高锰酸钾 (Potassium permanganate) 是一种强氧化剂,化学式为 $$\mathrm{KMnO_4},$$为黑紫色结晶,带蓝色的金属光泽,无臭,与 某些有机物或易氧化物接触,易发生爆炸,溶于水、碱液,微溶于甲醇、丙酮、硫酸。在化学品生产中,广泛用作氧化剂。
危险性
高锰酸钾为氧化剂,用于有机合成、消毒、氧化等。与乙醚、硫酸、硫磺、双氧水等接触会发生爆炸;遇甘油立即分解而强烈燃烧。
熔点: $240^{\circ} \mathrm{C}$
密度: $2.7 \mathrm{~g} / \mathrm{cm}^3$
外观:黑紫色结晶
溶解性:溶于水、碱液,微溶于甲醇、丙酮、硫酸
水溶解性: $6.4 \mathrm{~g} / 100 \mathrm{~mL}\left(20^{\circ} \mathrm{C}\right)$
在乙醇、过氧化氢中使之氧化分解。
高锰酸钾是最强的氧化剂之一,作为氧化剂受 $\mathrm{pH}$ 影响很大,在酸性溶液中氧化能力最强。其相应的酸高疑酸 $\mathrm{HMnO} 4$ 和酸酐 $\mathrm{Mn}_2 \mathrm{O}_7$ ,均为强氧化剂,能自动分解发热,和有机物接触引起燃烧。
高锰酸钾具有强氧化性,在实验室中和工业上常用作氧化剂,遇乙醇即分解。在酸生介质中会缓慢分解成二氧化锰、钾盐和 氧气。光对这种分解有催化作用,故在实验室里常存放在棕色瓶中。从元素电势图和自由能的氧化态图可看出,它具有极强的氧化性。在碱性溶液中,其氧化性不如在酸性中的强。作氧化剂时其还原产物因介质的酸瑊性而不同。
该品遇有机物时即释放出初生态氧和二氧化锰,而无游离状氧分子放出,故不出现气泡。初生态氧有杀菌、除臭、解毒作 用,高猛酸钾抗菌除臭作用比过氧化氢溶液强而持久。二氧化锰能与蛋白质结合成灰黑色络合物(“掌锰”),在低浓度时呈收敛作用,高浓度时有刺激和腐蚀作用。其杀菌力随浓度升高而增强, $0.1 \%$ 时可杀死多数细菌的繁殖体, $2 \% \sim 5 \%$ 溶液能在24小时内 可杀死细菌。在酸性条件下可明显提高杀䒩作用,如在1\%溶液中加入1.1\%盐酸,能在 30 秒钟内杀死炭疽芽枹。
高锰酸钾受热分解:
中学: $2 \mathrm{KMnO}_4 \triangleq \mathrm{K}_2 \mathrm{MnO}_4+\mathrm{MnO}_2+\mathrm{O}_2 \uparrow$
真正方程式: $6 \mathrm{KMnO}_4 \triangleq 2 \mathrm{~K}_2 \mathrm{MnO}_4+\mathrm{K}_2 \mathrm{Mn}_4 \mathrm{O}_8+4 \mathrm{O}_2 \uparrow$ 及 $\mathrm{KMnO}_4 \triangleq \mathrm{KMnO}_2+\mathrm{O}_2 \uparrow$
与乙醇反应: $$5 \mathrm{C}_2 \mathrm{H}_5 \mathrm{OH}+4 \mathrm{KMnO}_4+6 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4=5 \mathrm{CH}_3 \mathrm{COOH}+4 \mathrm{MnSO}_4+11 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+2 \mathrm{~K}_2 \mathrm{SO}_4$$
与过氧化氢反应: $$2 \mathrm{KMnO}_4+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2=2 \mathrm{KOH}+2 \mathrm{MnO}_2+3 \mathrm{O}_2 \uparrow+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} (碱性或中性环境)$$
$$2 \mathrm{KMnO}_4+5 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}_2+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4=\mathrm{K}_2 \mathrm{SO}_4+2 \mathrm{MnSO}_4+8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+5 \mathrm{O}_2 \uparrow (酸性环境)$$
与甘油反应: $$14 \mathrm{KMnO}_4+3 \mathrm{C}_3 \mathrm{H}_8 \mathrm{O}_3=7 \mathrm{~K}_2 \mathrm{CO}_3+2 \mathrm{CO}_2 \uparrow+14 \mathrm{MnO}_2+12 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}$$
与乙炔反应: $$\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_2+10 \mathrm{KMnO}_4+14 \mathrm{KOH}=10 \mathrm{~K}_2 \mathrm{MnO}_4+2 \mathrm{~K}_2 \mathrm{CO}_3+8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(碱性环境)$$
