高锰酸钾及其性质系列实验的探究

孙重阳 许燕红 陈翩

摘要：探究了高锰酸钾的部分性质。结果表明，其固体的热稳定性较差，溶液的热稳定性较好，对非金属的腐蚀性和氧化性较强，对金属则不明显。介绍了高锰酸钾主要的制备方法及其在医药卫生、工业生产等方面的应用价值。

关键词：高锰酸钾；理化性质；系列实验；制备方法；实验探究

文章编号：1005–6629（2016）9–0068–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

高锰酸钾是中学生较早认识，也是接触较多的化学物质，据对人教版九年级《化学》和高中选修5《有机化学基础》教材的不完全统计（见表1），从氧气的制备到有机物的检验，都一直存在着高锰酸钾的身影。除了在教材中频频出现，高锰酸钾在各种教辅和试题中也被视为考查热点[1]，总之对学生而言可谓耳熟能详，因此在化学学习中具有重要的作用和意义。但回顾教材，仅仅在九年级学习氧气制备时，简单地介绍了“高锰酸钾是一种暗紫色的固体，它受热时，分解出氧气，同时还有锰酸钾和二氧化锰生成”[2]，此外并无其他详细资料，而相关文献也大多集中在具体性质和应用上[3，4]，并无系统阐述。鉴于此，为了便于师生更好地了解和应用，现从理化性质、制备方法和应用价值三个方面对高锰酸钾进行系统分析，并通过实验重点探究高锰酸钾的稳定性、腐蚀性和氧化性。

1 高锰酸钾的物理性质

高锰酸钾，俗称“灰锰氧”、“PP粉”，是一种无机化合物，常温常压下为深紫色细长斜方柱状晶体，有金属光泽（见图1）。易溶于水和碱液，水溶液呈紫色，微溶于乙醇、丙酮和硫酸。密度小（25℃时为1.01 g/mL），熔点为240℃。

2 高锰酸钾的化学性质

2.1 稳定性

高锰酸钾加热可以分解产生氧气，教材上的方程式为：2KMnO4△=K2MnO4+MnO2+O2↑，那么其分解温度是多少？分解产物是否如方程式所示？它的水溶液又是否具有稳定性？我们设计以下实验进行探究。

2.1.1 实验用品

高锰酸钾（纯度为99.9%）、蒸馏水、容量瓶、量筒、胶头滴管、试管、试管夹、恒温水槽、温度传感器、电子天平、酒精灯

2.1.2 实验步骤及现象

用电子天平称取0.57g高锰酸钾放入试管底部，在酒精灯上缓慢加热，称量剩余固体质量，测量温度，记录数据如表2。再称量3.95g高锰酸钾，用容量瓶配制成0.1 mol/L的中性溶液250mL，然后分别稀释成0.05 mol/L、0.01 mol/L、0.001 mol/L不同浓度的溶液。用烧杯取不同浓度的高锰酸钾溶液各50mL置于恒温水槽，调至30℃、40℃、50℃并保持加热5min，将烧杯取出擦干净称量质量变化，实验数据如表3。

2.1.3实验结论与启示

由表3可以看出，同一浓度的高锰酸钾溶液温度越高质量减少越大，但相同温度下不同浓度溶液之间质量变化的差异性并不明显。总体来看相对于50mL的高锰酸钾溶液而言，减少的质量微乎其微，再除去水分的蒸发基本可以忽略不计，这是因为高锰酸钾溶液就算煮沸也达不到分解温度。由此可以认为中性高锰酸钾溶液相对稳定，可以长期存放[7]。

2.2 腐蚀性

实验操作中，若不慎将高浓度的高锰酸钾溶液触及手上，会出现暗黄色块，这说明其对皮肤组织有腐蚀性，那它的腐蚀性只是针对皮肤还是所有物质？为此，我们进行如下实验探究。

2.2.1 实验用品

0.1 mol/L的高锰酸钾溶液、锌粉、铁粉、铜粉、硫粉、活性炭颗粒、聚氯乙烯、橡胶、猪皮、电子天平、试管、药匙、镊子、量筒、胶头滴管

2.2.2 实验步骤及现象

常温下，分别称取下列0.50g物质（聚氯乙烯、橡胶、猪皮为块状，其余均为粉末），放入不同试管中，再分别添加实验2.1剩余的0.1 mol/L高锰酸钾溶液5mL，观察实验现象，记录如下：

2.2.3实验结论与启示

由上表可以看出，常温下高锰酸钾溶液与金属并无明显反应现象，说明对金属几乎无腐蚀作用。但在实验室中，却会看到高锰酸钾溶液腐蚀水管等金属材料，这又是怎么回事？这是因为实验室中高锰酸钾溶液的配制多为酸性或碱性，与合金材料接触就能形成原电池。合金中不同成分构成正负极，酸性或碱性高锰酸钾溶液充当电解液，发生电化学腐蚀[8]。

对于非金属单质，高锰酸钾溶液与碳的反应现象明显，腐蚀性强；与硫不反应，无腐蚀性。而对于有机物，饱和的聚氯乙烯不能被腐蚀，不饱和的橡胶易被腐蚀，对皮肤组织的腐蚀较强。总而言之，常温下高锰酸钾溶液的腐蚀性要视具体物质而言，主要是针对有机物，因此存放时不能使用橡胶塞，取用要小心操作或戴上手套防止腐蚀皮肤。

