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1 实验原理
2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O
反应产生的Mn2+起催化作用,从而使反应向右进行的速度变快,反应适宜的温度是75~85 ℃。
2 实验步骤
2.1 配制溶液
称取0.0632 g KMnO4溶于20 mL蒸馏水中;称取0.1261 g H2C2O4·2H2O晶体溶于20 mL蒸馏水中;将10 mL浓度为3 mol∕L的H2SO4加入所配制的H2C2O4溶液中;少量MnSO4溶于10 mL水中。
2.2 实验过程
1)向其中一个井穴中滴加10滴酸性H2C2O4溶液,再滴1滴KMnO4溶液,滴下的同时开始计时,并立刻搅拌,记录褪色时间。就这样每滴一滴记录一次褪色时间,直到滴下后不褪色为止,如图1所示。
2)向3个井穴中分别滴加10滴酸性H2C2O4溶液,再依次滴加1滴、2滴、3滴MnSO4溶液,分别滴加1滴KMnO4溶液,记录各自褪色时间。
3 实验数据和现象(表1)
4 实验讨论
1)该氧化反应是自动催化反应,过程如下:
MnO4-MnO2→Mn3+→Mn2+
第一组结果是由于不断生成Mn2+催化反应,从而使反应速率加快。滴下最后一滴KMnO4溶液后,溶液不褪色;继续搅拌,溶液中产生的褐色沉淀是MnO2:
2MnO4-+3Mn2++2H2O→5MnO2+4H+
2)第二组由于加入适量的Mn2+,使得反应一开始就比较快,验证了Mn2+就是催化剂。但为何Mn2+的量增加后,溶液的褪色时间没有越来越短?这是因为此时Mn2+过量了,而过量的Mn2+能使Mn(Ⅶ)迅速转变为Mn(Ⅲ),Mn(Ⅲ)形成的配合物MnC2O4+为红色。
通过几次实验发现,滴加KMnO4溶液后,井穴中溶液颜色有很明显的变化:红色→微红色→浅褐色→无色。通过反应机理可以解释这一现象:
Mn(Ⅶ)+Mn(Ⅱ)→Mn(Ⅵ)+Mn(Ⅲ)
Mn(Ⅵ)+Mn(Ⅱ)→2Mn(Ⅳ)
Mn(Ⅳ)+Mn(Ⅱ)→2Mn(Ⅲ)
Mn(Ⅲ)与C2O42-反应生成一系列配合物,如MnC2O4+(红色)、Mn(C2O4)2-(黄色)、Mn(C2O4)33-(红色)等。随后,它们慢慢分解为Mn(Ⅱ)和CO2。
MnC2O4+→Mn2++CO2↑+·COO-(羧基游离基)
Mn(Ⅲ)+·COO-→Mn2++CO2↑
总反应为:
2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O
3)加入的催化剂用MnSO4而不用MnCl2,因为酸性KMnO4能氧化Cl-,反应如下:
2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O
5 实验说明
1)KMnO4氧化H2C2O4的反应需在75~85 ℃进行,常温下反应会很慢。通常对H2C2O4溶液加热或水浴。本实验由于试剂量较少,不水浴效果仍然很好。
2)井穴壁和底部看到的气泡是CO2,若反应在小试管中进行则看不到该现象,因为振荡试管不易在管壁形成气泡。
3)套塑料针头的多用滴管,每一滴的体积可很好地控制到约为0.02 mL,所以完全可以用来做微型的酸碱滴定实验、配位滴定实验、氧化还原滴定实验、沉淀滴定实验等,简单易行,节约试剂,且可缩短实验时间。
参考文献
[1]湖南大学化学化工学院.基础化学实验[M].北京:科学出版社,2001.
[2]武汉大学.分析化学[M].4版.北京:高等教育出版社,2000.
[3]宋心琦.实用化学化工辞典[M].北京:宇航出版社,1995.
[4]南京大学大学化学实验教学组.大学化学实验[M].北京:高等教育出版社,1999.
