = 103,9°, Z = 4.

При 1160°С происходит переход в фазу кубической сингонии.

Парамагнетик.

 

 

 

Оксид марганца(II,IV)

Таблица 4. Оксид марганца(II,IV).

Оксид марганца(II,IV)
Общие
Систематическое  наименование	Оксид марганца(II,IV)
Хим. формула	Mn5O8
Физические свойства
Состояние	твёрдое вещество
Молярная масса	402,69 г/моль
.

 

Оксид марганца(II,IV) — неорганическое соединение, окисел металла марганца с формулой Mn5O8, может рассматриваться как ортоманганит марганца Mn3(MnO4)2, твёрдое вещество, не растворяется в воде.

Получение

• Окисление оксида марганца(II) или оксида марганца(II,III):

Физические свойства

Оксид марганца(II,IV) — твёрдое вещество, не растворимое в воде.

Химические свойства

При нагревании разлагается:

 

Оксид марганца(III)

Таблица 5. Оксид марганца(III).

Оксид марганца(III)
Общие
Систематическое  наименование	Оксид марганца(III)
Хим. формула	Mn2O3
Физические свойства
Состояние	коричнево-чёрные кристаллы
Молярная масса	157,87 г/моль
Плотность	4,50; 4,57-4,60 г/см³
Термические свойства
Температура . плав.	разл. 1080 °C
Мол. теплоёмк.	107,5 Дж/(моль·К)
Энтальпия образования	-957,7 кДж/моль

 

Оксид марганца(III) — неорганическое соединение, окисел металла марганца с формулой Mn2O3, коричнево-чёрные кристаллы, не растворимые в воде.

Получение

• В природе встречаются минералы браунит, курнакит и биксбиит — оксид марганца с различными примесями.

• Окисление оксида марганца(II):

• Восстановление оксида марганца(IV):

Физические свойства

Оксид марганца(III) образует коричнево-чёрные кристаллы нескольких модификаций:

• α-Mn2O3, ромбическая сингония, минерал курнакит;

• β-Mn2O3, кубическая сингония, пространственная группа I a3, параметры ячейки a = 0,941 нм, Z = 16, минералбиксбиит;

• γ-Mn2O3, тетрагональная сингония, параметры ячейки a = 0,57 нм, c = 0,94 нм.

Не растворяется в воде.

Парамагнетик.

Химические свойства

Разлагается при нагревании:

• Восстанавливается водородом:

• При растворении в кислотах — диспропорционирует:

• При сплавлении с оксидами металлов образует соли манганиты:

 

 

 

Оксид марганца(IV)

Таблица 6. Оксид марганца(IV).

Оксид марганца(IV)
Общие
Систематическое  наименование	Диоксид марганца
Хим. формула	MnO2
Физические свойства
Состояние	черные тетрагональные кристаллы
Молярная масса	86,9368 г/моль
Плотность	5,026 г/см³
Термические свойства
Температура. разл.	535 °C
Энтальпия образования	-521,5 кДж/моль