高錳酸鉀及其性質(zhì)系列實(shí)驗(yàn)的探究

孫重陽 許燕紅 陳翩

摘要：探究了高錳酸鉀的部分性質(zhì)。結(jié)果表明，其固體的熱穩(wěn)定性較差，溶液的熱穩(wěn)定性較好，對(duì)非金屬的腐蝕性和氧化性較強(qiáng)，對(duì)金屬則不明顯。介紹了高錳酸鉀主要的制備方法及其在醫(yī)藥衛(wèi)生、工業(yè)生產(chǎn)等方面的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高錳酸鉀；理化性質(zhì)；系列實(shí)驗(yàn)；制備方法；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)：1005–6629（2016）9–0068–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

高錳酸鉀是中學(xué)生較早認(rèn)識(shí)，也是接觸較多的化學(xué)物質(zhì)，據(jù)對(duì)人教版九年級(jí)《化學(xué)》和高中選修5《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》教材的不完全統(tǒng)計(jì)（見表1），從氧氣的制備到有機(jī)物的檢驗(yàn)，都一直存在著高錳酸鉀的身影。除了在教材中頻頻出現(xiàn)，高錳酸鉀在各種教輔和試題中也被視為考查熱點(diǎn)[1]，總之對(duì)學(xué)生而言可謂耳熟能詳，因此在化學(xué)學(xué)習(xí)中具有重要的作用和意義。但回顧教材，僅僅在九年級(jí)學(xué)習(xí)氧氣制備時(shí)，簡單地介紹了“高錳酸鉀是一種暗紫色的固體，它受熱時(shí)，分解出氧氣，同時(shí)還有錳酸鉀和二氧化錳生成”[2]，此外并無其他詳細(xì)資料，而相關(guān)文獻(xiàn)也大多集中在具體性質(zhì)和應(yīng)用上[3，4]，并無系統(tǒng)闡述。鑒于此，為了便于師生更好地了解和應(yīng)用，現(xiàn)從理化性質(zhì)、制備方法和應(yīng)用價(jià)值三個(gè)方面對(duì)高錳酸鉀進(jìn)行系統(tǒng)分析，并通過實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)探究高錳酸鉀的穩(wěn)定性、腐蝕性和氧化性。

1 高錳酸鉀的物理性質(zhì)

高錳酸鉀，俗稱“灰錳氧”、“PP粉”，是一種無機(jī)化合物，常溫常壓下為深紫色細(xì)長斜方柱狀晶體，有金屬光澤（見圖1）。易溶于水和堿液，水溶液呈紫色，微溶于乙醇、丙酮和硫酸。密度?。?5℃時(shí)為1.01 g/mL），熔點(diǎn)為240℃。

2 高錳酸鉀的化學(xué)性質(zhì)

2.1 穩(wěn)定性

高錳酸鉀加熱可以分解產(chǎn)生氧氣，教材上的方程式為：2KMnO4△=K2MnO4+MnO2+O2↑，那么其分解溫度是多少？分解產(chǎn)物是否如方程式所示？它的水溶液又是否具有穩(wěn)定性？我們設(shè)計(jì)以下實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

2.1.1 實(shí)驗(yàn)用品

高錳酸鉀（純度為99.9%）、蒸餾水、容量瓶、量筒、膠頭滴管、試管、試管夾、恒溫水槽、溫度傳感器、電子天平、酒精燈

2.1.2 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

用電子天平稱取0.57g高錳酸鉀放入試管底部，在酒精燈上緩慢加熱，稱量剩余固體質(zhì)量，測量溫度，記錄數(shù)據(jù)如表2。再稱量3.95g高錳酸鉀，用容量瓶配制成0.1 mol/L的中性溶液250mL，然后分別稀釋成0.05 mol/L、0.01 mol/L、0.001 mol/L不同濃度的溶液。用燒杯取不同濃度的高錳酸鉀溶液各50mL置于恒溫水槽，調(diào)至30℃、40℃、50℃并保持加熱5min，將燒杯取出擦干凈稱量質(zhì)量變化，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表3。

