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1、简议各种氧化态的锰之间的转化2016年12月17日朱舟，马思行，童谣，屠鑫明，钟博元北京大学生命科学学院一、摘要针对锰的氧化态多样，颜色变化丰富的特点，我们讨论了多种氧化态锰之间 的转化，并对影响转化的实验条件进行了具体分析，经过查阅文献资料，我们得 出了锰的各种氧化态的性质和锰在各种氧化态之间转化的原理以及反应条件对 其的影响。一一、刖言锰是一种多氧化态的金属元素，有二价，三价，四价，六价，七价五种常见 氧化态。在生活中具有广泛应用，研究它各种氧化态之间的相互转化对工业生产 具有重大意义，是推动我国冶金工业的关键。在实验中，我们进行了锰二价、四 价、六价和七价之间的相互转化和反应。发现对于同
2、一个氧化态的锰在不同的条 件下发生了不同的反应，于是我们针对这一现象进行了深入探讨。三、内容1、通过自由能来解释锰不同价态间的转化1(1) 酸性溶液中图i铁的自由曲-氧化寄国如1) 图中最低点为Mn2+的点，表明相比于锰的其 他氧化态，Mn2+是该条件下(pH=0)最稳定的 热力学状态。事实也如此，在酸性介质中，若使 Mn2+参与氧化还原反应，需极强氧化剂如S2O32-、 PbO2、NaBiO3等与之作用才行。2) Mn3+点位置高于相邻点Mn (口)、Mn () 点的连线，即处于“凸点”。是热力学不稳定状态， 能发生歧化反应而转变成两个相邻质点。 2Mn3+2H20=Mn2+MnO2+4H+
3、 由于发生歧化反 应，使该点(Mn3+)的口6由所在点垂直下降到两 个相邻质点的连线上，使两条连线斜率相等，电 动势为零，反应达到平衡态。同理该条件，MnO42- 也不稳定，歧化生成MnO2和MnO4-。3) Mn(口)点的位置处在相邻质点连线下方，即处于“凹”点位置。说明它比相邻 质点的共存体系稳定。反应向归中反应方向进行。如在Mn2+过量情况下：2MnO4-+3Mn2+2H20=5MnO2+4H+4)从氧化态看，在酸性介质中，可以稳定存在的Mm+、MnO2、MnO4-都有一定 的氧化能力，以MnO4-点的位置最高，氧化性最强，在酸性介质中是强氧化剂。(2) 碱性溶液中在pH=14时,MnO
4、42-点位置处在 MnO2、 MnO4 -连线上，因而三者可以共存，MnO42-在 碱性介质中能够稳定存在；Mn(口)点比Mn(II) 点位置低，因而Mn(口)比Mn(口)稳定。2、不同反应条件对锰各种氧化态之间相互转 化的影响2Mn0 -+1 +2 +S+4+ +71DCA2在陂桂质罩中秋的n由能匕峦同(1) NaOH的用量对K2MnO4生成的影响 实验现象如图喪1 NaOH的用吊村&.卅口心我的财响N即皐用盘Sn i N - fim inJ2m in iinISm in7浦10滴蓝色沼液1上淌M滴绿已落漑在一般碱性的溶液里，锰的+VII、+VI、+IV氧化态对应的离子能够以相当的浓 度共存
5、。当碱性增强时，反应向有利于MnO42-生成的方向移动，随着MnO42-的 不断生成，溶液的颜色发生上述一系列变化。(2) KMnO4的用量对K2MnO4生成的影响取1/4米粒大小的MnO2固体于试管中，加入14滴6 molL-INaOH溶液和一定 量的0.01 molL-iKMnO4溶液，在8090的水浴中加热，观察溶液颜色的变 化。实验现象如图：1禱欣人水中】卽1 ii研聃飛T i粽色龍九威巧lOTri曲亀覧色矍歳蓝障& Ol *h盾才7.現紘邑反映出在NaOH的用量一定，KMnO4的用量相对较少时，得到绿色溶液的速度 快，KMnO4过量时，它本身的紫红色会影响K2MnO4绿色溶液的观察(
