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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、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-离子转变为Cr3+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： 转化反应须在何种介质(酸性或碱性)中进行？为什么？ 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？如果选择亚硝酸钠溶液，可以吗？ 现象及解释：Cr2O72-离子转变为Cr3+离子。 Cr2O72-2H+4H2O2=2CrO55H2O 4CrO512H+=4Cr3+7O26H2O Cr2O72-8H+3NO2=2Cr3+3NO34H2O 2铬(VI)的缩合平衡 Cr2O72-离子与CrO42-离子的相互转化。 思考题： Cr2O72-离子与CrO42-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-离子与CrO42-离子的相互转化。 OH- Cr2O72-H2O = 2CrO42-2H+ H+ 3氢氧化铬()的两性 Cr3+离子转变为Cr(OH)3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 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)33H+=Cr3+3H2O Cr(OH)3OH-=CrO2-2H2O 4铬()的还原性 CrO2-离子转变为CrO42-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： 3H2O22CrO2-2OH-=2CrO42-4H2O (绿色黄色) 思考题： 转化反应须在何种介质中进行？为什么? 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? 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=2PbCrO42H+ Cr2O72-2Ba2+H2O=2BaCrO42H+ Cr2O72-4Ag+H2O=2Ag2CrO42H+ 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K2SO42CrO3(橙红色)H2O 4CrO3C2H5OH=2CO23H2O2Cr2O3 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 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()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()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()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)=1.4×101515H+2S2=K1K2H2S=5.7×108×1.2×10当Mn2+S2Ksp(MnS)=1.4×1015×0.1=6.8×1024时，便有沉淀产生。 思考题： 试总结锰()离子的性质。 4二氧化锰的生成和氧化性 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： 2MnO43Mn2+2H2O=5MnO2(棕黑)4H+ MnO22H+SO32= Mn2+SO42H2O 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： 2MnO22H2SO4=2MnSO4O22H2O 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： 3MnO26KOHKClO3=3K2MnO4KCl3H2O 3MnO42-4H+=2MnO4-MnO22H2O 2MnO4-MnO24OH-=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？为什么？ 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 K2MnO4O2MnO2 (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、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- 2MnO4- + SO32- + 2OH- = 2MnO42- + SO42- +H2O 实验习题 如何实现MnO4Mn2+，MnO4MnO2，MnO4MnO42的转化。 答：分别于酸性、中性、碱性条件下与还原剂反应。 氧化剂可将锰()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()离子的用量？(Mn2+不要过量)为什么？ 2MnO43Mn2+2H2O=5MnO24H+ 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。 2KMnO416HCl=2MnCl22KCl5Cl28H2O 4KMnO42H2SO4=2K2SO44HMnO4 4HMnO4=2Mn2O72H2O 2Mn2O7=4MnO23O2 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)2O22H2O=2MnO24H2O MnO22H2O2e-=Mn(OH)22OH- B=0.05V O22H2O4e-=4OH- B=0.401V MnO22I-4H+=Mn2+I22H2O MnO24H+2e-=Mn2+2H2O A=1.223V I22e-=2I- A=0.535V