高錳酸鉀 高錳酸鉀( Potassium permanganate)是一種無機化合物,常溫常壓下為深紫色細長斜方柱狀晶體,俗稱灰錳氧、紫色鹽、過 錳酸鉀 、PP粉等?;瘜W式為KMnO 4 , 摩爾質(zhì)量 為158.033949 g/mol 。 高錳酸鉀分類屬于鹽類,深紫色或類似青銅色有金屬光澤的結晶,無味,溶于水成深紫紅色溶液,微溶于 甲醇 ,丙酮和硫酸。
基本信息
性質(zhì)
危險性
警示術語
R8;R51/53;R50/53;R22;R52/53;R36/38;R34
高錳酸鉀被廣泛的應用在多種領域,在工業(yè)上用作消毒劑、漂白劑等;在實驗室,高錳酸鉀因其強氧化性和溶液顏色鮮艷而被用于物質(zhì)的鑒定,酸性高錳酸鉀溶液是氧化還原滴定的重要試劑;在醫(yī)學上,高錳酸鉀可用于消毒、洗胃。
歷史信息 1817年P.V.Chevillot和W.F.Edwards第一次制備出高錳酸鉀,他們用MnO 2 、 KOH 和KNO 3 熔化反應生成錳酸鉀,再水解。 之后,G.Forch-hammer等人提出用 氯酸鹽 代替KNO3制備錳酸鉀,A.Bechamp提出用 CO2 通入錳酸鉀溶液制取高錳酸鉀;G.Stadeler提出用 氯氣 處理錳酸鉀溶液制取高錳酸鉀。之后陸續(xù)出現(xiàn)用 Br2 和O3轉(zhuǎn)化成高錳酸鉀的各種方法。到二十世紀初,由P.Askonasy和S.Lonowski提出用電解法制取高錳酸鉀的工藝設備,不久首先在德國實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn),其規(guī)模10t/月, 第一次世界大戰(zhàn) 期間,美國用電解法制得 高錳酸鈉 ,再轉(zhuǎn)化成高錳酸鉀進行小型生產(chǎn)。 第一次世界大戰(zhàn) 之后,世界各國對 軟錳礦 的氧化焙燒、錳酸鉀電解氧化的機理、工藝及其設備進行大量的研究和各種改進,尤其是德國對錳酸鹽的研究和發(fā)展有較大的貢獻,使錳酸鹽在轉(zhuǎn)爐內(nèi)氧化焙燒達效率得到較大提高,并對早期 電解槽 型進行改造和優(yōu)化。到二戰(zhàn)后,該早期裝置轉(zhuǎn)移到 蘇聯(lián) ,在德國比特費爾德中部城市又開始重建設備并開始生產(chǎn)。 50年代后期,美國Carus化學公司建立了液相氧化制備錳酸鉀,然后制高錳酸鉀的裝置,60年代初英國 Boots公司和荷蘭Kouinklijke合作 建成生產(chǎn)高錳酸鉀全自動、連續(xù)化的裝置,使高錳酸鉀生產(chǎn)提高到一個新的 水平。中國于50年代,在貴州遵義化工廠采用固相法生產(chǎn)高錳酸鉀試驗成功,繼而廣州同濟化工廠、重慶嘉陵化工廠等相繼建成高錳酸鉀生產(chǎn)車間進行生產(chǎn)。
晶體結構 高錳酸根離子MnO 4 的空間構型為四面體,錳原子位于四面體中心,4個 氧原子 位于四面體的頂點。
理化性質(zhì)
物理性質(zhì) 外觀
深紫色結晶(金屬光澤)
氣味
無臭無味
密度
2.7 g/cm3
熔點
240°C
溶解度
6.34 g/100 mL (20 ℃)
摩爾質(zhì)量
158.033949 g/mol
pH值
8 (H 2 O, 20°C)
蒸氣壓
<0.01 hPa (20 °C)
log P
1.73(計算)
溶解性
溶于水,堿液,微溶于甲醇,丙酮和硫酸
化學性質(zhì)
穩(wěn)定性 高錳酸鉀固體,到 240°C左右時發(fā)生分解反應,熱穩(wěn)定性較差,因此在儲存和使用過程中應注意避免高溫。 反應方程式為:
中學教材為:2KMnO 4 ==K 2 MnO 4 + MnO 2 (s) + O 2 ↑(反應條件:加熱)
經(jīng)過對其分解產(chǎn)物探究,發(fā)現(xiàn)剩余固體全部溶于水呈墨綠色,表明并無二氧化錳(MnO 2 )生成 。因此,高錳酸鉀分解的主要反應應該為:
6KMnO 4 ==2K 2 MnO 4 +K 2 Mn 4 O 8 +4O 2 ↑(反應條件:加熱)
KMnO 4 ==KMnO 2 +O 2 ↑(反應條件:加熱)