2.1.3實(shí)驗(yàn)結(jié)論與啟示

由表3可以看出，同一濃度的高錳酸鉀溶液溫度越高質(zhì)量減少越大，但相同溫度下不同濃度溶液之間質(zhì)量變化的差異性并不明顯?？傮w來看相對(duì)于50mL的高錳酸鉀溶液而言，減少的質(zhì)量微乎其微，再除去水分的蒸發(fā)基本可以忽略不計(jì)，這是因?yàn)楦咤i酸鉀溶液就算煮沸也達(dá)不到分解溫度。由此可以認(rèn)為中性高錳酸鉀溶液相對(duì)穩(wěn)定，可以長期存放[7]。

2.2 腐蝕性

實(shí)驗(yàn)操作中，若不慎將高濃度的高錳酸鉀溶液觸及手上，會(huì)出現(xiàn)暗黃色塊，這說明其對(duì)皮膚組織有腐蝕性，那它的腐蝕性只是針對(duì)皮膚還是所有物質(zhì)？為此，我們進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)探究。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)用品

0.1 mol/L的高錳酸鉀溶液、鋅粉、鐵粉、銅粉、硫粉、活性炭顆粒、聚氯乙烯、橡膠、豬皮、電子天平、試管、藥匙、鑷子、量筒、膠頭滴管

2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

常溫下，分別稱取下列0.50g物質(zhì)（聚氯乙烯、橡膠、豬皮為塊狀，其余均為粉末），放入不同試管中，再分別添加實(shí)驗(yàn)2.1剩余的0.1 mol/L高錳酸鉀溶液5mL，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄如下：

2.2.3實(shí)驗(yàn)結(jié)論與啟示

由上表可以看出，常溫下高錳酸鉀溶液與金屬并無明顯反應(yīng)現(xiàn)象，說明對(duì)金屬幾乎無腐蝕作用。但在實(shí)驗(yàn)室中，卻會(huì)看到高錳酸鉀溶液腐蝕水管等金屬材料，這又是怎么回事？這是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)室中高錳酸鉀溶液的配制多為酸性或堿性，與合金材料接觸就能形成原電池。合金中不同成分構(gòu)成正負(fù)極，酸性或堿性高錳酸鉀溶液充當(dāng)電解液，發(fā)生電化學(xué)腐蝕[8]。

對(duì)于非金屬單質(zhì)，高錳酸鉀溶液與碳的反應(yīng)現(xiàn)象明顯，腐蝕性強(qiáng)；與硫不反應(yīng)，無腐蝕性。而對(duì)于有機(jī)物，飽和的聚氯乙烯不能被腐蝕，不飽和的橡膠易被腐蝕，對(duì)皮膚組織的腐蝕較強(qiáng)?？偠灾叵赂咤i酸鉀溶液的腐蝕性要視具體物質(zhì)而言，主要是針對(duì)有機(jī)物，因此存放時(shí)不能使用橡膠塞，取用要小心操作或戴上手套防止腐蝕皮膚。

2.3 氧化性

高錳酸鉀在中學(xué)化學(xué)中最多的是被用作強(qiáng)氧化劑，因而成為眾多還原性物質(zhì)的鑒定試劑。那它的氧化性到底有多強(qiáng)？是否都能氧化常見的還原劑？將其和濃硝酸對(duì)比，進(jìn)行了如下的實(shí)驗(yàn)探究。

