Коротко и по сути.
1) Возможные промежуточные состояния (типичные соединения и цвета)
- ${\mathrm{MnO}}_4^{-}$ (Mn${}^{\mathrm{VII}}$) — фиолетовый (перманганат).
- ${\mathrm{MnO}}_4^{2-}$ (Mn${}^{\mathrm{VI}}$) — зеленый (морганат), редко устойчив в кислоте.
- гипоморганатные/Mn${}^{\mathrm{V}}$ формы (различные растворимые/радикальные, синие/зеленые, обычно нестабильны).
- ${\mathrm{MnO}}_2$ (Mn${}^{\mathrm{IV}}$) — буро‑черный (коллоидный диоксид марганца).
- соединения Mn${}^{\mathrm{III}}$ (например ${\mathrm{Mn}}_2{\mathrm{O}}_3$, $\mathrm{MnOOH}$, комплексные формы) — красно‑коричневые/оранжевые, склонны к диспропорционированию.
- ${\mathrm{Mn}}^{2+}$ (растворимые соли, бледно‑розовый или практически бесцветный в растворе).
2) Типичные реакции при восстановлении $\mathrm{MnOx}\to {\mathrm{Mn}}^{2+}$ в кислой среде (примерные стехиометрии)
- полное восстановление перманганата:
$${\mathrm{MnO}}_4^{-}+8{\mathrm{H}}^{+}+5e^{-}\to {\mathrm{Mn}}^{2+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}.$$ - восстановление диоксида:
$${\mathrm{MnO}}_2+4{\mathrm{H}}^{+}+2e^{-}\to {\mathrm{Mn}}^{2+}+2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}.$$ - восстановление ${\mathrm{Mn}}_2{\mathrm{O}}_3$ (Mn${}^{3+}$ → Mn${}^{2+}$):
$${\mathrm{Mn}}_2{\mathrm{O}}_3+6{\mathrm{H}}^{+}+2e^{-}\to 2{\mathrm{Mn}}^{2+}+3{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}.$$ - восстановление ${\mathrm{Mn}}_3{\mathrm{O}}_4$ (смешанное валентное):
$${\mathrm{Mn}}_3{\mathrm{O}}_4+8{\mathrm{H}}^{+}+2e^{-}\to 3{\mathrm{Mn}}^{2+}+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}.$$ - типичное диспропорционирование для Mn${}^{3+}$:
$$2{\mathrm{Mn}}^{3+}\to {\mathrm{Mn}}^{2+}+{\mathrm{Mn}}^{4+}(\text{в практике ведёт к образованию}{\mathrm{MnO}}_2).$$ Примечание: высшие состояния (${\mathrm{Mn}}^{\mathrm{VII}},\mathrm{VI},\mathrm{V}$) в кислой среде быстро переходят к ${\mathrm{MnO}}_2$ или напрямую к ${\mathrm{Mn}}^{2+}$ в зависимости от восстановителя и условия; газообразные эффекты (обычно выделение ${\mathrm{O}}_2$ или появление пузырьков) возможны при разложении/диспропорционировании окислителей или при окислении органики — отслеживать отдельно.
3) Методы аналитического контроля стадий восстановления (что именно дают)
- УФ‑Vis спектрофотометрия — быстро различает ${\mathrm{MnO}}_4^{-}$ (интенсивный фиолетовый пик, ${\lambda }_{\max }\approx 525\text{nm}$) и ${\mathrm{MnO}}_4^{2-}$ (зеленые полосы, ~610 nm), изменения оптической плотности дают кинетику переходов; коллоидный ${\mathrm{MnO}}_2$ даёт широкое поглощение/рассеяние.
- Потенциометрия / redox‑электрод — мониторинг ОКС (напряжения) в реальном времени; позволяет фиксировать переходные потенциалы при образованиях/исчезновениях валентных состояний.
- Хромато/концентрационный анализ раствора (ICP‑OES/ICP‑MS, фотометрия) — количественное определение ${\mathrm{Mn}}^{2+}$ в растворе.
- Электрохимия (циклическая вольтамперометрия) — выявляет промежуточные окислительно‑восстановительные ступени (Mn${}^{VII}$/Mn${}^{VI}$/Mn${}^V$/Mn${}^{IV}$/Mn${}^{III}$/Mn${}^{II}$).
- EPR‑спектроскопия — эффективна для обнаружения ${\mathrm{Mn}}^{2+}$ и некоторых Mn${}^{\mathrm{V}}$/Mn${}^{\mathrm{III}}$ форм (характерные сигнал/гипер‐тонкая структура).
- Рентгеноспектроскопии: XANES/EXAFS — прямое определение средней степени окисления и локальной структуры (отличает Mn${}^{2+}$, Mn${}^{3+}$, Mn${}^{4+}$ и др.).
- XPS — определение валентных состояний на поверхности твердых оксидов.
- XRD / Raman / FTIR — фазовый состав твердых продуктов (MnO2, Mn2O3, Mn3O4 и т.д.).
- Микроскопические методы (TEM, SEM + EDS) — морфология/локальный состав твердых фаз.
- Газовый анализ (головная камера GC или масс‑спектрометрия, кислородный электрод) — обнаружение ${\mathrm{O}}_2$ или других газов, связанных с реакциями/разложением.
Рекомендация по стратегии анализа: сочетать быстрый оптический/потенциометрический мониторинг (кинетика, цвет) с точечными количественными методами ($\mathrm{ICP}$ для ${\mathrm{Mn}}^{2+}$, XANES/XPS/XRD для твёрдой фазы) и, при подозрении на газообразные продукты, головную пробу GC или O2‑зонд.
Если нужно — могу предложить конкретную последовательность измерений для вашей смеси/условий (кислота, восстановитель, концентрации).