2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O
反应产生的Mn2+起催化作用,从而使反应向右进行的速度变快,反应适宜的温度是75~85 ℃。
2 实验步骤
2.1 配制溶液
称取0.0632 g KMnO4溶于20 mL蒸馏水中;称取0.1261 g H2C2O4·2H2O晶体溶于20 mL蒸馏水中;将10 mL浓度为3 mol∕L的H2SO4加入所配制的H2C2O4溶液中;少量MnSO4溶于10 mL水中。
2.2 实验过程
1)向其中一个井穴中滴加10滴酸性H2C2O4溶液,再滴1滴KMnO4溶液,滴下的同时开始计时,并立刻搅拌,记录褪色时间。就这样每滴一滴记录一次褪色时间,直到滴下后不褪色为止,如图1所示。
2)向3个井穴中分别滴加10滴酸性H2C2O4溶液,再依次滴加1滴、2滴、3滴MnSO4溶液,分别滴加1滴KMnO4溶液,记录各自褪色时间。
3 实验数据和现象(表1)
4 实验讨论
1)该氧化反应是自动催化反应,过程如下:
MnO4-MnO2→Mn3+→Mn2+
第一组结果是由于不断生成Mn2+催化反应,从而使反应速率加快。滴下最后一滴KMnO4溶液后,溶液不褪色;继续搅拌,溶液中产生的褐色沉淀是MnO2:
2MnO4-+3Mn2++2H2O→5MnO2+4H+
2)第二组由于加入适量的Mn2+,使得反应一开始就比较快,验证了Mn2+就是催化剂。但为何Mn2+的量增加后,溶液的褪色时间没有越来越短?这是因为此时Mn2+过量了,而过量的Mn2+能使Mn(Ⅶ)迅速转变为Mn(Ⅲ),Mn(Ⅲ)形成的配合物MnC2O4+为红色。
通过几次实验发现,滴加KMnO4溶液后,井穴中溶液颜色有很明显的变化:红色→微红色→浅褐色→无色。通过反应机理可以解释这一现象:
Mn(Ⅶ)+Mn(Ⅱ)→Mn(Ⅵ)+Mn(Ⅲ)
Mn(Ⅵ)+Mn(Ⅱ)→2Mn(Ⅳ)
Mn(Ⅳ)+Mn(Ⅱ)→2Mn(Ⅲ)
Mn(Ⅲ)与C2O42-反应生成一系列配合物,如MnC2O4+(红色)、Mn(C2O4)2-(黄色)、Mn(C2O4)33-(红色)等。随后,它们慢慢分解为Mn(Ⅱ)和CO2。
MnC2O4+→Mn2++CO2↑+·COO-(羧基游离基)
Mn(Ⅲ)+·COO-→Mn2++CO2↑
总反应为:
2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2↑+8H2O
3)加入的催化剂用MnSO4而不用MnCl2,因为酸性KMnO4能氧化Cl-,反应如下:
2MnO4-+10Cl-+16H+=2Mn2++5Cl2↑+8H2O
5 实验说明
1)KMnO4氧化H2C2O4的反应需在75~85 ℃进行,常温下反应会很慢。通常对H2C2O4溶液加热或水浴。本实验由于试剂量较少,不水浴效果仍然很好。
2)井穴壁和底部看到的气泡是CO2,若反应在小试管中进行则看不到该现象,因为振荡试管不易在管壁形成气泡。
3)套塑料针头的多用滴管,每一滴的体积可很好地控制到约为0.02 mL,所以完全可以用来做微型的酸碱滴定实验、配位滴定实验、氧化还原滴定实验、沉淀滴定实验等,简单易行,节约试剂,且可缩短实验时间。
参考文献
[1]湖南大学化学化工学院.基础化学实验[M].北京:科学出版社,2001.
[2]武汉大学.分析化学[M].4版.北京:高等教育出版社,2000.
[3]宋心琦.实用化学化工辞典[M].北京:宇航出版社,1995.
[4]南京大学大学化学实验教学组.大学化学实验[M].北京:高等教育出版社,1999.