氢氧化氧锰

科学探究——当pH变化时锰元素在过氧化氢溶液中的变化

实验操作者&本文作者RockLi

@liboshi8

其实我本来并不想做这个实验，我是想做硝酸溶解一些金属氧化物的实验

的。但是，当我把二氧化锰加到硝酸里的时候却意外发现：生成了一种奇怪的黑

色看起来像溶液的固液分散系。在化学吧吧友的帮助下，我用实验的方法了解了

这是一种悬浊液，二氧化锰并不溶解于硝酸，但是实验中的一个现象却引起了我

的关注。

如图，将过氧化氢加入上述悬浊液当中，我的目的本来是确定分散系里的分

散质是否仍然是二氧化锰，但是反应现象是先冒出大量气泡，反应一段时间以后

居然变成了澄清透明溶液！把该溶液记做1号溶液。

此时还没有解决“二氧化锰是否溶于硝酸”这一问题，由于二氧化锰是过氧

化氢的分解的催化剂，一般不与过氧化氢发生反应，于是我做出了第一个假设：

将二氧化锰加入稀硝酸，分散质已经不是二氧化锰。

但是，将上述分散系过滤的实验中，容易证明二氧化锰其实不溶于稀硝酸，

分散系是悬浊液，过滤后的滤渣仍然是二氧化锰，于是，第一个假设并不成立。

于是我们提出了第二个假设：

二氧化锰在稀硝酸某些成分的作用下能与过氧化氢反应而溶解，并放出气

体。

由于第一个假设被实验否定了，那么只有第二种假设一种情况。

通过带有余烬的木条复燃的现象，容易证明逸出的气体确实是氧气。

那么，可以确定，反应物应该是H

2

O

2

、MnO

2

和HNO

3

，生成物则有O

2

和一种可

溶于水的锰化合物。

我们先从反应物看起，是HNO

3

改变了反应的发生。那么，真正影响反应的，

是H+，还是NO

3

-？

我们把实验中所用的10%硝酸换成硝酸钾溶液，可以发现，过氧化氢剧烈在

二氧化锰的催化下分解，结果分散系仍然是悬浊液，二氧化锰并没有溶解，所以

可以得到结论：硝酸根离子不会影响H

2

O

2

和MnO

2

的反应。

那么影响反应的是HNO

3

的氧化性吗？

也不是，因为反应的过程中，并没有氮氧化物气体逸出。湿润的pH试纸放

在锥形瓶口几乎没有变色。

于是我们得出了结论：

该反应的反应物是氢离子、过氧化氢和二氧化锰，即在酸性条件下，二氧化

锰能溶于过氧化氢并放出氧气。

那么我们已经知道，生成物中有氧气而没有其它气体，说明了过氧化氢被氧

化，那么一定有物质被还原，有可能是过氧化氢把自身氧化了（就像在中性条件

下过氧化氢与二氧化锰的反应那样），也有可能是二氧化锰氧化了过氧化氢。我

们先做出假设三：

过氧化氢氧化了自身，并氧化了二氧化锰。

这个假设很容易就能被否定掉。高价的锰都能与过氧化氢反应，当溶液澄清

后再滴加过氧化氢，没有发生任何反应，那么我们再提出第四个假设：

酸性条件下二氧化锰氧化了过氧化氢，自身被还原成二价锰。

于是我们就有了一个化学方程式：

2H++H

2

O

2

+MnO

2

=====Mn2++2H

2

O+O

2

↑

想要证明溶液中是二价锰，必须由实验检验。

已知二价锰在碱性条件下能生成粉红色氢氧化锰沉淀，于是我自然地想起用

碱。

但是这一步出了意外。

如图，实验现象是刚滴入碱溶液的时候生成了一种黑色的沉淀，然后震荡后

溶解并放出大量气泡。持续滴入碱溶液，总是生成震荡后能能溶解的沉淀并放出

大量气泡。当溶液的pH达到或大于7的时候，可以发现，沉淀不再溶解！加入

过氧化氢溶液，可以立刻放出大量气泡！

棕黑色和大量气泡，这显然不是Mn(OH)

2

的性质。即使氢氧化锰可以与空气

中的氧气较慢反应，颜色变深成粉红色、黄色等颜色，但现象还是和生成氢氧化

锰沉淀时不同。众所周知，在加碱溶液的pH到达能使锰离子沉淀之前是没有现

象的。于是实验又出了意外。

有意外就有解决的办法。我想起了曾经做过的实验（记做实验二）：在新制

Mn(OH)