$$3 \mathrm{C}_2 \mathrm{H}_2+10 \mathrm{KMnO}_4+2 \mathrm{KOH}=6 \mathrm{~K}_2 \mathrm{CO}_3+10 \mathrm{MnO}_2 \downarrow+4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \quad (中性环境)$$
$$\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_2+2 \mathrm{KMnO}_4+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4=2 \mathrm{CO}_2+2 \mathrm{MnSO}_4+\mathrm{K}_2 \mathrm{SO}_4+4 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(酸性环境)$$
与硫化氢反应: $$5 \mathrm{H}_2 \mathrm{~S}+2 \mathrm{KMnO}_4+3 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4=\mathrm{K}_2 \mathrm{SO}_4+2 \mathrm{MnSO}_4+8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+5 \mathrm{~S} \downarrow$$
与乙烯反应: $$\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_4+12 \mathrm{KMnO}_4+16 \mathrm{KOH}=12 \mathrm{~K}_2 \mathrm{MnO}_4+2 \mathrm{~K}_2 \mathrm{CO}_3+10 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}(碱性环境)$$
$$\mathrm{C}_2 \mathrm{H}_4+4 \mathrm{KMnO}_4=2 \mathrm{~K}_2 \mathrm{CO}_3+4 \mathrm{MnO}_2 \downarrow+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} (中性环境)$$
$$5 \mathrm{C}_2 \mathrm{H}_4+12 \mathrm{KMnO}_4+18 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4=10 \mathrm{CO}_2+12 \mathrm{MnSO}_4+6 \mathrm{~K}_2 \mathrm{SO}_4+28 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} (酸性环境)$$
主要用途
在化学品生产中,广泛用作氧化剂,如用作制糖精、维生素C、异烟肼及安息香酸的氧化剂;医药中用作防腐剂、消毒剂、除臭剂及解毒剂;在水质净化及废水处理中,作水处理剂,以氧化硫化氢、酚、铁、锰和有机、无机等多种污染物,控制臭味和脱色。还用作漂白剂、吸附剂、着色剂及消毒剂等。
实验室
1、实验室加热高锰酸钾制取氧气
$$2 \mathrm{KMnO}_4 \triangleq \mathrm{K}_2 \mathrm{MnO}_4+\mathrm{MnO}_2+\mathrm{O}_2 \uparrow$$
注意:用高锰酸钾分解制取氧气时,要在试管口放置一小团蓬松的棉花团(或少量玻 璃棉),防止高锰酸钾粉末进入导管,发生堵塞而爆炸。
2、与浓盐酸反应制取氯气
$$2 \mathrm{KMnO}_4+16 \mathrm{HCl}=2 \mathrm{KCl}+2 \mathrm{MnCl}_2+8 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+5 \mathrm{Cl}_2 \uparrow$$
注意: 多余的氯气要用氢氧化钠溶液吸收,防止污染环境。
3、在酸性条件下与草酸反应生成二氧化碳
$$2 \mathrm{KMnO}_4+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{C}_2 \mathrm{O}_4=2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O}+\mathrm{K}_2 \mathrm{MnO}_4+\mathrm{MnO}_2+4 \mathrm{CO}_2 \uparrow$$
谣言1:高锰酸钾可以氧化一氧化碳。
驳斥:针对CO能否使$\mathrm{KMnO_4}$溶液褪色存在争议进行了实验探究,得出了室温常压下CO不能使KMnO4溶液或其酸性溶液褪色的结论,并作了一定的理论解析。
谣言2:高锰酸钾只有酸性才有氧化性,与有机物反应需要酸化。
驳斥:高锰酸钾碱性条件下仍然有比较强的氧化性,仍然可以氧化有机物。
例:在碱性条件下,高锰酸钾氧化苯胺引起自身颜色的变化,并且体系吸光度的变化值和苯胺的含量成正比。