Pt nhúng trong dung dịch gồm Cu2+, I- (cùng nồng độ 1M), có chức kết tủa CuI là catot. Vậy sơ đồ pin là:
Trên catot: Cu2+ + I - + e → CuI Trên anot: 3I- → I3- + 2e Bài 15: Cho ECrO0 CrOH 0,18V ) ( / 3 2 4− =− ; 4 0 2 , / ( ) 1,695 MnO H MnO OH E − + = + V ; Cr(OH)3 CrO2- + H+ + H2O K = 1,0.10-14
a) Hãy thiết lập sơ đồ pin được hình thành bởi hai cặp oxi hóa - khử CrO42-/ CrO2- và MnO4-/ MnO(OH)2.
b) Tính hằng số cân bằng của phản ứngxảy ra trong pin.
c) Tính Epin biết nồng độ của ion CrO42- là 0,010M; CrO2- là 0,030M; MnO4- là 0,2M d) Mô tả chiều chuyển động của các electron, cation, anion trong quá trình pin hoạt động
Hướng dẫn
Xét cặp CrO42-/ Cr(OH)3
CrO42- + 4H2O + 3e Cr(OH)3 + 5OH- 3E /0,05921
1
K =10
Cr(OH)3 CrO2- + H+ + H2O K = 10-14 H+ + OH- H2O Kw-1 = 1014
CrO42- + 2H2O + 3e CrO2- + 4OH- 1 3E /0,05921
2 1 w
K =K .K.K− =10
Eo CrO42-/ CrO2- = Eo CrO42-/ Cr(OH)3 = - 0,18V < Eo MnO4-/ MnO(OH)2 sơ đồ pin: (-)Pt | CrO42-, CrO2-, OH- || MnO4-, H+, MnO(OH)2 | Pt (+) Tính K của phản ứng:
MnO4- + 4H+ + 3e MnO(OH)2 + H2O K1 = 103.1,695/0,0592 CrO2- + 4OH- CrO42- + 2H2O + 3e K2-1 = (103.(-0,18)/0,0592)-1 4 | H2O H+ + OH- Kw = 10-14
MnO4- + CrO2- + H2O MnO(OH)2 + CrO42- K = K1.K2-1.(Kw)4 = 1039 pin = Eo pin + lg 3 0592 , 0 4 2 2 4 [MnO ].[CrO ] [CrO ] − − − Tính Eo
pin dựa vào K phản ứng ta có Eopin = 3 0592 , 0 . 39 = 0,77V Epin = 0,77 + 3 0592 , 0 lg 0,01 03 , 0 . 2 , 0 = 0,7656V Ở mạch ngoài: Các eletron chuyển động từ anôt (-) sang catot (+)
Ở mạch trong :
- Dung dịch bên anot có CrO2-, OH- đi đến bề mặt anot tham gia phản ứng làm dung dịch giảm lượng ion âm so với lượng ion dương → các ion âm của cầu muối sẽ đi vào dung dịch ở anot để dung dịch luôn trung hòa điện.
- Dung dịch bên catot có ion MnO4-, H+ đi đến bề mặt catot tham gia phản ứng làm dung dịch giảm lượng ion dương so với lượng ion âm → các ion dương của cầu muối sẽ đi vào dung dịch ở catot để dung dịch luôn trung hòa điện
Bài 16: a. Viết phương trình khi cho KMnO4 phản ứng với K2SO3 trong môi trường axit, môi trường bazơ và môi trường trung tính.
b. Tại sao dung dịch MnO4- bị khử khi có mặt các ion F- lại có thể dừng ở mức oxi hóa +3?
c. Tác dụng của AgMnO4 trong mặt nạ phòng độc?
Hướng dẫn
2KMnO4 + 5K2SO3 + 3H2SO4 → 6K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O
2KMnO4 + K2SO3 + 2KOH → 2K2MnO4 + K2SO4 + H2O
2KMnO4 + 3K2SO3 + H2O → 3K2SO4 + 2MnO2 + 2KOH
b. Trong quá trình khử MnO4- (môi trường axit) khi có mặt các ion F- lại có thể dừng ở mức oxi hóa +3 vì Mn3+ tạo phức bền với ion F-: K2[MnF5]
c. Trong mặt nạ phòng độc, AgMnO4 hấp thụ khí CO: 2AgMnO4 + 2CO → Ag2MnO4 + 2CO2 + MnO2.
