Оксиды марганца
Среди встречающихся в природе оксидов марганца и их производные назовём манганозит (MnO), биксбиит (Mn2O3), гаусманит (Mn3O4) и манганит (MnO(OH)). При нагревании они легко превращаются друг в друга за счет разложения, окисления или восстановления. Термохимические данные о подобных реакциях в расчете на 1 моль MnO(OH), приведены в таблице ниже.
- Рассчитайте энтальпии следующих реакций, используя данные таблицы и энтальпию образования Н2О(г.) (−241,8 кДж/моль).
Запишем уравнения реакций с известными энтальпиями, не забыв зафиксировать коэффициент перед MnO(OH) равным 1 (так как данные таблицы соответствуют 1 моль манганита).
Также известна энтальпия образования воды:
Реакция получается сложением первой реакции, обратной второй реакции и половины реакции образования воды:
После сокращений получим нужную реакцию, это значит, что неизвестная энтальпия
Аналогично, реакцию получим сложением 12 четвертых реакций и 12 обратных третьих реакций, то есть
А реакцию – как сумму первой реакции, двух третьих реакций, трёх обратных четвертых реакций и (поскольку на этой стадии остаётся кислород, водород и вода) половины реакции, обратной реакции образования воды. Поэтому
- Многие оксиды марганца проявляют окислительные свойства. Проиллюстрируйте это уравнениями реакций растворения гаусманита в горячей концентрированной соляной кислоте и биксбиита – в горячей концентрированной серной кислоте.
Свойства наночастиц довольно сильно отличаются от свойств обычных образцов веществ. Наночастицы имеют большую общую поверхность, поэтому в энтальпии реакций вносит вклад поверхностная энергия, равная энергии, необходимой для образования единицы площади такой поверхности. Например, поверхностная энергия MnO2 равна 2,05 Дж/м2. Значит, у порции наночастиц с общей поверхностью 100 м 2 энтальпия отличается от энтальпии такого же по массе обычного образца MnO2 на 205 Дж.
Стабильная степень окисления марганца в кислой среде - +2. Уравнения реакций:
- При растворении 2,288 г наночастиц Mn3O4 в соляной кислоте выделилось на 255 Дж меньше теплоты, чем при растворении такой же массы твёрдого Mn3O4, не подвергавшегося измельчению. Поверхностная энергия Mn3O4 равна 1,62 Дж/м2. Рассчитайте радиус использованных наночастиц, считая их одинаковыми по размеру и сферическими.
Разница в 255 Дж соответствует поверхностной энергии. Площадь поверхности образца гаусманита:
Общий объём наночастиц гаусманита:
Если порция состоит из N наночастиц, то
- Чему равен радиус наночастиц марганца, при сжигании которых на воздухе образуются наночастицы MnO2 радиусом 7 нм? Считайте, что число атомов марганца в наночастице не изменяется в ходе реакции. Полезная информация: Объём V шара и площадь S его поверхности связаны с радиусом r:
Рассчитаем объём, массу и количество вещества для одной наночастицы MnO2.
Количество металлического марганца в наночастице, согласно условию, такое же
Более коротким расчёт становится, если все преобразования вести исходя из равенства количества марганца и диоксида марганца, не проделывая промежуточные расчёты.
Полным баллом оценивается любой верный способ решения.