高錳酸鉀與草酸反應(yīng)的探究

孫運(yùn)體（北京市順義區(qū)楊鎮(zhèn)第一中學(xué)　北京　101309）

高錳酸鉀與草酸反應(yīng)的探究

孫運(yùn)體
（北京市順義區(qū)楊鎮(zhèn)第一中學(xué)北京101309）

摘要：在測(cè)定濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響的實(shí)驗(yàn)中用到的酸性高錳酸鉀很容易變質(zhì)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，文章對(duì)這個(gè)反應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究。

關(guān)鍵詞：酸性；高錳酸鉀；變質(zhì)；改進(jìn)

中圖分類號(hào)：

文章編號(hào)：1008-0546（2015）04-0090-02G633．8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

一、提出問(wèn)題

為了測(cè)定濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響，在人民教育出版社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書《化學(xué)反應(yīng)原理》（選修4）第20頁(yè)實(shí)驗(yàn)2－2中，取兩支試管，各加入4mL 0．01mol／L的KMnO4酸性溶液，然后向一支試管中加入0．1mol／L的H2C2O4溶液2mL，記錄溶液褪色所需時(shí)間；向另一支試管中加入0．2mol／L的H2C2O4溶液2mL，記錄溶液褪色所需時(shí)間。在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中用到KMnO4酸性溶液，該物質(zhì)很容易變質(zhì)，大概2－3天后由紫色變成褐色，甚至有的后來(lái)變成無(wú)色的溶液，下方還有黑色物質(zhì)產(chǎn)生，使實(shí)驗(yàn)無(wú)法正常完成。為了解決這個(gè)問(wèn)題，本人查閱了一些相關(guān)的文獻(xiàn)資料，進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)摸索，對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了探究。

二、變質(zhì)原因的探究

為了弄清KMnO4酸性溶液變質(zhì)的原因，本人咨詢了實(shí)驗(yàn)室的老師。KMnO4酸性溶液是用硫酸進(jìn)行酸化的，酸化比例是1∶3或者1∶4。本人分析變質(zhì)原因是這樣的，硫酸和水混合放出的熱量使高錳酸鉀分解了，但分解生成的錳酸鉀在酸性條件下不穩(wěn)定，會(huì)發(fā)生歧化反應(yīng)MnO4－和MnO2。變質(zhì)后的褐色應(yīng)該是高錳酸鉀溶液的紫色和錳酸鉀的綠色的混合色，下方的黑色物質(zhì)是二氧化錳。有的溶液變成無(wú)色估計(jì)是錳酸鉀和硫酸反應(yīng)生成了硫酸錳（Ⅱ）。

三、實(shí)驗(yàn)探究及改進(jìn)

我的設(shè)計(jì)思路是這樣的，該實(shí)驗(yàn)為什么要把高錳酸鉀酸化，如果不酸化，該反應(yīng)能否進(jìn)行？是否可以在加反應(yīng)物的同時(shí)加入酸來(lái)代替提前配制酸性溶液？酸化比例是否可調(diào)？為了弄清這一系列問(wèn)題，我做了如下探究實(shí)驗(yàn)：

（1）問(wèn)題之一：把高錳酸鉀溶液酸化的原因是什么？

實(shí)驗(yàn)1不同濃度的H2C2O4溶液與0．01mol／L的未酸化的KMnO4溶液反應(yīng)的探究

通過(guò)探究結(jié)果可知，高錳酸鉀是可以和草酸反應(yīng)的，但反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，這在課堂上進(jìn)行是不可能的事情。我們都知道高錳酸鉀是具有一定氧化性的，但氧化性還不夠強(qiáng)。在酸性溶液里，高錳酸鉀的氧化性會(huì)大大的增強(qiáng)。為了增強(qiáng)高錳酸鉀溶液的氧化性，要將高錳酸鉀溶液加適量的酸酸化。將高錳酸鉀溶液酸化，常用酸性強(qiáng)、熱穩(wěn)定性和光穩(wěn)定性強(qiáng)、無(wú)還原性的硫酸。不能用鹽酸，因?yàn)辂}酸能被高錳酸鉀氧化，不能用硝酸，因?yàn)橄跛嵋姽狻⑹軣嵋追纸狻?shí)驗(yàn)室用的是1∶3 或1∶4的硫酸來(lái)酸化高錳酸鉀溶液的。

（2）問(wèn)題之二：是否可以在加反應(yīng)物的同時(shí)加入酸來(lái)代替提前配制酸性溶液？

通過(guò)下表實(shí)驗(yàn)2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，濃硫酸在做實(shí)驗(yàn)時(shí)再加入，避免了高錳酸鉀溶液變質(zhì)的問(wèn)題，褪色現(xiàn)象明顯：由紫紅色→橙紅色→棕黃色→無(wú)色。

（3）問(wèn)題之三：調(diào)節(jié)酸化比例

實(shí)驗(yàn)3和4比較，H2C2O4溶液和KMnO4溶液體積都相同為1mL，都是由酸化的KMnO4溶液同時(shí)倒入到不同濃度的H2C2O4溶液中，所不同的是實(shí)驗(yàn)3加

濃硫酸2滴，實(shí)驗(yàn)4加濃硫酸5滴。可以看出隨著濃硫酸的增多反應(yīng)速率是增大的，且反應(yīng)時(shí)間由約10分鐘到約2分鐘，可見實(shí)驗(yàn)4加入的濃硫酸的量是最合適的。按照實(shí)驗(yàn)4進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所用試劑量少，節(jié)約了資源，時(shí)間短，顏色變化效果明顯。

實(shí)驗(yàn)2不同濃度的H2C2O4溶液與0．01mol／L的KMnO4酸性溶液（加2滴濃硫酸）反應(yīng)的探究

實(shí)驗(yàn)3不同濃度的H2C2O4溶液與0．01mol／L的KMnO4酸性溶液（加2滴濃硫酸）反應(yīng)的探究

實(shí)驗(yàn)4不同濃度的H2C2O4溶液與0．01mol／L的KMnO4酸性溶液（加5滴濃硫酸）反應(yīng)的探究

四、反應(yīng)異常現(xiàn)象的討論

本人發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)各種顏色的時(shí)間有長(zhǎng)有短，即出現(xiàn)各種中間產(chǎn)物的反應(yīng)速率有快慢。在由高錳酸鉀溶液的紫色到出現(xiàn)橙紅色很慢，橙紅到到棕黃色很快，由棕黃到無(wú)色又很慢。針對(duì)這個(gè)現(xiàn)象我查閱了一些文獻(xiàn)資料，Mn3＋、Mn4＋和Mn2＋分別呈現(xiàn)橙紅色、棕黃色、肉色。一般認(rèn)為MnO4－與C2O42－的反應(yīng)在Mn2＋存在的情形下（Mn2＋是這個(gè)反應(yīng)的催化劑），反應(yīng)過(guò)程為：

圖1　

本人認(rèn)為隨著反應(yīng)的進(jìn)行，催化劑Mn2＋產(chǎn)生的越來(lái)越多，因此反應(yīng)先是由慢變快。由棕黃到無(wú)色反應(yīng)變慢，估計(jì)是最后一步Mn（C2O4）n（3－2n）分解Mn2＋的反應(yīng)速率慢。

［致謝：感謝北京市順義區(qū)楊鎮(zhèn)第一中學(xué)黃金柱高級(jí)教師對(duì)本研究的指導(dǎo)！］

參考文獻(xiàn)

［1］宋心琦．普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)4（選修）［M］．北京：人民教育出版社，2007：20

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doi：10.3969／j．issn．1008－0546．2015．04．036