Bài 17: a. Giải thích và viết phương trình phản ứng, khi dẫn khí H2S vào dung dịch perenat trong môi trường axit.
b. So sánh tính chất oxi hóa của perenat và pemanganat
c. Tại sao Mn ion với số oxi hóa cao nhất trong dung dịch nước hình thành phức chất một nhân và không hiđrat hóa?
d. Cho biết công thức và cấu trúc hình học của phức chất mangan cacbonyl.
Hướng dẫn:
a. Hợp chất với số oxi hóa cao của các nguyên tố nhóm VIIB tăng độ bền khi số thứ tự tăng. Như vậy, theo thứ tự từ trên xuống độ bền của ion MnO4- kém nhất và bền nhất là ion ReO4-. Bởi vậy khi dẫn khí H2S vào dung dịch perenat trong môi trường axit không xảy ra phản ứng oxi hóa khử mà xảy ra phản ứng kết tủa muối Re(VII) sunfua:
2ReO4- + 7H2S + 2H+ → Re2S + 8H2O
b. Qua phản ứng trên cho thấy: muối perenat là chất oxi hóa yếu hơn muối pemanganat rất nhiều.
c. Các trạng thái oxi hóa cai của các nguyên tố nhóm VIIB có thể được ổn định bằng quá trình tạo phức chất. Các phối tử phù hợp để ổn định các trạng thái oxi hóa cao là
flo (F-) và oxi (O2-), vì chúng có độ âm điện lớn nhất nhì trong các phi kim. Flo thường tạo phức với số phối trí 6 có thể ổn định được trạng thái oxi hóa cao +5. Oxi có những thuận lợn hơn, chỉ cần số phối trí 4 cũng có thể ổn định được các tiểu phân có số oxi hóa cao nhất nhw Mn+7, Re+7,…
Dạng ion cao nhất của Mn có thể tồn tại ngắn trong dung dịch nước là Mn+6. Ion này được ổn định bằng các phân tử nước tham gia tạo phức dạng [Mn(H2)6]6+ giống như in MnO42- hay ion sunfat SO42- với cấu trúc tứ diện đều và bão hòa phối trí nên không tạo thành hợp chất cao phân tử và không hiđrat hóa trong dung dịch.
d.
Bài 18: a. Biến thiên tính axit – bazơ của dãy hiđroxit sau như thế nào? Mn(OH)2, Mn(OH)3, Mn(OH)4, MnO2(OH)2; MnO3(OH)
Hay : Mn(OH)2, Mn(OH)3, Mn(OH)4, H2MnO4; HMnO4
b. Viết phương trình phản ứng oxi hóa Mn2+ thành MnO4- trong quá trình nung oxi hóa với KNO3 và K2CO3. Cho biết vai trò của CO32- trong phản ứng này.
Hướng dẫn:
a. Mn(OH)2, Mn(OH)3, Mn(OH)4, H2MnO4; HMnO4 tính bazơ giảm, tính axit tăng. Do bán kính nguyên tử trung tâm trong hợp chất giảm dần khi số oxi hóa tăng. Từ Mn+2 đến Mn+7 bán kính giảm dần dẫn đến mật độ điện tích dương tăng. Bởi vậy độ bền liên kết Mn-O tăng theo số oxi hóa tăng làm cho liên kết Mn-O-H khó phân li theo kiểu bazơ và dễ phân li theo kiểu axit.
b. MnO + CO32- → MnO22- + CO2 MnO22- + 2NO3- → MnO42- + 2NO2-
CO32- chỉ đóng vai trò phản ứng trao đổi và làm xốp khối nung chảy để hợp chất mangan tiếp xúc dễ dàng với chất oxi hóa.
Bài 19 (HSGQG 2015): Một loại quặng chỉ chứa MnO2 và tạp chất trơ. Cân chính xác 0,5000 gam quặng trên rồi cho vào bình cầu có nhánh. Thêm từ từ vào bình này
khoảng 50 ml dung dịch HCl đặc. Đun nóng đến khi mẫu quặng tan hất, chỉ còn lại tạp chất trơ. Hấp tụ hoàn toàn khí Cl2 thoát ra bằng lượng dư KI, thu được dung dịch X. Chuyển toàn bộ X vào bình định mức 250ml, thêm nước cất đến vạch mức, lắc đều. Chuẩn độ 25,00ml dung dịch này bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3 0,05M (chỉ thị hồ tinh bột) thì hết 22,50 ml.
a. Viết các phương trình hóa học xảy ra.
b. Tính hàm lượng % theo khối lượng của MnO2 trong quặng trên.
