Марганец
Элемент побочной подгруппы VII группы: король перманганатов
Вызов для любознательных!
В самом конце страницы вас ждет уникальная олимпиадная цепочка с запутанной схемой, скрытыми реакциями и расчетом массовой доли. Бросьте вызов своим знаниям неорганической химии!
Важно для ЕГЭ
Марганец проявляет переменные степени окисления: +2, +4, +6, +7. Соединения Mn(II) — основные, MnO2 — амфотерный оксид, Mn(VII) — сильнейший окислитель (перманганаты). Продукты восстановления KMnO4 зависят от среды!
1. Строение и положение в ПС
Марганец (Mn) находится в 4-м периоде, VII группе (побочной подгруппе). Порядковый номер 25.
Электронная конфигурация
У марганца наполовину заполненный d-подуровень (5 электронов), что делает эту конфигурацию особенно устойчивой. Именно поэтому степень окисления +2 (потеря только 4s-электронов) — самая стабильная для марганца.
Интересный факт
Вопрос 1: Электронное строение
ПроверкаНапишите электронную конфигурацию внешних слоев атома марганца ($Mn$). Какая у него максимальная степень окисления и почему?
Ответ: $Mn$: $3d^5 4s^2$. Максимальная степень окисления +7.
Пояснение: Марганец находится в VIIB группе. Он может отдавать все 5 электронов с 3d-подуровня и 2 электрона с 4s-подуровня.
2. Физические свойства
Марганец — металл серебристо-белого цвета с розоватым оттенком.
- Плотность: 7,21 г/см³ — тяжелый металл (близка к плотности хрома).
- Температура плавления: 1244°C.
- Твердость и хрупкость: довольно твердый, но при этом очень хрупкий — легко крошится и растирается в порошок (в отличие от хрома, который пластичен).
- Коррозионная стойкость: на сухом воздухе покрывается тонкой оксидной пленкой, но во влажном воздухе постепенно окисляется.
- Применение: около 90% добываемого марганца идет на производство сталей. Добавка марганца делает сталь более прочной, износостойкой и устойчивой к ударам.
Вопрос 1: Физические свойства
ПроверкаОпишите физические свойства металлического марганца.
Ответ: Твердый, хрупкий металл серебристо-белого цвета. Не обладает магнитными свойствами.
3. Способы получения
В природе встречается в виде минералов пиролюзита (MnO2) и гаусманита (Mn3O4).
1. Алюмотермия (получение чистого марганца):
3MnO2 + 4Al t°→ 3Mn + 2Al2O3
2. Восстановление коксом (получение ферромарганца):
MnO2 + 2C t°→ Mn + 2CO↑
3. Электролиз раствора MnSO4:
Вопрос 1: Получение марганца (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения реакций получения марганца (металлотермия):
- $MnO_2 + Al \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots$
- $Mn_3O_4 + Al \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots$
Ответ:
- $3MnO_2 + 4Al \xrightarrow{t^\circ} 2Al_2O_3 + 3Mn$
- $3Mn_3O_4 + 8Al \xrightarrow{t^\circ} 4Al_2O_3 + 9Mn$
4. Химические свойства простого вещества
Марганец — активный металл, более активный, чем хром. Стоит в ряду активности левее водорода.