2.3.1 實(shí)驗(yàn)用品

0.1 mol/L的高錳酸鉀溶液、濃硝酸、鋅粉、鐵粉、銅粉、硫粉、活性炭顆粒、聚氯乙烯、橡膠、乙醇、乙醛、濃鹽酸、試管、電子天平、藥匙、量筒、膠頭滴管、鑷子

2.3.2 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

常溫下，分別稱取下列0.50g物質(zhì)（聚氯乙烯、橡膠、豬皮為塊狀，其余固體均為粉末），放入不同試管中，再分別添加實(shí)驗(yàn)2.1剩余的0.1 mol/L高錳酸鉀溶液和濃硝酸各5mL，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄如表5。將與高錳酸鉀溶液無明顯反應(yīng)現(xiàn)象的幾組物質(zhì)平均分為兩份，分別滴加2滴濃H2SO4和NaOH溶液，觀察現(xiàn)象如表6。

2.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)論與啟示

從表5可以看出，高錳酸鉀溶液不與金屬反應(yīng)，而濃硝酸除了與鐵鈍化，和其他金屬均劇烈反應(yīng)，這說明對(duì)于金屬濃硝酸氧化能力更強(qiáng)。對(duì)于有機(jī)物，高錳酸鉀可以氧化乙醇和乙醛，氧化能力較強(qiáng)，而與濃鹽酸的反應(yīng)中，可以看出高錳酸鉀的氧化性更勝一籌?？傊畠烧吆筒煌奈镔|(zhì)反應(yīng)現(xiàn)象和本質(zhì)并不相同，不能直接進(jìn)行對(duì)比。但從中可以初步得出結(jié)論，高錳酸鉀的氧化性主要針對(duì)兩類物質(zhì)：低價(jià)態(tài)離子和有機(jī)物，再加上本身自帶指示劑的作用，因而成為不少物質(zhì)的首選鑒定劑。

結(jié)合表5和表6，可以看出酸堿度對(duì)高錳酸鉀的氧化能力有一定的影響，這是因?yàn)閜H會(huì)改變其標(biāo)準(zhǔn)氧化還原電位，具體規(guī)律為高錳酸鉀在酸性、中性、堿性條件下的氧化性依次減弱[9]。因此，在選擇高錳酸鉀作為氧化劑時(shí)，可以根據(jù)還原劑的特性和要求，適當(dāng)調(diào)節(jié)pH來提升氧化能力和效率。

3 高錳酸鉀的制備方法

1659年西方人首次發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀，隨著其在生活生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，人們開始不斷探索不同的制備方法。當(dāng)前國內(nèi)外高錳酸鉀的制備總的分為兩種方法：一步法和兩步法[10]，具體見表7。

在以上眾多的制備方法中，很多都未能突破耗能高的瓶頸，因此要投入大規(guī)模的工業(yè)化生產(chǎn)，還需要進(jìn)一步的探索。相比之下，液相法生產(chǎn)設(shè)備簡單，反應(yīng)時(shí)間短，熔體攪拌動(dòng)力消耗小且無粉塵，所得產(chǎn)品純度高，具有節(jié)能、環(huán)保、高效的特點(diǎn)，是世界高錳酸鉀工業(yè)的主要發(fā)展方向。

4 高錳酸鉀的應(yīng)用價(jià)值

高錳酸鉀氧化性強(qiáng)、色彩鮮艷，應(yīng)用廣泛，按照應(yīng)用領(lǐng)域主要分為以下四個(gè)方面：

（1）化學(xué)藥品方面，作糖精、異煙肼、維生素C等物質(zhì)的氧化劑，實(shí)驗(yàn)室氧氣、氯氣等物質(zhì)制備的原料，有機(jī)物的鑒定劑。

（2）醫(yī)藥衛(wèi)生方面，一定濃度的高錳酸鉀溶液可以作身體傷口或其他部位的殺菌劑，也可以作室內(nèi)或公共場合的除臭劑和消毒劑。

（3）工業(yè)生產(chǎn)方面，在廢水處理中作處理劑，除去硫化氫、鐵、有機(jī)物等各種污染物；在采礦冶金中，用于金屬的除雜和分離。

（4）生活用品方面，用作特殊紡織品、樹脂、油脂的漂白劑，也可以用作木材表面的著色劑。

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