Hướng dẫn
a. Khử MnO2 bằng lượng dư dung dịch HCl nóng: MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Toàn bộ lượng CL2 thoát ra được hấp thự vào dung dịch KI dư: Cl2 + 3KI → KI3 + 2KCl
Chuẩn độ lượng KI3 bằng dung dịch chuẩn Na2S2O3: KI3 + 2Na2S2O3 - Na2S4O6 + 2NaI + KI
b. Hàm lượng phần trăm về khối lượng MnO2 trong quặng Ta có nMnO2 =nCl2 =nI2 = ½nNa S O2 2 3
2 2 3
Na S O
n = 22,5. 0,05/1000 = 1,115.10-3 (mol)
Số mol I2 (dạng I3-) có trong 250,0 ml dung dịch X 2
I
n = 1,125.10-3.10/2 = 5,625.10-3 (mol)
Số mol MnO2 = số mol I2 (theo phương trình phản ứng) = 5,625.10-3 (mol) % khối lượng MnO2:
% MnO2 = 5,625.10-3 (55+16.2)/0,5000 = 97,88%
Bài 20: a. Ion pemanganat bền trong môi trường nào?
b. Giải thích tại sao khả năng oxi hóa của ion MnO4- lại phụ thuộc vào môi trường?
c. Giải thích nguyên nhân gây ra màu sắc của ion pemanganat
d. Trong môi trường axit H2SO4 loãng, KMnO4 oxi hóa được muối Fe(II) thành Fe(III), H2SO3 thành H2SO4, SO3- thành SO42-, NH3 thành N2, NO2- thành NO3-, HX thành X2, S2O32- thành SO42-, H mới sinh thành H2, axit oxalic thành CO2 ở 600C,…
Viết các phương trình phản ứng.
Hướng dẫn:
Trong dung dịch nước có cân bằng
3MnO42- + 8H2O → 2MnO4- + MnO2 + 4OH- Nên ion MnO4- bền trong môi trường kiềm.
10FeSO4 + 8H2SO4 + 2KMnO4 → 5Fe2(SO4)3 + K2SO4 +2MnSO4 + 8H2O
5SO2 + 2H2O + 2KMnO4 → K2SO4 +2MnSO4 + 2H2SO4
10NH3 + 9H2SO4 + 6KMnO4 → 3K2SO4 +6MnSO4 + 5N2 + 24H2O
5NO2- + 2MnO4- + 6H+ → 5NO3- + 2Mn2+ + 3H2O HX + MnO4- → Mn2+ + X2 + H2O
S2O32- + MnO4- + H+ → Mn2+ + SO42- + H2O H + MnO4- + H+ → Mn2+ + H2O
H2C2O4 + H2SO4 + KMnO4 → K2SO4 + MnSO4 + CO2 + H2O
Bài 21: Do crom có khả năng chống ăn mòn tốt nên nó là một vật liệu quan trọng để sản xuất thép. Để phân tích hàm lượng Mn và Cr có trong 1 mẫu thép, người ta oxi hóa 5 gam mẫu thép đó thành MnO42- và Cr2O72- để thu được 100 ml dung dịch. Sau đó 50,0 ml dung dịch này được thêm vào dung dịch BaCl2 ở một giá trị pH thích hợp để kết tủa hoàn toàn crom và thu được 5,82 gam
BaCrO4. 50,0 ml dung dịch còn lại được chuẩn độ bằng dung dịch Fe2+ trong môi trường axit thấy tốn hết 43,5 ml dung dịch Fe2+ 1,60M. Các phương trình không cân bằng cho các phản ứng chuẩn độ được đưa ra dưới đây:
MnO4-(aq) + Fe2+ (aq) + H+(aq) → Mn2+(aq) + Fe3+ (aq) Cr2O72- (aq) + Fe2+ (aq) + H+(aq) → Cr3+(aq) + Fe3+ (aq) Hãy cân bằng các phương trình trên
Tính % Mn và %Cr trong mẫu thép trên.