Взаимодействие с неметаллами
| С галогенами |
Реакция протекает при нагревании с образованием галогенида марганца(II). В отличие от железа, марганец не окисляется хлором до высших степеней окисления:
Mn + Cl2 t°→
MnCl2
![]() |
| С кислородом |
При горении на воздухе или в кислороде марганец образует смешанный оксид (MnO·Mn₂O₃), подобно железной окалине:
3Mn + 2O2 t°→
Mn3O4
|
| С серой |
При сплавлении порошков образуется розовый или зеленоватый сульфид марганца(II):
Mn + S t°→
MnS
![]() |
| С азотом |
При сильном нагревании в атмосфере азота формируется износостойкий нитрид:
3Mn + N2 t°→
Mn3N2
![]() |
| С углеродом |
При сплавлении с углем образуется карбид, важный для металлургии компонент:
3Mn + C t°→
Mn3C
|
Взаимодействие со сложными веществами
| Свойство | Уравнения реакций |
|---|---|
| С водой |
Поверхность марганца защищена оксидной пленкой, поэтому с холодной водой реакция почти не идет. При сильном нагревании пленка разрушается, и металл вытесняет водород:
Mn + 2H2O t°→
Mn(OH)2 + H2↑
|
| С кислотами-неокислителями (HCl, разб. H2SO4) |
Марганец, будучи металлом средней активности (правее алюминия, но левее водорода), легко растворяется в кислотах-неокислителях с выделением водорода:
Mn + 2HCl → MnCl2 + H2↑
Mn + H2SO4(разб.) → MnSO4 + H2↑ |
| С кислотами-окислителями (HNO3) |
Азотная кислота любой концентрации растворяет марганец без пассивации. Разбавленная восстанавливается до оксида азота(II), а концентрированная — до бурого газа NO₂. Металл в обоих случаях переходит в Mn²⁺:
3Mn + 8HNO3(разб.) → 3Mn(NO3)2 +
2NO↑ + 4H2OMn + 4HNO3(конц.) → Mn(NO3)2 + 2NO2↑ + 2H2O ![]() |
| С солями (вытеснение металлов) |
Марганец вытесняет менее активные металлы (например, медь) из водных растворов их солей:
Mn + CuSO4 → MnSO4 + Cu
![]() |
Внимание
Вопрос 1: Химические свойства марганца (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения химических реакций простого вещества:
- $Mn + O_2 \xrightarrow{t^\circ} \dots$
- $Mn + HCl \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
- $Mn + H_2SO_4(разб.) \rightarrow \dots + \dots\uparrow$
- $Mn + H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow + \dots$
- $Mn + S \xrightarrow{t^\circ} \dots$
Ответ:
- $Mn + O_2 \xrightarrow{t^\circ} MnO_2$
- $Mn + 2HCl \rightarrow MnCl_2 + H_2\uparrow$
- $Mn + H_2SO_4(разб.) \rightarrow MnSO_4 + H_2\uparrow$
- $Mn + 2H_2SO_4(конц.) \xrightarrow{t^\circ} MnSO_4 + SO_2\uparrow + 2H_2O$
- $Mn + S \xrightarrow{t^\circ} MnS$
Пояснение: В обычных кислотах и с неметаллами марганец окисляется до наиболее устойчивой степени окисления +2.
5. Оксиды марганца
| Оксид | Получение / Химические свойства |
|---|---|
| MnO Основный Серо-зеленый порошок | Получение: Разложение карбоната:
Термическое разложение карбоната марганца(II) протекает без изменения степени окисления:
MnCO3 t°→ MnO +
CO2
![]() Восстановление MnO₂:
Осторожное восстановление диоксида марганца водородом или угарным газом при нагревании приводит к монооксиду:
MnO2 + H2 t°→ MnO + H2OХимические свойства: С кислотами:
Являясь типичным основным оксидом, легко растворяется в кислотах-неокислителях:
MnO + 2HCl → MnCl2 + H2O
![]() С водой не реагирует. |
| MnO2 Амфотерный Черно-бурый порошок. Важнейший оксид. | Получение: Природный минерал пиролюзит.
