Mn cho nhieău hợp chât có hoá trị từ 2+ →7+, các hoá trị đaịc trưng cụa Mn là 2, 4, 7 ngoài ra còn có hoá trị +3, +6. Các hỵroxit cụa nó hoá trị taíng leđn thì tính bazơ giạm và tính axit taíng daăn.
1.Hợp chât hoá trị +2.
a. Manganoxit MnO :
MnO được táo thành khi nung nóng boơt MnO2 trong khí H2
MnO2 + H2 = MnO + H2O
MnO màu xanh lá cađy khođng tan trong nước tan được trong axit. MnO + 2HCl = MnCl2 + H2O
Khi đun nóng Mn deê dàng bị OXH bởi oxy khođng khí → MnO2.
b. Mn(OH)2
Được đieău chê baỉng cách cho muôi Mn2+ tác dúng với kieăm. MnSO4 + 2NaOH = Mn(ĨH)2 + Na2SO4
Mn(OH)2 là moơt hydroxyt bazơ có tính bazơ yêu màu traĩng, khođng tan trong nước tan trong axit.
Mn(OH)2 + 2HCl = MnCl2 + 2H2O
Mn(OH)2 đeơ trong khođng khí thì bị OXH ngay táo thành Mn(OH)4 có màu nađu. Mn(OH)2 + 1/2O2 + H2O = Mn(OH)4
c. Muôi Mn2+
Các muôi clorua, sunphat, nitrat đeău tan trong nước, nó là lối hợp chât beăn nhât trong mođi trường axit. Đa sô muôi Mn II có câu táo tinh theơ hoăng, khi tiêp xúc với chât OXH nó bị OXH đên hoá trị cao hơn.
2MnSO4 + 5PbO2 + 3H2SO4 = 5PbSO4 + HMnO4 + 2H2O Các muôi halogen cụa Mn2+ được táo thành khi hoà tan MnO2 trong axit tương ứng. MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O
a. MnO2 :
MnO2 là chât boơt màu nađu đen, khođng tan trong nước nó là hợp chât oxyt beăn nhât cụa Mn ở đieău kieơn thường. MnO2 là nguyeđn lieơu chính đeơ đieău chê Mn và các hợp chât khác cụa Mn. MnO2 theơ hieơn tính OXH và tính khử.
- Tính OXH : MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O - Tính khử : 2MnO2 + 4KOH + O2 = 2K2MnO4 + 2H2O (xanh lúc)
2MnO2 + 3PbO2 + 6HNO3 = 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2H2O
b. Mn(OH)4:
Mn(OH)4 là chât kêt tụa màu nađu săm, khođng tan trong nước, Mn(OH)4 là hydroxyt lưỡng tính nhưng cạ 2 tính axit và bazơ đeău rât yêu.
Khi tác dúng với HNO3 hoaịc H2SO4 đaịc táo thành hợp chât khođng beăn, như Mn(SO4)2. Khi đun nóng chạy với kieăm táo thành Manganit.
2KOH + Mn(OH)4 = K2MnO3 + 3H2O
3. Hợp chât hoá trị +6 và +7a. Kalimanganat K2MnO4 : a. Kalimanganat K2MnO4 :
- K2MnO4 được đieău chê baỉng cách cho MnO2 tác dúng với kieăm nóng chạy với sự tham gia cụa oxy khođng khí hoaịc chât OXH nào khác.
3MnO3 + KClO3 + 6KOH = 3K2MnO4 + KCl + 3H2O - K2MnO4 là tinh theơ xanh lá cađy thaơm, khođng beăn tự phađn huỷ theo phạn ứng. 3K2MnO4 + 2H2O = 2KMnO4 + MnO2 + 4KOH
b. Kalipenmanganat KMnO4 :
- KMnO4 là chât raĩn dáng tinh theơ hình kim, mau tím, tan nhieău trong nước cho dd màu tím hoăng MnO4-.
