Mn là chất gì? Mangan: tính chất, ứng dụng, điều chế

Trả lời nhanh

Mn là kí hiệu hóa học của mangan – kim loại chuyển tiếp màu trắng xám, cứng và giòn, ở ô số 25, chu kì 4, nhóm VIIB, cấu hình electron [Ar]3d⁵4s². Mangan có tính khử khá mạnh, nhiều số oxi hóa (+2 đến +7) và chủ yếu dùng để sản xuất thép, hợp kim, pin và hóa chất như KMnO₄.

Mangan (Mn) là gì? Thông tin cơ bản

Mangan là nguyên tố d, thuộc dãy kim loại chuyển tiếp thứ nhất, nằm cạnh crom và sắt trong bảng tuần hoàn. Nó chiếm khoảng 0,1% khối lượng vỏ Trái Đất, là một trong những kim loại phổ biến sau sắt, nhôm, titan.

Đặc điểm	Giá trị
Kí hiệu	Mn
Số hiệu nguyên tử (Z)	25
Nguyên tử khối	≈ 55 (54,94)
Cấu hình electron	1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵4s² hay [Ar]3d⁵4s²
Vị trí	Ô 25, chu kì 4, nhóm VIIB
Độ âm điện	1,55
Đồng vị bền duy nhất trong tự nhiên	⁵⁵Mn

Mẹo nhớ vị trí: tổng electron lớp ngoài cùng và phân lớp 3d đang xây dựng là 5 + 2 = 7, nên Mn ở nhóm VIIB và số oxi hóa cao nhất là +7 (trong KMnO₄).

Tính chất vật lí của mangan

Kim loại màu trắng xám, ánh kim, trông giống sắt.
Rất cứng nhưng giòn, khó rèn, khó dát mỏng.
Khối lượng riêng khoảng 7,2–7,4 g/cm³ (tùy dạng thù hình), nóng chảy khoảng 1245 °C, sôi khoảng 2060 °C.
Bản thân mangan không bị nam châm hút rõ rệt như sắt; chỉ một số hợp kim của nó mới có từ tính.

Tính chất hóa học của mangan

Mn có tính khử khá mạnh, đứng trước hiđro trong dãy hoạt động hóa học. Trong hợp chất, mangan có các số oxi hóa +2, +3, +4, +6, +7; trong đó +2 bền nhất ở môi trường axit.

1. Tác dụng với phi kim (đun nóng)

Mn + Cl₂ → MnCl₂ (t°)
Mn + S → MnS (t°)
Với oxi: bột mangan cháy trong không khí tạo oxit; ở bậc phổ thông thường viết Mn + O₂ → MnO₂ (t°). Thực tế khi đốt trong không khí còn thu được Mn₃O₄: 3Mn + 2O₂ → Mn₃O₄ (t°).

2. Tác dụng với axit

Axit HCl, H₂SO₄ loãng: Mn + 2HCl → MnCl₂ + H₂↑ (có bọt khí không màu).
H₂SO₄ đặc, nóng: Mn + 2H₂SO₄ → MnSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O
HNO₃ loãng: 3Mn + 8HNO₃ → 3Mn(NO₃)₂ + 2NO↑ + 4H₂O

Lưu ý: trong cả ba trường hợp, Mn bị oxi hóa lên +2 (không lên +4 hay +7), vì axit thông thường không đủ mạnh để oxi hóa Mn lên mức cao hơn.

3. Tác dụng với nước

Mn khử được nước khi đun nóng (hơi nước), phản ứng chậm ở nhiệt độ thường:

Mn + 2H₂O → Mn(OH)₂ + H₂↑ (t°)

Một số hợp chất quan trọng của mangan

Hợp chất	Số oxi hóa Mn	Đặc điểm nổi bật
MnCl₂, MnSO₄	+2	Muối tan, dung dịch hồng rất nhạt; dùng làm vi lượng, chất xúc tác
MnO₂	+4	Chất rắn màu đen, oxi hóa mạnh khi đun nóng, dùng điều chế Cl₂
K₂MnO₄	+6	Màu lục, bền trong môi trường kiềm
KMnO₄	+7	Tinh thể tím, chất oxi hóa mạnh

Hai phản ứng thường gặp trong đề:

MnO₂ + 4HCl (đặc) → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O (t°)
2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑ (t°)
2KMnO₄ + 16HCl (đặc) → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 8H₂O

Gợi ý nhớ sản phẩm của KMnO₄: môi trường axit → Mn²⁺ (mất màu tím); môi trường trung tính → MnO₂ (kết tủa nâu đen); môi trường kiềm → MnO₄²⁻ (màu lục).