2.3 氧化性

高锰酸钾在中学化学中最多的是被用作强氧化剂，因而成为众多还原性物质的鉴定试剂。那它的氧化性到底有多强？是否都能氧化常见的还原剂？将其和浓硝酸对比，进行了如下的实验探究。

2.3.1 实验用品

0.1 mol/L的高锰酸钾溶液、浓硝酸、锌粉、铁粉、铜粉、硫粉、活性炭颗粒、聚氯乙烯、橡胶、乙醇、乙醛、浓盐酸、试管、电子天平、药匙、量筒、胶头滴管、镊子

2.3.2 实验步骤及现象

常温下，分别称取下列0.50g物质（聚氯乙烯、橡胶、猪皮为块状，其余固体均为粉末），放入不同试管中，再分别添加实验2.1剩余的0.1 mol/L高锰酸钾溶液和浓硝酸各5mL，观察实验现象，记录如表5。将与高锰酸钾溶液无明显反应现象的几组物质平均分为两份，分别滴加2滴浓H2SO4和NaOH溶液，观察现象如表6。

2.3.3 实验结论与启示

从表5可以看出，高锰酸钾溶液不与金属反应，而浓硝酸除了与铁钝化，和其他金属均剧烈反应，这说明对于金属浓硝酸氧化能力更强。对于有机物，高锰酸钾可以氧化乙醇和乙醛，氧化能力较强，而与浓盐酸的反应中，可以看出高锰酸钾的氧化性更胜一筹。总之两者和不同的物质反应现象和本质并不相同，不能直接进行对比。但从中可以初步得出结论，高锰酸钾的氧化性主要针对两类物质：低价态离子和有机物，再加上本身自带指示剂的作用，因而成为不少物质的首选鉴定剂。

结合表5和表6，可以看出酸碱度对高锰酸钾的氧化能力有一定的影响，这是因为pH会改变其标准氧化还原电位，具体规律为高锰酸钾在酸性、中性、碱性条件下的氧化性依次减弱[9]。因此，在选择高锰酸钾作为氧化剂时，可以根据还原剂的特性和要求，适当调节pH来提升氧化能力和效率。

3 高锰酸钾的制备方法

1659年西方人首次发现高锰酸钾，随着其在生活生产中的广泛应用，人们开始不断探索不同的制备方法。当前国内外高锰酸钾的制备总的分为两种方法：一步法和两步法[10]，具体见表7。

在以上众多的制备方法中，很多都未能突破耗能高的瓶颈，因此要投入大规模的工业化生产，还需要进一步的探索。相比之下，液相法生产设备简单，反应时间短，熔体搅拌动力消耗小且无粉尘，所得产品纯度高，具有节能、环保、高效的特点，是世界高锰酸钾工业的主要发展方向。

4 高锰酸钾的应用价值

高锰酸钾氧化性强、色彩鲜艳，应用广泛，按照应用领域主要分为以下四个方面：

（1）化学药品方面，作糖精、异烟肼、维生素C等物质的氧化剂，实验室氧气、氯气等物质制备的原料，有机物的鉴定剂。

（2）医药卫生方面，一定浓度的高锰酸钾溶液可以作身体伤口或其他部位的杀菌剂，也可以作室内或公共场合的除臭剂和消毒剂。

（3）工业生产方面，在废水处理中作处理剂，除去硫化氢、铁、有机物等各种污染物；在采矿冶金中，用于金属的除杂和分离。

（4）生活用品方面，用作特殊纺织品、树脂、油脂的漂白剂，也可以用作木材表面的着色剂。

参考文献：

[1]王开山.例析化学试题中对高锰酸钾强氧化性的考查[J].中学生理科应试，2016，（1）：43～44.

[2]课程教材研究所化学课程教材研究开发中心.义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级上册）[M].北京：人民教育出版社，2006：38.

[3]闫肃.谈高锰酸钾在给水处理中的应用[J].山西建筑，2013，（23）：97～98.

[4]谢晓青，王伟群，顾菲菲.影响草酸与酸性高锰酸钾溶液反应速率因素的探究[J].化学教学，2012，（12）：56～59.

[5]王克强，冯瑞英.高锰酸钾制取氧气时的异常产率分析[J].化学教学，2001，（4）：8～9.

[6]黄晗达，李友银.高锰酸钾加热分解过程研究[J].化学教育，2009，（2）：65～76.

[7]丁建刚，黄桂荣，王伟.中性高锰酸钾溶液稳定性研究[J].中国环境监测，2006，（1）：49～50.

[8]杜敦帅.铁在碱性高锰酸钾溶液中发生电化学腐蚀的实验研究[J].中学化学教学参考，2014，（4）：57.

[9]刘训波.为什么一定要选择“酸性”高锰酸钾溶液[J].中学化学教学参考，2015，（4）：59.

[10]彭东，王吉坤，马进等.国内外高锰酸钾制备方法概述[J].中国锰业，2011，（8）：10～12.