2

的粉红色固体上倒过氧化氢，溶液立刻暴沸，粉红色固体变为黑色。实

验现象难道是因为Mn(OH)2刚生成就被迅速氧化成高价锰？

于是，我便配置了用硝酸酸化了的MnSO

4

和过氧化氢的混合溶液，该溶液被

记做2号溶液。滴入碱的溶液。果然，效果和上面一模一样啊，滴入碱溶液时生

成黑色沉淀并在振荡时溶解。所不同的是，当pH正好到7的时候，不仅生成大

量黑色固体，溶液甚至立刻暴沸！

于是我将上面的1号溶液取一部分也倒入较多过氧化氢，配成3号溶液，在

滴定终点时也出现大量沉淀及暴沸现象。

用2号溶液同样的配制方法，不同的是加入较少过氧化氢，配成4号溶液，

现象和上面的1号溶液一样。

那么，如果过氧化氢不足会怎样呢？

用2号溶液同样的配制方法，不同的是加入很少过氧化氢，配成5号溶液，

一开始的现象和1号溶液一样，但是当过氧化氢用完时，再加碱无现象，过了滴

定终点的时候，只需要一滴，就能看见粉红色的沉淀。

于是得出结论1：

酸性条件下，过氧化氢和二氧化锰能够反应生成二价

锰、氧气和水。

离子方程式：

2H++H2O2+MnO2=====Mn2++2H2O+O2↑（1）

由此可以知道：

1号溶液中有硝酸锰、硝酸和过氧化氢。

这和我们配置的2-5号溶液，除了把硝酸锰换为硫酸锰，其它都是一致的！

那么，为什么1、4,2、3和5的反应现象不同呢？

我们列表整理一下。

随着加碱量现象

的变化

第一阶段第二阶段第三阶段

1号溶液滴入碱溶液，总是

生成震荡后能能

溶解的沉淀并放

出大量气泡。

生成大量沉淀（黑

色）

4号溶液

2号溶液滴入碱溶液，总是

生成震荡后能能

溶解的沉淀并放

出大量气泡。

生成大量沉淀（黑

色）

暴沸，放出大量气

体

3号溶液

5号溶液滴入碱溶液，总是

生成震荡后能能

溶解的沉淀并放

出大量气泡。

无现象生成大量沉淀（粉

红色）

我们要从现象看本质。

在酸性的条件下，二氧化锰和过氧化氢反应生成锰离子，而中性或碱性的条

件下呢？我们很容易知道，从实验二可以得出：

氢氧化锰可以被过氧化氢氧化为二氧化锰。

Mn（OH）2+H2O2====MnO2+2H2O

那么，上表总结的实验现象说明了什么？为什么五种溶液一开始的现象都一

样？

氢氧根离子滴入上面五种溶液的时候，肯定与Mn2+发生有效碰撞而反应生成

氢氧化锰，但是在酸性溶液里会很快回到锰离子的状态，所以一般来说在滴定

终点之前我们看不到氢氧化锰沉淀。而在此实验中，氢氧化锰一生成就会被氧

化！于是总的离子方程式就是这样：

Mn2++2OH-+H2O2====MnO2↓+2H2O（2）

然后由于酸的作用而溶解。（见1式）

还有大家都熟悉的：

2H2O2====2H2O+O2↑（3）

知道了这个方程式，就不难总结出最后的本质了：

MnO2

随着加碱量现象

的变化

当加碱直到反应物

1消耗完时

当加碱直到反应

物2消耗完时

继续加碱

1号溶液（1）和（2）与左边几乎同时(1)MnO

2

↓

4号溶液

2号溶液（1）和（2）（3）(1)MnO

2

↓

3号溶液

5号溶液（1）和（2）H++OH-=H2OMn(OH)2↓

到此，终于拨开云雾见青天。

这个实验由于反应迅速，我们忽略了氧气对二氧化锰的氧化，实际上这也不

会影响最终的结果。

到此为止，我的感想是：

理性思维，对化学研究来说至关重要。

因为，理性思维可以让我们深入地探讨，遇到问题不能草率处理。

如果草率处理，比如说以并非自己的研究目的为由把一开始的悬浊液

直接当做溶液，又或者直接把生成1号溶液当做一种偶然现象而不深

入研究，又或者直接看到生成黑色沉淀的现象就草率否定假设四，这

些都是不可取的，历史上溴的发现也是一个很好的例子。或许很多理

论书籍上都有关于这个实验的介绍，但是探索起来，把自己当做一个

近代的化学家的感觉，还真是回味无穷。