Hướng dẫn:
MnO4-(aq) +5 Fe2+ (aq) + 8H+(aq) → Mn2+(aq) + 5Fe3+ (aq) + 4H2O (l) Cr2O72- (aq) + 6Fe2+ (aq) + 14H+(aq) → 2Cr3+(aq) + 6 Fe3+ (aq) + 7H2O (l) Số mol BaCrO4 = 2,3.10-2 mol
Số mol Cr2O72- = 1,15.10-2
nCr trong 100ml dung dịch = 4,6.10-2 mol mCr Trong mẫu thép:4,6.10-2 . 52 = 2,39 gam
Số mol Fe2+ trong chuẩn độ 43,5.10-3.1,6 = 6,96.10-2 mol
Số mol Fe2+ phản ứng với Cr2O72- = 1,15.10-2 . 6 = 6,9.10-2 mol Số mol Fe2+ phản ứng với MnO4- = 6.10-4 mol
nMn trong 100ml dung dịch = 2,4.10-4 mMn = 2,4.10-4. 54,9 = 0,013 gam
% Mn trong mẫu thép = 0,013.100%/5 = 0,26% % Cr = 2,39.100%/5 = 48%
Bài 22: Khi phân tích nguyên tố các tinh thể ngậm nước của một muối tan A của kim loại X, người ta thu được các số liệu sau:
% khối lượng trong muối
0,00 57,38 14,38 0,00 3,62
Theo dõi sự thay đổi khối lượng của A khi nung nóng dần lên nhiệt độ cao, người ta thấy rằng, trước khi bị phân hủy hoàn toàn, A đã mất 32% khối lượng.
Trong dung dịch nước, A phản ứng được với hỗn hợp gồm PbO2 và HNO3 (nóng), với dung dịch BaCl2 tạo thành kết tủa trắng không tan trong HCl.
Hãy xác định kim loại X, muối A và viết các phương trình phản ứng xảy ra. Biết X không thuộc họ Lantan và không phóng xạ.
Hướng dẫn nH: nO: nS = (3,62:1,008): (57,38:16): (14,38:32,06) = 3,59: 3,59 : 0,448 = 8:8:1 vậy công thức đơn giản nhất cho biết tương quan số nguyên tử của các nguyên tố H, O, S trong A là (H8O8S)n
% khối lượng của X trong A bằng 100% - (3,62+57,38+14,38)% = 24,62% Với n = 1, MX = 24,62:0,448 = 54,95 (g/mol), X là Mn
Với n = 2, MX = 109,9, khôn có kim loại nào có nguyên tử khối như vậy. Với n ≥ 3, MX≥ 164,9 (g/mol), X thuộc họ Lantan hoặc phóng xạ (loại)
Vậy công thức đơn giản nhất của A là MnH8O8S
Mặt khác, X phản ứng với BaCl2 tạo thành kết tủa không tan trong HCl, mà trong A có 1 nguyên tử S, do đó A là muối sunfat hoặc muối hiđro sunfat: MnH8O4SO4
Khi đun nóng (A chưa bị phân hủy), 32% khối lượng A mất đi, trong đó MA = 223,074 (g/mol), → 32% . MA= 32%.223,074 = 71,38 ≈ 72, tương đương với 4 mol
Vậy A là muối MnSO4 ngậm 4 phân tử nước: (MnSO4.4H2O) Phương trình phản ứng:
MnSO4 + BaCl2 → BaSO4 + MnCl2
2MnSO4 + 5PbO2 + 6HNO3 → 2HMnO4 + 3Pb(NO3)2 + 2PbSO4 + 2H2O
Bài 23: Hoàn thành các phương trình phản ứng theo sơ đồ sau: 1/ Mn(OH)2 + HClloãng→ 2/ Mn(OH)2 + NaOH rắn → 3/ Mn(OH)2 + NH3 + H2O → 4/ Mn(OH)2 + NH4Cl đặc nóng → 5/ Mn(OH)2 + H2O2 đặc → 6/ Mn(OH)2 + Ca(ClO)2 → 7/ Mn(OH)2 + dung dịch Br2 →
8/ Nhiệt phân MnSO4 →
10/ KMnO4 + MnSO4 + H2SO4 →
11/ MnSO4 + HNO3 + PbO2 →
12/ MnSO4 +NaOH loãng + NaClO →
Hướng dẫn 1/ Mn(OH)2 + 2HClloãng→ MnCl2+ 2H2O 2/ Mn(OH)2 + 2NaOH rắn 0 130 C → Na2[Mn(OH)4] 3/ Mn(OH)2 + 6NH3 đặc+ 6H2O → [Mn(NH3)6](OH)2 + 6H2O 4/ Mn(OH)2 +2 NH4Cl đặc nóng → MnCl2 + 2NH3 + 2H2O 5/ Mn(OH)2 + H2O2 đặc → MnO2 + 2H2O
6/ 2Mn(OH)2 + Ca(ClO)2 → 2MnO2 + CaCl2+ 2H2O
7/ Mn(OH)2 + dung dịch Br2 → MnO2 + 2HBr
8/ 3MnSO4
0
t
→ Mn3O4 + 3SO2 + O2
9/ MnSO4 + 2NH3 đặc + 2H2O → Mn(OH)2 + (NH4)2SO4
10/ 2KMnO4 +3 MnSO4 + 8H2SO4 → 5Mn(SO4)2 + K2SO4 + 8H2O
11/ 2MnSO4 + 8HNO3 + 5PbO2 → 2HMnO4 + 4Pb(NO3)2 + Pb(HSO4)2 + 2H2O
12/ MnSO4 + 2NaOH loãng + NaClO → NaCl + Na2SO4 + MnO2 + H2O
Bài 24: Hoàn thành các phương trình phản ứng sau và hãy cho biết trong các phản ứng dưới đây, các hợp chất của mangan thể hiện tính oxi hóa hay tính khử?