Термическое разложение нитрата:
Разложение нитрата марганца(II) протекает как внутримолекулярная ОВР с образованием диоксида:
2Mn(NO3)2 t°→ 2MnO2 + 4NO2↑Химические свойства: С соляной кислотой (окислитель):
В сильнокислой среде Mn(IV) проявляет окислительные свойства, окисляя хлорид-ионы до свободного хлора. Это классический лабораторный метод получения хлора:
MnO2 + 4HCl(конц.) t°→ MnCl2 +
Cl2↑ + 2H2O
![]() Разложение пероксида водорода
(катализатор):
Диоксид марганца активно катализирует диспропорционирование перекиси с выделением кислорода:
2H2O2 MnO2→ 2H2O + O2↑
С кислотами (основные свойства):
При нагревании с концентрированной серной кислотой или расплавленным гидросульфатом калия проявляет слабые основные свойства. Так как солей Mn(IV) практически не существует, происходит выделение кислорода и образование сульфата марганца(II):
2MnO2 + 2H2SO4(конц.) t°→ 2MnSO4 + O2↑ +
2H2O
С щелочами (кислотные свойства):
При сплавлении с твердыми щелочами проявляет кислотные свойства, образуя манганиты — соли марганцоватистой кислоты:
MnO2 + 2KOH t°→
K2MnO3 + H2O
Восстановление до металла:
При высоких температурах восстанавливается углеродом или алюминием до свободного металла (алюмотермия, карботермия):
MnO2 + 2C t°→ Mn +
2CO↑ |
| Mn2O7 Кислотный Тёмно-зеленая маслянистая жидкость. Взрывается при t>55°C. | Получение: Образуется при дегидратации марганцовой кислоты с помощью водоотнимающей серной кислоты на холоду: 2KMnO4 + H2SO4(конц.) →
Mn2O7 + 2KHSO4 + H2O
![]() Химические свойства: С водой (образование кислоты):
Являясь ангидридом марганцовой кислоты, бурно реагирует с водой:
Mn2O7 + H2O →
2HMnO4
Разложение:
Высший оксид крайне нестабилен, при попытке нагреть выше 55°C (или при ударе) — взрывается:
2Mn2O7 t°→ 4MnO2 +
3O2
Окислительные свойства (сильнейший
окислитель):
Способен мгновенно воспламенять органические ткани (спирт, бумага) и серу при контакте:
Mn2O7 + S → 2MnO2 +
SO22Mn2O7 + C2H5OH → 4MnO2 + 2CO2 + 3H2O |
Наглядный опыт
Вопрос 1: Оксиды марганца (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения реакций, иллюстрирующих свойства оксидов марганца:
- $MnO + HCl \rightarrow \dots + \dots$
- $MnO_2 + HCl(конц.) \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow + \dots$ (лабораторное получение хлора)
- $Mn_2O_7 + H_2O \rightarrow \dots$
- $Mn_2O_7 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots\uparrow$
Ответ:
- $MnO + 2HCl \rightarrow MnCl_2 + H_2O$ ($MnO$ — основный оксид)
- $MnO_2 + 4HCl(конц.) \xrightarrow{t^\circ} MnCl_2 + Cl_2\uparrow + 2H_2O$ ($MnO_2$ — сильный окислитель)
- $Mn_2O_7 + H_2O \rightarrow 2HMnO_4$ (марганцовая кислота)
- $2Mn_2O_7 \xrightarrow{t^\circ} 4MnO_2 + 3O_2\uparrow$
6. Гидроксиды марганца
| Гидроксид | Получение / Химические свойства |
|---|---|
| Mn(OH)2 Основный Белый осадок (на воздухе быстро буреет) | Получение: Действие щелочей на соли Mn(II):
Реакция ионного обмена приводит к выпадению нерастворимого белого осадка гидроксида марганца(II):
MnCl2 + 2NaOH → Mn(OH)2↓ + 2NaClХимические свойства: С кислотами:
Ярко выраженный основный характер гидроксида приводит к его легкому растворению в кислотах с образованием солей:
Mn(OH)2 + 2HCl → MnCl2 +
2H2O
Окисление на воздухе (буреет):
Соединения Mn(II) в щелочной и нейтральной среде легко окисляются растворенным в воде кислородом до соединений Mn(III) и Mn(IV), что визуально проявляется как потемнение осадка:
2Mn(OH)2 + O2 → 2MnO(OH)↓ +
H2O
Термическое разложение:
При нагревании в атмосфере без кислорода теряет воду, превращаясь в основный оксид:
Mn(OH)2 t°→ MnO +
H2O |
Вопрос 1: Гидроксиды марганца
ПроверкаОкисляется ли на воздухе $Mn(OH)_2$? Напишите уравнение реакции.