Trạng thái tự nhiên

Mangan không tồn tại ở dạng tự do mà có trong quặng: pirolusit (MnO₂) là quặng quan trọng nhất, ngoài ra có hausmanit (Mn₃O₄) và rodocrozit (MnCO₃). Mangan còn là nguyên tố vi lượng cần thiết cho cơ thể sinh vật và thực vật.

Điều chế mangan

Nhiệt nhôm: 3MnO₂ + 4Al → 3Mn + 2Al₂O₃ (t°)
Khử bằng than trong lò điện hoặc lò cao (thường cùng quặng sắt để ra hợp kim feromangan): MnO₂ + 2C → Mn + 2CO (t° cao)
Điện phân dung dịch MnSO₄ (sau khi hòa tách quặng bằng H₂SO₄) để thu mangan tinh khiết: 2MnSO₄ + 2H₂O → 2Mn + O₂ + 2H₂SO₄ (điện phân dung dịch)

Ứng dụng của mangan

Luyện kim: khoảng phần lớn mangan sản xuất ra dùng cho thép. Mn khử oxi và lưu huỳnh trong thép nóng chảy, đồng thời làm thép cứng, chịu mài mòn (thép mangan dùng làm ray tàu, máy nghiền đá).
Thành phần của một số hợp kim nhôm và thép không gỉ giá rẻ.
Hợp chất MnO₂ dùng trong pin khô; KMnO₄ dùng khử trùng, xử lý nước, làm chất oxi hóa trong phòng thí nghiệm.
Muối mangan dùng bổ sung vi lượng trong phân bón và thức ăn chăn nuôi.

Lỗi sai thường gặp

Nhầm Mn với Mg (magie): Mn là mangan (Z = 25), Mg là magie (Z = 12).
Viết sản phẩm của Mn với axit là Mn(III) hoặc Mn(IV); đúng là Mn(II).
Quên rằng MnO₂ chỉ oxi hóa HCl khi axit đặc và đun nóng.
Viết cấu hình ion sai: Mn²⁺ mất 2 electron ở 4s trước, thành [Ar]3d⁵.

Bài tập vận dụng

Bài 1. Viết cấu hình electron của ion Mn²⁺.
Đáp án: Mn là [Ar]3d⁵4s², mất 2e ở lớp ngoài cùng (4s) → Mn²⁺: [Ar]3d⁵ (có 5 electron độc thân, nên khá bền).

Bài 2. Hòa tan hoàn toàn 5,5 gam Mn trong dung dịch HCl dư. Tính thể tích H₂ (đkc, 24,79 L/mol).
Đáp án: n(Mn) = 5,5 : 55 = 0,1 mol; Mn + 2HCl → MnCl₂ + H₂ nên n(H₂) = 0,1 mol, V = 0,1 × 24,79 = 2,479 L.

Bài 3. Để điều chế 1,1 kg Mn bằng phương pháp nhiệt nhôm từ MnO₂ (hiệu suất 100%), cần ít nhất bao nhiêu gam Al và MnO₂? (Mn = 55, Al = 27, MnO₂ = 87)
Đáp án: n(Mn) = 1100 : 55 = 20 mol. Theo phương trình 3MnO₂ + 4Al → 3Mn + 2Al₂O₃: n(MnO₂) = 20 mol → 20 × 87 = 1740 g; n(Al) = 20 × 4/3 ≈ 26,67 mol → ≈ 720 g.

Xem thêm các kim loại chuyển tiếp liên quan

Để so sánh tính chất, bạn có thể đọc thêm về sắt (Fe), crom (Cr) và phần tính chất hóa học chung của kim loại.

Câu hỏi thường gặp

Mn là chất gì?

Mn là kí hiệu hóa học của nguyên tố mangan, kim loại chuyển tiếp có số hiệu nguyên tử 25, thuộc chu kì 4, nhóm VIIB.

Mangan có những số oxi hóa nào?

Trong hợp chất mangan có các số oxi hóa phổ biến +2, +3, +4, +6, +7. Số oxi hóa +2 bền nhất ở môi trường axit; +7 có trong KMnO4.

Mangan được dùng để làm gì?

Chủ yếu để sản xuất thép (khử oxi, lưu huỳnh và tăng độ cứng), chế tạo hợp kim, pin khô (MnO2), thuốc tím KMnO4 và nguồn vi lượng trong phân bón.

Điều chế mangan trong công nghiệp bằng cách nào?

Có thể khử oxit mangan bằng nhôm (nhiệt nhôm) hoặc than trong lò điện, và điện phân dung dịch MnSO4 để thu mangan tinh khiết.