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1、各种氧化态的锰之间的转化一、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。在上次的实验中，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
2、深入探讨。三、内容1、通过自由能来解释在酸性溶液中0123567氧化值圈1钛的自由能-氧化态图(pH = O)弋理-BE(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=O)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 (II)、Mn (W)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+由于发生歧化反应，使该点(Mn3+)的厶6由所在点 垂直下降到
3、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MnO,。(3) Mn(W)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Mn3+、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。 在碱性溶液中Li002MnfOT),MnOfMnOf-300Mh(OH)zWlnOi_!.也 _at
4、 0+1+2十3+4+5+6+7真化5E图2在碱性榕液中锁的自由能氧化态图在pH=14时,MnO42-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(W)点比Mn(II)点位置低，因而Mn(W)比Mn( I ) 稳定。我们上次所做的实验也证明了此结论：在碱性介质中，Mn2+2OH-=Mn(oH)2 I (白色)由于暴露在空气中，很快会发生转化：2Mn(OH)2+02=2MnO2 H2O I (棕色)由此可见，介质不同，锰的各种氧化态的氧化还原行为不同，其自由能一氧化态 图也不同。2、不同反应条件对锰各种氧化态之间相互转化的影响(1) NaO
5、H的用量对K2MnO4生成的影响 实验现象如图NaOH川量5tn tn (in ni12m in 1 3m in18m in7滴深紫色洛液紫色溶液蓝紫色洛液10滿紫色溶液蓝色溶液蓝绿色溶液12滿蓝紫色溶液蓝绿色洛液绿色济液14滿蓝绿色浴液绿色洛液深绿色溶液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。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.
6、01 molL-iKMnO4溶液，在8090C的水浴中加热，观察溶液颜色 的变化。实验现象如图：表2 KMoOq的用量对K2MnO4生成的影响KM nO4 1U 量实监现象1滴放入水中2min后溶液呈浅绿色3滴放入水中12min后溶液呈深绿色4満放入水中10m in T5m in潘液由蓝绿色变成绿色.20m in后完全变成绿色5満放入水中10m in 20 m in溶液由蓝紫色变成蓝绿色.0. 5h后才呈现绿色反映出在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（溶液长时 间呈现蓝绿色）。故应使NaOH
7、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-1 NaOH溶液和3滴0.01 molLKMnO4溶液，在不同 的温度条件下加热反应，实验结果如图：表3 反应温度对实验现象的影响反应温度/0
8、实验现獵40 -506min - 7min溶液开始变成蓝紫色.lSn in溶液呈蓝绿色.0. 5h后溶液呈现绿色60 704min 5min溶液开始变绿.lOmin后溶液呈现绿色80 -902min -3min溶液开始变绿.5min后完全变成绿色可知，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 molL-iNaOH溶液和 3滴
9、0.01 molL-iKMnO4溶液，在8090C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2mol L-13 molL-1 H2SO4酸化，考察K2MnO4的歧化情况。实验现象见图：表4 H2SO4的用量对实验现象的影响ISO的浓度/(mol- L_,)实验现象3快速加入18滴.振荡后溶液呈现红色3先快速加入13滴振荡后溶液呈现浅紫红色.放置lOmin后.再加入5滴溶液呈紫红色2快速加入24滴.振荡后溶液呈现红色2先快速加入20滴振荡后溶液呈现浅紫红色.放置lOmin后，再加入6滴溶液呈紫红色注：上表中的反应均伴有大量的热生成.可知，快速加入H2SO4得
10、到的是红色溶液，放置一段时间后再加H2S04易得紫红 色溶液。而用2mol L-13 mol L-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 mol L-1 NaOH溶液和3滴0. 01 mol L-1 KMnO4溶液，在80C90C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2mol L-1或3 molL-1H2SO 4酸化，放置， 观察K2MnO4的歧化情况。(5) M
11、n3+生成与歧化实验通常实验中用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M3+生成与歧化反 应的实验方案：取5滴0. 2mol L-1MnSO4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 mol L-1KMnO4溶液，振荡后观 察深红色溶液的生成。再用6 mol L-1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 普通化学实验(B)讲义2 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19913 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