- KMnO4 khođng beăn ở nhieơt đoơ cao deê bị phađn huỷ.
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2 (200oC)
- KMnO4 là chât OXH mánh. Trong mođi trường axit Mn7+ bị khử xuông Mn2+
2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 = 2MnSO4 + 6K2SO4 + 3H2O Trong mođi trường trung tính Mn7+ bị khử xuông Mn4+
2KMnO4 + 3K2SO4 +H2O = 2MnO2 + 3K2SO4 + 2KOH Trong mođi trường kieăm Mn7+ → Mn6+
2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH = 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O
Trong mođi trường kieăm phạn ứng xạy ra khi chât khử ít và noăng đoơ kieăm lớn (nêu khođng sẽ táo thành MnO2).
KMnO4 tác dúng với H2SO4 đaịc (từ 90% ) cho Mn2O7 là chât lỏng màu đen. 2KMnO4 + H2SO4 = Mn2O7 + K2SO4 + H2O
(Mn2O7 chư beăn ở 0oC, deê bị phađn huỷ → MnO2 và O2)
Bài 6: KIM LỐI NHÓM VIII - SAĨT
Các nguyeđn tô nhóm VIII là nguyeđn tô kim lối chuyeơn tiêp goăm: saĩt (Fe), coban (Co), Niken (Ni), ruteni (Ru), rhodi (Rh), paladi (Pd), ođsmi (Os), iridi (Ir), platin (Pt).
Ở đađy ta chư xét Fe, Co, Ni, gĩi là hĩ saĩt, tính chât lí hoá hĩc chúng khá giông nhau và khác rõ reơt các nguyeđn tô còn lái trong nhóm, các nguyeđn tô đó là hĩ plantin.
56
26Fe 58,9
27Co 58,7 28Ni
Câu táo nguyeđn tử cụa các nguyeđn tô trong hĩ saĩt có 2 e- lớp ngoài cùng, ngoài khạ naíng mât 2 e- lớp ngoài cùng, chúng còn khạ naíng mât e- ở lớp sát ngoài cùng.
Mức OXH cao nhât cụa chúng là +6, hợp chât đaịc trưng cụa Fe, Co, Ni là dương 2 và 3.
I. TRÁNG THÁI TỰ NHIEĐN VAØ ĐIEĂU CHÊ.
Saĩt là kim lối phoơ biên còn Coban và Niken ít phoơ biên hơn nhieău.Trong tự nhieđn Saĩt ở dáng hợp chât quaịng: manetit (oxyt saĩt từ Fe3O4 ), heđmatit (oxyt saĩt đỏ Fe2O3), oxyt saĩt nađu (2Fe2O3.3H2O), Xpat saĩt (xiđerit FeCO3) và pirit hay saĩt sunphua FeS, saĩt còn có trong nước thieđn nhieđn và tham gia vào thành phaăn haău hêt quaịng đa kim lối và nhieău nham thách.
- Coban và Niken thường gaịp trong tự nhieđn dưới dáng hợp chât As và S.
- Trong các nguyeđn tô Fe có giá trị thực tê lớn trong mĩi ngành kinh tê quôc dađn, là cơ sở cụa mĩi ngành kư thuaơt hieơn đái.
* Đieău chê saĩt:
Saĩt nguyeđn chât được đieău chê baỉng cách dùng hydro khử saĩt III oxyt hay saĩt II clorua. Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O
FeCl2 + H2 = Fe + 2HCl
Phaăn lớn saĩt được sử dúng trong thực tê khođng phại là ở dáng nguyeđn chât mà là ở dáng hợp kim với cácbon và nhieău chât phú gia khác.
II.Tính chât 1.Tính chât vaơt lí
Fe, Co, Ni là những kim lối naịng, saĩt và coban có màu xám traĩng, niken có màu traĩng bác, chúng có nhieơt đoơ nóng chạy cao, nhieơt đoơ sođi cao, dãn đieơn và nhieơt tôt.