Ответ: Да, быстро окисляется кислородом воздуха (белый осадок буреет).
Реакция: $2Mn(OH)_2 + O_2 \rightarrow 2MnO_2 \cdot H_2O$ (или $2MnO(OH)_2$)
7. Соли марганца
Важнейшие формы соединений марганца
В зависимости от степени окисления, соли марганца имеют характерные цвета и свойства:
Главный представитель: K2MnO4 (манганат калия).
Главный представитель: KMnO4 (перманганат калия).
Свойства манганатов Mn(VI)
| Процесс | Уравнения реакций |
|---|---|
| Получение из пиролюзита (Сплавление MnO₂ щелочью и окислителем) |
Окисление диоксида марганца в щелочной среде дает зеленый расплав манганата:
MnO2 + 2KOH + KNO3 t°→
K2MnO4 + KNO2 + H2O
|
| Диспропорционирование (В воде и кислой среде) |
Зеленый манганат неустойчив без избытка щелочи (в воде или кислоте) и моментально диспропорционирует на фиолетовый перманганат и бурый осадок диоксида марганца:
3K2MnO4 + 2H2O → 2KMnO4 +
MnO2↓ + 4KOH
|
Эффектное превращение
Свойства перманганатов Mn(VII)
Знакомое вещество
| Термическое разложение KMnO4 (Лабораторный способ получения кислорода) |
При сильном нагревании сухих кристаллов перманганата (выше 200°C) происходит внутримолекулярное диспропорционирование с выделением газообразного кислорода и образованием зеленой соли — манганата:
2KMnO4 t°→
K2MnO4 + MnO2 + O2↑
|
Окислительные свойства KMnO4 в разных средах
Это ключевая тема для ЕГЭ! Продукты восстановления перманганата зависят от среды:
| Среда | Продукт восстановления / Цвет |
|---|---|
| Кислая (H+) | Продукт восстановления: Соли Mn2+ Цвет: Бесцветный (бледно-розовый) |
| Нейтральная (H2O) | Продукт восстановления: MnO2↓ Цвет: Бурый осадок |
| Щелочная (OH-) | Продукт восстановления: MnO42- (манганат) Цвет: Зеленый раствор |
| Среда протекания | Уравнения реакций (окислитель) |
|---|---|
| Кислая среда Mn⁺⁷ → Mn⁺² (бесцветный/бледно-розовый) |
С сульфитом натрия:
В избытке протонов перманганат принимает 5 электронов, полностью обесцвечиваясь (переход Mn⁺⁷ → Mn⁺²), при этом сульфит окисляется до сульфата:
2KMnO4 + 5Na2SO3 +
3H2SO4 → 2MnSO4 + 5Na2SO4 +
K2SO4 + 3H2O
С соляной кислотой:
Концентрированная соляная кислота окисляется до газообразного хлора, а раствор теряет фиолетовые оттенки:
2KMnO4 + 16HCl → 2MnCl2 + 5Cl2↑
+ 2KCl + 8H2O
С солями железа (II):
Ионы железа(II) окисляются до железа(III), что сопровождается исчезновением интенсивной окраски перманганата:
2KMnO4 + 10FeSO4 +
8H2SO4 → 2MnSO4 +
5Fe2(SO4)3 + K2SO4 +
8H2O
![]() С пероксидом водорода:
В кислой среде пероксид водорода проявляет свойства восстановителя, окисляясь до свободного кислорода:
2KMnO4 + 5H2O2 +
3H2SO4 → 2MnSO4 + 5O2↑ +
K2SO4 + 8H2O
|
| Нейтральная среда Mn⁺⁷ → MnO₂↓ (бурый осадок) |
С сульфитом натрия:
При недостатке протонов восстановление марганца останавливается на стадии Mn(IV), выпадая в виде бурого хлопьевидного осадка диоксида:
2KMnO4 + 3Na2SO3 +
H2O → 2MnO2↓ + 3Na2SO4 + 2KOH
![]() |
| Щелочная среда Mn⁺⁷ → MnO₄²⁻ (зеленый раствор) |
С сульфитом натрия:
В избытке гидроксид-ионов восстановление идет только на 1 электрон, приводя к образованию стойкого раствора изумрудно-зеленого цвета (манганата):
