mno4

实验二十四铬、锰

[实验目的]

了解铬、锰主要氧化态化合物的重要性质以及它们之间相互转化的条件。

[实验用品]

仪器：离心机、试管、离心试管、烧杯、酒精灯等

固体药品：MnO

2

、KMnO

4

、KOH*、KClO

3

*

液体药品：H

2

SO

4

(1mol·L-1，浓)、HCl(2mol·L-1，浓)、NaOH(2mol·L-1，6mol·L-1，40%)、HAc(2mol.L-1)、

K

2

Cr

2

O

7

(0.1mol·L-1,饱和*)、K

2

CrO

4

(0.1mol·L-1)、KMnO

4

(0.01mol·L-1)、

KI(0.1mol·L-1)、NaNO

2

(0.1mol·L-1)、MnSO

4

(0.1mol·L-1)、NH

4

Cl(2mol.L-1)、

Na

2

SO

3

(0.1mol·L-1)、Na

2

S(0.1mol·L-1)、H

2

S（饱和）、BaCl

2

(0.1mol·L-1)、

Pb(NO

3

)

2

(0.1mol·L-1)、AgNO

3

(0.1mol·L-1)、3%H

2

O

2

、乙醇、

材料：木条、冰

[实验内容]

一、合物的重要性质

1．铬(VI)的氧化性

Cr

2

O

7

2-（橙红色）离子转变为Cr3+（紫色）离子

在少量(5mL)重铬酸钾溶液中，加入少量你选择的还原剂，观察溶液颜色的变化(如果现象不

明显，该怎么办?)写出反应方程式(保留溶液供下面实验3用)。

思考题：

（1）转化反应须在何种介质(酸性或碱性)中进行？为什么？（H

2

SO

4

介质）

（2）从电势值和还原剂被氧化后产物的颜色考虑，应选择哪些还原剂为宜？（Na

2

SO

3

、3%H

2

O

2

、

Sn2+等）如果选择亚硝酸钠溶液，可以吗？（可以）

现象及解释：Cr

2

O

7

2-（橙红色）离子转变为Cr3+（紫色）离子。

Cr

2

O

7

2-＋2H+＋4H

2

O

2

==2CrO

5

＋5H

2

O

4CrO

5

＋12H+==4Cr3+＋7O

2

↑＋6H

2

O

Cr

2

O

7

2-＋8H+＋3NO

2

－==2Cr3+＋3NO

3

－＋4H

2

O

2．铬(VI)的缩合平衡

Cr

2

O

7

2-（橙红色）离子与CrO

4

2-（黄色）离子的相互转化。

思考题：

Cr

2

O

7

2-（橙红色）离子与CrO

4

2-（黄色）离子在何种介质中可相互转化?

(l)取少量重铬酸钾溶液，加入你所选择的试剂使其转变为CrO

4

2-。

(2)在上述CrO

4

2-离子溶液中，加入你所选择的试剂使其转变为Cr

2

O

7

2-离子。

现象及解释：Cr

2

O

7

2-（橙红色）离子与CrO

4

2-（黄色）离子的相互转化。

OH-

Cr

2

O

7

2-＋H

2

O=2CrO

4

2-＋2H+

H+

3．氢氧化铬(Ⅲ)的两性

Cr3+离子转变为Cr(OH)

3

（灰绿色）沉淀，并试验Cr(OH)

3

的两性。

在实验1保留的Cr3+离子溶液中，逐滴加入6mo1·L-1氢氧化钠溶液，观察沉淀物的颜色，写出反

应方程式。

现象及解释：

Cr3+＋3OH-==Cr(OH)

3

↓（灰绿色）

将所得沉淀物分成两份，分别试验与酸、碱的反应，观察溶液的颜色，写出反应方程式。

现象及解释：

Cr(OH)

3

＋3H+==Cr3+＋3H

2

O

Cr(OH)

3

＋OH-==CrO

2

-（亮绿色）＋2H

2

O

4．铬(Ⅲ)的还原性

CrO

2

-（亮绿色）离子转变为CrO

4

2-（黄色）离子。

在实验3得到的CrO

2

-离子溶液中，加入少量所选择的氧化剂，水浴加热，观察溶液颜色的

变化，写出反应方程式。

现象及解释：

3H

2

O

2

＋2CrO

2

-＋2OH-==2CrO

4

2-＋4H

2

O(绿色→黄色)

思考题：

（1）转化反应须在何种介质中进行？（OH-）为什么?