Fe Co Ni Khôi lượng rieđng d= 7,78 8,9 8,9 Nhieơt đoơ nóng chạy (oC) 1536 1495 1455 Nhieơt đoơ sođi (oC) 2770 2255 2140
Saĩt và Niken deê rèn, deê dát mỏng còn Coban cứng và giòn. Cạ 3 kim lối đeău bị nhieêm từ và giữ được từ tính khi khođng còn tác dúng cụa từ trường beđn ngoài.
2.Tính chât hoá hĩc.
Fe,Co, Ni là kim lối hốt đoơng trung bình (theo chieău từ Fe → Ni tính hốt đoơng kim lối giạm daăn).
Ở đađy ta chư xét đái dieơn tính hốt đoơng cụa saĩt.
- Với oxy : ở nhieơt đoơ thường và khođ Fe khođng tác dúng với oxy (trừ trường hợp boơt saĩt mịn vừa đieău chê đươcï baỉng phương pháp hoá hĩc thì deê dàng cháy trong oxy khođng khí).
Ở nhieơt đoơ cao Fe deê dàng tác dúng với oxy táo thành Fe3O4
3Fe + 2O2 = Fe3O4
Trong khođng khí aơm Fe deê bị oxy hoá táo thành gư saĩt.
- Với các á kim khác: khi đun nóng (đaịc bieơt dáng boơt) saĩt tác dúng với haău hêt các á kim. 2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3
Fe + S = FeS 3Fe + N2 = Fe3N2
- Với nước: ở nhieơt đoơ thường khođng tác dúng, ở nhieơt đoơ cao Fe đaơy được H2 ra khỏi nước. 3Fe + 4H2O = Fe3O4 + 4H2
- Với axit: với dd HCl, H2SO4 loãng saĩt đaơy được H2 ra khỏi axit. Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 ↑
Fe + H2SO4 = FeSO4 + H2 ↑ Đôi với HCl, H2SO4 đaịc, nguoơi saĩt bị thú đoơng hoá.
+ Với H2SO4 (đ, n) : 2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + NO + H2O + Với HNO3 loãng : Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2 + 3H2O
- Saĩt trong khođng khí aơm dưới tác dúng cụa H2O, CO2 saĩt bị aín mòn nhanh → lớp rư saĩt (Fe2O3.nH2O).
LUYEƠN GANG, THÉP. 1. Luyeơn gang: 1. Luyeơn gang:
a. Nguyeđn taĩc : khử oxyt saĩt baỉng khí CO được táo thành trong lò cao khi đôt cháy than côc
khođng hoàn toàn.
b. Sự chuyeơn vaơn trong lò cao.
- Mođ tạ : câu táo cụa lò hình trú có vỏ baỉng thép, trong có lát gách chịu nóng, cao từ 20-30 m, đường kính từ 6-10 m.
- Cách vaơn hành trong lò: quaịng saĩt + C + chât chạy vào lò qua meơng lò, dăn khođng khi nóng vào lò qua ông dăn khí phía tređn noăi lò.
Các phạn ứng xạy ra trong lò:
+ Ở phaăn tređn noăi lò: C + O2 = CO2 + 94Kcal C + CO2 = 2CO - 43Kcal
Phạn ứng toạ nhieơt lớn truyeăn cho lớp nguyeđn lieơu ở thađn lò và ở đó CO khử quaịng. 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2
FeO + CO = Fe + CO2
Đoăng thời ở thađn lò các quá trình phạn ứng khác cũng xạy ra: CaCO3 = CaO + CO2
Baơn quaịng : SiO2 + CaO = CaSiO3 (xư)
Các chât khí tiêp túc đi leđn và thoát ra ở ông dăn khí (to = 250oC).
Quá trình này thu được 2/3 Fe từ quaịng và 1/3 được táo thành do CO khử trực tiêp các oxyt saĩt ở gaăn noăi lò với nhieơt đoơ > 1000oC.
Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO Fe3O4 + 4C = 3Fe + 4CO FeO + C = Fe + CO
Si, P, C, S lăn trong quaịng cũng bị khử đoăng thời táo thành gang nóng chạy, các táp chât CaO, MgO táo hoên hợp Silicat nóng chạy gĩi là xư naỉm ở tređn lớp gang nóng chạy ở noăi lò. Người ta taơn dúng hoên hợp khí thoát ra đeơ đôt nóng khođng khí trước khi cho vào lò.
2. Luyeơn thép.a. Nguyeđn taĩc: a. Nguyeđn taĩc:
Lối moơt phaăn C, Si, S, P, Mn ra khỏi gang baỉng cách cho gang nóng chạy và cho OXH những chât caăn lối ra.
b. Các quá trình phạn ứng xạy ra:
Ở nhieơt đoơ nung nóng trước tieđn Si bị OXH. Si + O2 = SiO2
Tiêp theo là Mn, khi nhieơt đoơ taíng daăn C cũng bị OXH, nhieơt đoơ leđn 1000oC tređn lò có ngĩn lửa xanh thì S và P bị OXH.
S + O2 = SO2
4P + 5O2 = 2P2O5
và nhieơt đoơ taíng leđn 1200 → 1600oC thì các khí daăn daăn thoát ra khỏi heơ, còn oxyt SiO và P2O5
sẽ kêt hợp với các oxyt kim lối táo thành các muôi silicat và photphat gĩi là xư.
Khi sự OXH kêt thúc trong hoên hợp văn còn 1 lượng FeO và lúc này ở mieơng lò xuât hieơn lớp khói nađu, người ta ngừng sự OXH và cho vào lò moơt ít gang giàu C với moơt lượng Mn đeơ khử oxyt saĩt.
FeO + Mn = MnO + Fe
c. Các phương pháp luyeơn thép.
- Phương pháp Betxome: có vỏ baỉng thép ở trong lót gách chịu lửa và quay quanh trúc naỉm ngang, người ta cho gang nóng chạy vào lò, bơm mánh khođng khí qua gang nóng chạy sẽ xạy ra quá trình OXH, nhieơt đoơ cụa các phạn ứng toạ ra nađng nhieơt đoơ cụa lò leđn cao, duy trì được thép ở nhieơt đoơ nóng chạy sau đó nghieđn lò đoơ thép và xư ra.
+ Ưu đieơm:
Gang biên thành thép nhanh neđn sạn xuât được thép nhieău taơn dúng được nhieơt, thiêt bị đơn giạn, rẹ tieăn.
+ Nhược đieơm:
Chư dùng gang chứa ít lưu huỳnh vì quá trình chuyeơn gang thành thép nhanh neđn khođng đieău khieơn được thành phaăn gang theo ý muôn và khođng lối được lưu huỳnh ra khỏi kim lối.
- Phương pháp Mactanh: lò Mactanh goăm moơt beơ lớn lót baỉng gách chịu lửa và goăm 4 buoăng đeơ lây lái nhieơt ở dưới lò. Khođng khí được sây nóng ở các buoăng trước khi cho vào lò, đoơ quaịng gang và chât cháy vào lò qua cửa lò, quá trình OXH biên thành thép sau thời gian khoạng 10 giờ.
+ Ưu đieơm:
Ngoài cách sử dúng gang người ta còn taơn dúng được saĩt thép vún, chê dược lối thép có thành phaăn theo ý muôn.
- Phương pháp lò đieơn: phương pháp giông như phương pháp Mactanh nhưng nguoăn nhieơt là do đieơn naíng cung câp do đó nhieơt đoơ cụa lò rât cao neđn chê được các lối thép đaịc bieơt beăn, chịu nhieơt khođng bị OXH như thép Crođm, thép Niken, thép Molipđen, thép Wonfram.