6、溶液长时 间呈现蓝绿色)。故应使NaOH和KMnO4的用量相当。将由1滴KMnO4生成的绿色溶液离心分离，转移清液至小试管中，用2 molL-i 的H2SO4酸化得不到紫红色的溶液，溶液呈较浅的桔红色。采用3滴KMnO4进 行实验时，很快得到紫红色的溶液，因此取用3滴KMnO4较为适宜。(3) 反应温度对实验现象的影响K2MnO4绿色溶液的生成需要加热，振荡很难使溶液由紫色变成绿色，而温度的 高低对绿色溶液的生成也会有较大的影响。取1/4米粒大小的MnO2固体于试管 中，加入14滴6 molL-i NaOH溶液和3滴0.01 molLiKMnO4溶液，在不同的 温度条件下加热反应，实验结果如图
7、：喪J 疫总也眶対扯3ft出訣祢更喇卫-旳mli-7inhiff ；|l（斤盼堂晞盘杭也抽bilfifliH锻詛也，L勵必济苗丫砚紅色6D -70Mln Smth涪浪丹吐俺紘H阳ifti阳沼嵌昱现却邑80-W2mii 2伽刑逝开的畫如&n加肩充走在成址也可知，温度越高，KMnO4向K2MnO4转化的速度越快。酒精灯直接加热时，溶 液颜色变化快；水浴加热时，离心试管受热比较均匀，而且溶液一系列的颜色变 化比较容易观察。所以实验时采取高温水浴加热（90 左右）得到绿色溶液。（4）酸的用量对K2MnO4歧化反应的影响取1/4米粒大小的MnO2固体于离心试管中，加入14滴6 molLiNaOH溶液和3
8、 滴0.01 molL1KMnO4溶液，在8090水浴加热后得到深绿色K2MnO4溶液。 离心分离，将清液转移到小试管中，逐滴加入2molL 13 molL 1H2SO4酸化, 考察K2MnO4的歧化情况。实验现象见图：；.J 巴90的用韋隔養何翊爼比st打的誌|世r阿l 1,1恨走血Ik IH曲.斗黑鳥雅邊。毘禎住弗快越加入1$灌为蒔帛ifi起詁脱我岳红色施置jmihg, flinA 5茴洛禅拯髻肛色1拱連画人n潇，从胡启牌縊浪现红辿2兀快竝曲人凱滴怕狷听酒衽呈观泄塀灯隹，腔員i4JtaA帖fi港iffiR峯飪色出；I:绘中的圧诅均伴肖上hl曲业1吠可知，快速加入H2SO4得到的是红色溶液，
9、放置一段时间后再加H2SO4易得紫 红色溶液。而用2molL-13 molL-1的硫酸都能得到紫红色溶液，即在这个浓度 范围内硫酸的浓度对实验现象的影响不大，影响实验现象的主要因素是加人酸的 速度。综上所述，可得K2MnO4生成与歧化的实验方案：取1/4米粒大小的MnO2固体 于离心试管中，加入12滴14滴6 molL-1 NaOH溶液和3滴0. 01 molL-1 KMnO4溶液，在8090口水浴加热后得到绿色K2MnO4溶液。离心分离，将 清液转移到小试管中，逐滴加入2molL-1或3 molL-1H2SO4酸化，放置，观察 K2MnO4的歧化情况。（5）Mn3+生成与歧化实验通常实验中用
10、MnSO4在冷的、强酸性环境下与KMnO4反应，观察红色溶液，即 Mn3+的生成。再加碱中和，观察实验现象。实际操作过程中，许多条件对实验现 象都有明显的影响。仿照K2MnO4生成与歧化的研究思路，研究反应的温度、浓硫酸的用量、KMnO4 溶液的用量等因素对Mn3+生成与歧化实验结果的影响，得到Mn3+生成与歧化反 应的实验方案：取5滴0.2molLiMnSO4溶液于试管中，加入5滴浓H2SO4后， 放人冰水中冷却，再加入1滴2滴0. 01 molL-iKMnO4溶液，振荡后观察深 红色溶液的生成。再用6 molL-i的NaOH中和，逐滴加入至20滴左右，观察溶 液颜色变化及棕色沉淀的生成。四、结论 锰各种氧化态之间的转化可以由自由能的大小解释，其中酸碱度、反应物 用量、温度都会对锰各种氧化态之间的转化造成影响。五、参考文献1 对无机化学教材中引进锰的自由能氧化态图的探讨 黄如丹 赵宁19912氧化态锰相互转化的实验教学研究 吕银华,付勤,余新武,刘江燕（湖北 师范学院化学与环境工程系,湖北黄石 435002） No 3， 2005六、小组分工组长查找资料撰写论文准备ppt、讲稿童谣童谣，屠鑫明，马思行朱舟钟博元