（2）从电势值和氧化剂被还原后产物的颜色考虑，应选择哪些氧化剂？3%过氧化氢溶液可

用否?（可以）

5．重铬酸盐和铬酸盐的溶解性

分别在Cr

2

O

7

2-离子与CrO

4

2-离子溶液中，各加入少量的硝酸铅、氯化钡和硝酸银，观察产

物的颜色和状态，比较并解释实验结果，写出反应方程式。

现象及解释：

Cr

2

O

7

2-＋2Pb2+＋H

2

O==2PbCrO

4

↓（铬黄）＋2H+

Cr

2

O

7

2-＋2Ba2+＋H

2

O==2BaCrO

4

↓（柠檬黄）＋2H+

Cr

2

O

7

2-＋4Ag+＋H

2

O==2Ag

2

CrO

4

↓（砖红色）＋2H+

思考题：

试总结Cr

2

O

7

2-与CrO

4

2-相互转化的条件及它们形成相应盐的溶解性大小。

6*.三氧化铬的生成和性质

在试管中加入4mL重铬酸钾饱和溶液，放在冰水中冷却后，慢慢加入8mL用冰水冷却过的浓硫

酸，把试管放在冰水中冷却，观察产物的颜色，写出反应方程式。

将沉淀转移至玻璃砂蕊漏斗中，抽滤至干，用玻璃棒取三氧化铬固体少许，置于石棉网上，

滴入几滴无水酒精，观察有何现象？写出反应方程式。

现象及解释：

K

2

Cr

2

O

7

＋浓H

2

SO

4

冰水K

2

SO

4

＋2CrO

3

↓(橙红色)＋H

2

O

4CrO

3

＋C

2

H

5

OH==2CO

2

↑＋3H

2

O＋2Cr

2

O

3

[实验习题]

根据实验结果，设计一张铬的各种氧化态转化关系图。

二、锰的化合物的重要性质

1．氢氧化锰的生成和性质

用10mL0.2mol·L-1MnSO

4

溶液分成四份：

第一份：滴加0.2mol·L-1NaOH溶液，观察沉淀的颜色。振荡试管，有何变化?

第二份：滴加0.2mol·L-1NaOH溶液,产生沉淀后加入过量的氢氧化钠，沉淀是否溶解？

第三份：滴加0.2mol·L-1NaOH溶液,产生沉淀后迅速加入2mol·L-1盐酸溶液，有何现象发生？

第四份：滴加0.2mol·L-1NaOH溶液,产生沉淀后迅速加入2mol·L-1氯化铵溶液，沉淀溶解否？

写出上述有关反应方程式。此实验说明氢氧化锰具有哪些性质？

现象及解释：

Mn2+＋2OH－==Mn(OH)

2

↓(白)(不稳定)

Mn(OH)

2

+1/2O2→MnO(OH)

2

↓(棕)

Mn(OH)

2

+OH-→↓不溶解

Mn(OH)

2

+H+→Mn2+＋2H

2

O（加酸过程中可能有部分被氧化，部分↓不溶解）

结论：氢氧化锰不稳定，能被空气中的氧氧化；氢氧化锰溶于酸不溶于碱。

2．(Ⅱ)离子的氧化

试验硫酸锰和次氯酸钠溶液在酸、碱性介质中的反应。比较锰(Ⅱ)离子在何介质中易氧化。

现象及解释：

Mn2+＋ClO-＋2OH-==MnO(OH)

