无机化学实验二十四 铬、锰

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：MnO2、KMnO4、KOH*、KClO3*

液体药品：H2SO4(1mol·L-1，浓)、HCl(2mol·L-1，浓)、NaOH(2mol·L-1，6mol·L-1，40%)、HAc(2mol.L-1)、

K2Cr2O7(0.1mol·L-1,饱和*)、K2CrO4(0.1mol·L-1)、KMnO4(0.01mol·L-1)、KI(0.1mol·L-1)、NaNO2(0.1mol·L-1)、MnSO4(0.1mol·L-1)、NH4Cl(2mol.L-1)、Na2SO3(0.1mol·L-1)、Na2S(0.1mol·L-1)、H2S（饱和）、BaCl2(0.1mol·L-1)、Pb(NO3)2(0.1mol·L-1)、AgNO3(0.1mol·L-1)、3%H2O2、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

Cr2O72-（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？（H2SO4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？（Na2SO3、3%H2O2、Sn2+等）如果选择亚硝酸钠溶液，可以吗？（可以）

现象及解释：Cr2O72-（橙红色）离子转变为Cr3+（紫色）离子。 Cr2O72-＋2H+＋4H2O2==2CrO5＋5H2O 4CrO5＋12H+==4Cr3+＋7O2↑＋6H2O

Cr2O72-＋8H+＋3NO2==2Cr3+＋3NO3＋4H2O

－

－

2．铬(VI)的缩合平衡

Cr2O72-（橙红色）离子与CrO42-（黄色）离子的相互转化。 思考题：

Cr2O72-（橙红色）离子与CrO42-（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CrO42-。

(2)在上述CrO42-离子溶液中，加入你所选择的试剂使其转变为Cr2O72-离子。 现象及解释：Cr2O72-（橙红色）离子与CrO42-（黄色）离子的相互转化。 OH-

Cr2O72-＋H2O = 2CrO42-＋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+＋3H2O

Cr(OH)3＋OH-==CrO2-（亮绿色）＋2H2O

4．铬(Ⅲ)的还原性

CrO2-（亮绿色）离子转变为CrO42-（黄色）离子。

在实验3得到的CrO2-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：

3H2O2＋2CrO2-＋2OH-==2CrO42-＋4H2O (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Cr2O72-离子与CrO42-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：

Cr2O72-＋2Pb2+＋H2O==2PbCrO4↓（铬黄）＋2H+ Cr2O72-＋2Ba2+＋H2O==2BaCrO4↓（柠檬黄）＋2H+ Cr2O72-＋4Ag+＋H2O==2Ag2CrO4↓（砖红色）＋2H+ 思考题：

试总结Cr2O72-与CrO42-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：

K2Cr2O7＋浓H2SO4冰水K2SO4＋2CrO3↓(橙红色)＋H2O 4CrO3＋C2H5OH==2CO2↑＋3H2O＋2Cr2O3

[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10mL 0.2mol·L-1MnSO4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 +1/2 O2 →MnO(OH)2↓(棕) Mn(OH)2 + OH-→↓不溶解

Mn(OH)2 + H+→Mn2+＋2H2O（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

－

－15

[H+]2[S2]==K1K2[H2S]==5.7×108×1.2×10当[Mn2+][S2]≥Ksp(MnS)=1.4×10

－

－15

×0.1==6.8×10

－24

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：

2MnO4＋3Mn2+＋2H2O==5MnO2↓(棕黑)＋4H+

－

MnO2＋2H+＋SO32== Mn2+＋SO42＋H2O

－

－

（2）在盛有少量(米粒大小)二氧化锰固体的试管中，加入2 ml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：

2MnO2＋2H2SO4==2MnSO4＋O2↑＋2H2O

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5m L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6 mol·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：

3MnO2＋6KOH＋KClO3==3K2MnO4＋KCl＋3H2O 3MnO42-＋4H+==2MnO4-＋MnO2＋2H2O 2MnO4-＋MnO2＋4OH-=3MnO42-＋2H2O

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？（SiO2＋2OH==SiO32＋H2O）

－

－

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：

2KMnO4 ΔK2MnO4＋O2↑＋MnO2

(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-1H2SO4)、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。

2MnO4- + 5SO32- + 6H+ = 2Mn2+ + 5SO42- +3H2O (浅红) 2MnO4- + 3SO32- + H2O = 2MnO2↓ + 3SO42- + 2OH-（棕黑） 2MnO4- + SO32- + 2OH- = 2MnO42- + SO42- +H2O（绿色）

[实验习题]

（1）如何实现MnO4→Mn2+，MnO4→MnO2，MnO4→MnO42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+→MnO42的反应中，应如何控制锰

－

(Ⅱ)离子的用量？(Mn2+不要过量)为什么？

2MnO4＋3Mn2+＋2H2O==5MnO2↓＋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。

2KMnO4＋16HCl==2MnCl2＋2KCl＋5Cl2↑＋8H2O 4KMnO4＋2H2SO4==2K2SO4＋4HMnO4 4HMnO4==2Mn2O7＋2H2O 2Mn2O7==4MnO2＋3O2↑

（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＋O2＋2H2O==2MnO2＋4H2O

MnO2＋2H2O＋2e-=Mn(OH)2＋2OH- φ θB==－0.05V O2＋2H2O＋4e-==4OH- φ θB==0.401V MnO2＋2I-＋4H+==Mn2+＋I2＋2H2O

MnO2＋4H+＋2e-==Mn2+＋2H2O φ θA==1.223V I2＋2e-==2I- φ θA==0.535V

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＋O2＋2H2O==2MnO2＋4H2O

MnO2＋2H2O＋2e-=Mn(OH)2＋2OH- φ θB==－0.05V O2＋2H2O＋4e-==4OH- φ θB==0.401V MnO2＋2I-＋4H+==Mn2+＋I2＋2H2O

MnO2＋4H+＋2e-==Mn2+＋2H2O φ θA==1.223V I2＋2e-==2I- φ θA==0.535V

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