2KMnO4 + Na2SO3 + 2KOH →
2K2MnO4 + Na2SO4 + H2O
|
Лайфхак для ЕГЭ
Эффектный опыт: Вулкан Бёттгера
Вопрос 1: Окислительные свойства перманганатов (ОВР)
ПроверкаДопишите уравнения ОВР с участием перманганата калия ($KMnO_4$) в разных средах:
- Кислая среда: $KMnO_4 + Na_2SO_3 + H_2SO_4 \rightarrow \dots + \dots + \dots + \dots$
- Нейтральная среда: $KMnO_4 + Na_2SO_3 + H_2O \rightarrow \dots\downarrow + \dots + \dots$
- Щелочная среда: $KMnO_4 + Na_2SO_3 + KOH \rightarrow \dots + \dots + \dots$
- Разложение перманганата: $KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots + \dots\uparrow$
Ответ:
- $2KMnO_4 + 5Na_2SO_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + 5Na_2SO_4 + K_2SO_4 + 3H_2O$ (обесцвечивание)
- $2KMnO_4 + 3Na_2SO_3 + H_2O \rightarrow 2MnO_2\downarrow + 3Na_2SO_4 + 2KOH$ (бурый осадок)
- $2KMnO_4 + Na_2SO_3 + 2KOH \rightarrow 2K_2MnO_4 + Na_2SO_4 + H_2O$ (зеленый раствор)
- $2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$
Пояснение: Это фундаментальное правило: в кислой среде $Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+2}$ (бесцветный), в нейтральной $Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+4}$ (бурый $MnO_2$), в щелочной $Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+6}$ (зеленый манганат).
8. Качественные реакции


- Mn2+: Бесцветный/бледно-розовый раствор → с щелочью даёт белый осадок
Mn(OH)2,
быстро буреющий на воздухе (окисление до MnO(OH)).
Выпадение осадка и его окисление растворенным кислородом — простейший качественный признак наличия ионов марганца(II):MnCl2 + 2NaOH → Mn(OH)2↓ + 2NaCl - MnO4-: Интенсивная фиолетовая окраска раствора — характерный признак перманганат-ионов. Обесцвечивание раствора KMnO4 — признак протекания ОВР в кислой среде.
- Окисление Mn2+ до MnO4- (подтверждение
наличия Mn):
При действии сверхсильного окислителя (диоксида свинца) в азотнокислой среде катионы марганца(II) переходят в высшую степень окисления, окрашивая раствор в малиново-фиолетовый цвет (образование марганцовой кислоты):2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 2PbSO4↓ + 3Pb(NO3)2 + 2H2O
Вопрос 1: Качественные реакции
ПроверкаКакого цвета осадок гидроксида марганца (II) ($Mn(OH)_2$) и что с ним происходит на воздухе?
Ответ: Осадок изначально белый (или светло-розовый), но на воздухе быстро буреет (окисляется до оксида марганца (IV)).
9. Видео эксперименты
Рекомендуем посмотреть опыты с марганцем на канале Thoisoi:
Олимпиадная задача (Марганец - Глобальная)
Хрупкий серебристо-белый металл X легко растворяется в разбавленных кислотах, образуя бесцветные или бледно-розовые растворы солей. Например, с соляной кислотой он дает раствор соли A (реакция 1), а с серной — соли G (реакция 2). Из раствора соли A действием щелочи можно осадить белый осадок гидроксида B (реакция 4), который на воздухе мгновенно буреет, превращаясь в черный нерастворимый порошок C (тривиальное название — пиролюзит) (реакция 5). Порошок C также образуется при прямом сжигании металла X в кислороде (реакция 3). Массовая доля металла в C составляет $63,22\%$.