1/ KMnO4 + NH3 + H2O →
2/ KMnO4 + H2O2 + H2SO4 loãng → 3/ KMnO4 + KNO2 + H2SO4 loãng → 4/ KMnO4 + FeSO4 + H2SO4 loãng → 5/ KMnO4 + H2S → 6/ KMnO4 + KI + H2SO4 loãng → 7/ KMnO4 + C2H5OH → 8/ MnCl2 + O3 + H2O → 9/ MnCl2 + CH3COONa + H2S → 10/ MnCl2 + KCN đặc → 11/MnS + HNO3 đặc, nóng → 12/ MnS + H2SO4 đặc, nóng → 13/ MnS + O2 không khí → Hướng dẫn 1/ 2 KMnO4 + 2NH3 + 2H2O →2MnO2 + N2 + 4H2O
2/ 2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 loãng → 2MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8H2O 3/ 2KMnO4 + 5KNO2 + 3H2SO4 loãng → 2MnSO4 + 5KNO3 + K2SO4 + 8H2O 4/ 2 KMnO4 + 10FeSO4 + 8H2SO4 loãng → 5Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O 5/ 2KMnO4 + 3H2S →2MnO2 + 3S + 2KOH + 2H2O
6/ 2KMnO4 + 10KI + 8H2SO4 loãng →2MnSO4 + 5I2 + 6K2SO4 + 8H2O 7/ 2KMnO4 + 3C2H5OH
0
30C
→ 2MnO2 + 3CH3CHO + 2KOH + 2H2O
8/ MnCl2 + O3 + H2O → MnO2 + 2HCl + O2
9/ MnCl2 + CH3COONa + H2S → MnS + 2NaCl + 2CH3COOH 10/ MnCl2 + 6KCN đặc → K4[Mn(CN)6] tím + 2KCl
11/ MnS + 8HNO3 đặc, nóng →MnSO4 + 8NO2 + 4H2O 12/ MnS + 4 H2SO4 đặc, nóng →MnSO4 + 4SO2 + 4H2O 13/ 2MnS + 4O2 không khí →MnO2 + 2SO2
Bài 25: Hoàn thành các phương trình phản ứng sau và hãy cho biết trong các phản ứng dưới đây, các hợp chất của mangan thể hiện tính oxi hóa hay tính khử?
1/ Mn2(SO4)3 + HCl đặc →
2/ Na3MnO4 huyền phù+ CO2 →
3/ Na3MnO4 huyền phù+ Cl2 →
4/ Nhiệt phân K2MnO4 →
5/ Na3MnO4 + HCl đặc →
6/ K2MnO4 + HCl đặc →
7/ K2MnO4 + CO2 →
8/ K2MnO4 + C2H5OH →
9/ Điện phân dung dịch K2MnO4 →
10/ HMnO4 + HCl đặc →
11/ Nhiệt phân KMnO4 →
12/ KMnO4 + KOH →
13/ KMnO4 + Ba(OH)2 rắn →
Bài 26. a) Tính chất hóa học của Mangan? b) Sự biến đổi tính chất hóa học từ Mn đến Re?
c) Viết phương trình phản ứng khi cho Mangan, Tecnexi và Reni tác dụng với các chất sau:
1) HCl loãng và đặc. 2) H2SO4 loãng. 3) H2SO4 đặc. 4) HNO3 đặc.
Hướng dẫn:b) Hoạt tính hóa học giảm từ Mn đến Re.