2

↓(棕黑)＋Cl-

结论：锰(Ⅱ)离子在碱性介质中易氧化。

3．硫化锰的生成和性质

往硫酸锰溶液中滴加饱和硫化氢溶液，有无沉淀产生？若用硫化钠代替硫化氢溶液，又有

何结果？请用事实说明硫化锰的性质和生成沉淀的条件。

现象及解释：

Ksp(MnS)=1.4×10－15

[H+]2[S2－]==K

1

K

2

[H

2

S]==5.7×10－8×1.2×10－15×0.1==6.8×10－24

当[Mn2+][S2－]≥Ksp(MnS)=1.4×10－15时，便有沉淀产生。

思考题：

试总结锰(Ⅱ)离子的性质。

4．二氧化锰的生成和氧化性

（1）往盛有少量0.01mol·L-1高锰酸钾溶液中，逐滴滴入0.5mol·L-1硫酸锰溶液，观察沉淀的

颜色，往沉淀中加入lmol·L-1硫酸溶液和0.1mol·L-1亚硫酸钠溶液，沉淀是否溶解？写出有关的反

应方程式。

现象及解释：

2MnO

4

－＋3Mn2+＋2H

2

O==5MnO

2

↓(棕黑)＋4H+

MnO

2

＋2H+＋SO

3

2－==Mn2+＋SO

4

2－＋H

2

O

（2）在盛有少量(米粒大小)二氧化锰固体的试管中，加入2ml浓硫酸，加热，观察反应前

后颜色。有何气体产生？写出反应方程式。

现象及解释：

2MnO

2

＋2H

2

SO

4

==2MnSO

4

＋O

2

↑＋2H

2

O

5*．钾的生成和性质

在干燥的试管中混合固体氯酸钾、二氧化锰和氢氧化钾(其质量分别为0.1g、0.2g和0.3g)，

加热熔融；观察产物的颜色。冷却后，加入5mL水，使熔块溶解，取少量上层清液，然后加入

2mol·L-1醋酸溶液，观察有何变化？再加入过量的6mol·L-1氢氧化钠溶液，又有何变化？写出反

应方程式。

通过实验说明锰酸钾稳定存在的介质条件和歧化后的产物，并解释之。

现象及解释：

3MnO

2

＋6KOH＋KClO

3

==3K

2

MnO

4

＋KCl＋3H

2

O

3MnO

4

2-＋4H+==2MnO

4

-＋MnO

2

＋2H

2

O

2MnO

4

-＋MnO

2

＋4OH-=3MnO

4

2-＋2H

2

O

思考题:

实验中若需制备稍大量的锰酸钾时，应在何容器(铁或镍)中进行？是否可用玻璃器皿或瓷质器

皿？（不可以）为什么？（SiO

2

＋2OH－==SiO

3

2－＋H

2

O）

6．锰酸钾的性质

(1)加热固体高锰酸钾观察有何现象发生？检验产生的气体，写出反应方程式。

现象及解释：

2KMnO

4

ΔK

2

MnO

4

＋O

2

↑＋MnO

2

(2)分别试验高锰酸钾(2d0.01mol·L-1)溶液与亚硫酸钠(0.5mL0.1mol·L-1)在酸性

(0.5mL1mol·L-1H

2

SO

4

)、近中性（0.5mL水）、碱性(0.5mL6mol·L-1NaOH)介质中的反应，比较它

们的产物有何不同？写出反应式。

2MnO

4

-+5SO

3

2-+6H+=2Mn2++5SO

4

2-+3H

2

O(浅红)

2MnO

4

-+3SO

3

2-+H

2

O=2MnO

2

↓+3SO

4

2-+2OH-（棕黑）

2MnO

4

-+SO

3

2-+2OH-=2MnO

4

2-+SO

4

2-+H

2

O（绿色）

[实验习题]

（1）如何实现MnO

4

－→Mn2+，MnO

4

－→MnO

2

，MnO

4

－→MnO

4

2－的转化。

答：分别于酸性、中性、碱性条件下与还原剂反应。

（2）氧化剂可将锰(Ⅱ)离子氧化为高锰酸根离子？在由Mn2+→MnO

4

2－的反应中，应如何控制锰

(Ⅱ)离子的用量？(Mn2+不要过量)为什么？

2MnO

4

－＋3Mn2+＋2H

2

O==5MnO

2

↓＋4H+

（3）锰酸钾为原料制备氯气时，应加浓盐酸。但实验时误加了浓硫酸，加热时引起了爆炸，试

解释其原因。

2KMnO

4

＋16HCl==2MnCl

2

＋2KCl＋5Cl

2

↑＋8H

2

O

4KMnO

4

＋2H

2

SO

4

==2K

2

SO

4

＋4HMnO

4

4HMnO

4

==2Mn

2

O

7

＋2H

2

O

2Mn

2

O

7

==4MnO

2

＋3O

2

↑

（4）性介质中，氧能把锰(II)氧化为锰(IV)，在酸性介质中，锰(IV)又可将碘化钾氧化为碘。写

出有关反应式，并用电极电势和平衡原理解释以上现象。

2Mn(OH)

2

＋O

2

＋2H

2

O==2MnO

2

＋4H

2

O

MnO

2

＋2H

2

O＋2e-=Mn(OH)

2

＋2OH-φθ

B

==－0.05V

O

2

＋2H

2

O＋4e-==4OH-φθ

B

==0.401V

MnO

2

＋2I-＋4H+==Mn2+＋I

2

＋2H

2

O

MnO

2

＋4H+＋2e-==Mn2+＋2H

2

Oφθ

A

==1.223V

I

2

＋2e-==2I-φθ

A

==0.535V