Если осадок C сплавить с селитрой и щелочью, образуется темно-зеленый расплав манганата калия D (реакция 6). Из раствора D действием хлорида бария выпадает редкий бамбуково-зеленый осадок J (реакция 10). При пропускании хлора через зеленый раствор D он приобретает насыщенный фиолетовый цвет (цвет всеми известной марганцовки E) (реакция 7). Массовая доля кислорода в E равна $40,51\%$.
При осторожном добавлении к кристаллам E концентрированной серной кислоты на холоду образуется тяжелая маслянистая зеленая жидкость F (марганцовый ангидрид, массовая доля кислорода $50,45\%$) (реакция 8). При малейшем нагревании жидкость F со взрывом разлагается обратно в оксид C (реакция 9). А если порошок C нагреть с концентрированной соляной кислотой, полетит ядовитый желто-зеленый газ L и снова образуется соль A (реакция 14).
Фиолетовый раствор E в кислой среде является сильнейшим окислителем: при реакции с сульфитом калия он полностью обесцвечивается, переходя в сульфат G (реакция 11). Из соли G можно осадить осадок телесного цвета H (сульфид) (реакция 12) и белый осадок I (карбонат) (реакция 13).
Схема превращений (12 веществ):
Показать решение и уравнения реакций
ОтветШаг 1: Расшифровка веществ.
Черный порошок C с $\omega(Me) = 63,22\%$ — это $MnO_2$ (пиролюзит). $M = 55 + 32 = 87$. $\omega(Mn) = 55/87 \approx 0.6322$.
Марганцовка E с $\omega(O) = 40,51\%$ — это $KMnO_4$. $M = 39 + 55 + 64 = 158$. $\omega(O) = 64/158 \approx 0.4051$.
Марганцовый ангидрид F с $\omega(O) = 50,45\%$ — это $Mn_2O_7$. $M = 55\cdot 2 + 16\cdot 7 = 222$. $\omega(O) = 112/222 \approx 0.5045$.
Все массовые доли подтверждают, что X — Марганец.
Вещества: X = $Mn$, A = $MnCl_2$, B = $Mn(OH)_2$, C = $MnO_2$, D = $K_2MnO_4$, E = $KMnO_4$, F = $Mn_2O_7$, G = $MnSO_4$, H = $MnS$, I = $MnCO_3$, J = $BaMnO_4$, L = $Cl_2$.
Реакции (14 уравнений):
1. $Mn + 2HCl \rightarrow MnCl_2 + H_2\uparrow$
2. $Mn + H_2SO_4(разб) \rightarrow MnSO_4 + H_2\uparrow$
3. $Mn + O_2 \xrightarrow{t^\circ} MnO_2$
4. $MnCl_2 + 2KOH \rightarrow Mn(OH)_2\downarrow + 2KCl$
5. $2Mn(OH)_2 + O_2 \rightarrow 2MnO_2\downarrow + 2H_2O$
6. $MnO_2 + KNO_3 + 2KOH \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + KNO_2 + H_2O$
7. $2K_2MnO_4 + Cl_2 \rightarrow 2KMnO_4 + 2KCl$
8. $2KMnO_4(тв) + H_2SO_4(конц) \rightarrow Mn_2O_7 + K_2SO_4 + H_2O$
9. $2Mn_2O_7 \xrightarrow{t^\circ} 4MnO_2 + 3O_2\uparrow$
10. $K_2MnO_4 + BaCl_2 \rightarrow BaMnO_4\downarrow + 2KCl$
11. $2KMnO_4 + 5K_2SO_3 + 3H_2SO_4 \rightarrow 2MnSO_4 + 6K_2SO_4 + 3H_2O$
12. $MnSO_4 + K_2S \rightarrow MnS\downarrow + K_2SO_4$
13. $MnSO_4 + K_2CO_3 \rightarrow MnCO_3\downarrow + K_2SO_4$
14. $MnO_2 + 4HCl(конц) \xrightarrow{t^\circ} MnCl_2 + Cl_2\uparrow + 2H_2O$