腐蝕性 常溫下高錳酸鉀溶液與金屬并不反應,但是卻發(fā)現(xiàn)高錳酸鉀溶液會腐蝕金屬材料,這是因為在實驗室配制的高錳酸鉀溶液多為酸性或堿性,與金屬材料接觸形成了原電池,金屬材料中不同成分構成正負極,酸性或堿性高錳酸鉀溶液充當 電解液 ,發(fā)生電化學腐蝕。 對于非金屬單質(zhì),高錳酸鉀溶液與碳(C)的反應現(xiàn)象明顯,腐蝕性強;與硫(S)不反應,無腐蝕性。而對于有機物,飽和的 聚氯乙烯 不能被腐蝕,不飽和的橡膠易被腐蝕,對皮膚組織的腐蝕較強。綜上,常溫下高錳酸鉀溶液的腐蝕性主要是針對有機物,因此存放時不能使用橡膠塞,取用要小心操作或戴上手套防止腐蝕皮膚。 常溫下高錳酸鉀溶液與部分金屬、非金屬、有機物反應的現(xiàn)象
實驗現(xiàn)象
無明顯
現(xiàn)象
無明顯
現(xiàn)象
無明顯
現(xiàn)象
無明顯
現(xiàn)象
劇烈反應,紫紅色褪去
無明顯
現(xiàn)象
溶液顏色稍有變淺
表皮出現(xiàn)暗黃色塊
氧化性 KMnO 4 在酸性、中性和堿性介質(zhì)中充當非常強大的氧化劑。
在酸性介質(zhì)中
2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 → K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 3H 2 O + 5[O]
MnO 4 + 8H + 5e → Mn + 4H 2 O
在中性或堿性介質(zhì)中
2KMnO 4 + H 2 O → 2KOH + 2MnO 2 + 3[O]
MnO 4 + 2H 2 O + 3e → MnO 2 + 4OH
高錳酸鉀的氧化性主要針對兩類物質(zhì):低價態(tài)離子和有機物。對于有機物,高錳酸鉀可以氧化 乙醇 和 乙醛 等。 在酸性環(huán)境中,KMnO 4 還原為Mn (溶液褪色)
5CH 3 CHO+2MnO 4 +6H → 5CH 3 COOH+3H 2 O+2Mn
在堿性環(huán)境中,KMnO 4 被還原成MnO 2 (棕色沉淀物)
3CH 3 CHO+2MnO 4 +OH → 3CH 3 COO +2MnO 2 ↓+2H 2 O
酸性高錳酸鉀與乙醇(C?H?OH)的化學反應方程式:
5C 2 H 5 OH + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 → 5CH 3 COOH + 4MnSO 4 + 11H 2 O + 2K 2 SO 4
2KMnO?+16HCl(濃)→2KCl+5Cl? ↑+2MnCl?+8H?O
其他反應 高錳酸鉀在堿液中加熱時,高錳酸鉀變成錳酸鹽并放出氧氣。因此,高錳酸鉀溶液做氧化劑時,常在酸性介質(zhì)中進行反應。MnO 4 常用來氧化Fe 、SO 3 、H 2 S等低價態(tài)離子。 高錳酸鉀在堿液中的化學方程式為:
4KMnO 4 + 4KOH → 4K 2 MnO 4 + 2H 2 O + O 2 ↑
草酸 (H 2 C 2 O 4 )與高錳酸鉀(酸性)的反應方程式: 2KMnO 4 +5H 2 C 2 O 4 +3H 2 SO 4 → K 2 SO 4 +2MnSO 4 +10CO 2 ↑+8H 2 O
高錳酸鉀溶液和硫化氫的反應方程式:
5H 2 S+2KMnO 4 +3H 2 SO 4 →K 2 SO 4 +2MnSO 4 +8H 2 O+5S↓
制備方法 制備高錳酸鉀的方法常被分為兩種:一步法和兩步法。
一步法
錳金屬直接電解法 原理為:由 錳鐵 、鏡鐵、錳合金等作陽極,在碳酸鉀和氫氧化鉀溶液里 直接電解 得KMnO 4 。其優(yōu)點為簡單、安全、耗堿少;其缺點為電能消耗大,陽極材料要求高。 總反應方程式為:2Mn+2OH +6H 2 O 2MnO 4 +7H 2
二氧化錳直接電解法 原理為:以 KOH溶液、MnO 2 為原料,鎳作陽極,鐵作陰極,在60°C以上電解。當加入一定的催化劑(高錳酸鉀、 鐵氰化鉀 等)可提高電解初期的電流效率。本法克服了傳統(tǒng)直接電解法原料的缺陷,但電解效率低、能耗高。
兩步法
固相法 工業(yè)上早先采用的是固相焙燒法,反應分兩個階段,首先將軟錳礦與堿液(50%KOH)混合成漿狀物,噴入第1個回轉(zhuǎn)窯里,在大氣中暴露很短時間溫度達到300℃,這樣使混合物發(fā)生反應不粘住反應器壁,產(chǎn)物經(jīng)冷卻、磨碎;第2階段,將磨碎的產(chǎn)物在另一回轉(zhuǎn)窯內(nèi),于140~250°C通空氣進行再焙燒約4 h,使產(chǎn)物進一步氧化成錳酸鉀。缺點就是生產(chǎn)為間歇操作,占地面積大,能耗高,操作環(huán)境差,生產(chǎn)周期長。
反應方程式為:2KOH+MnO 2 + O 2 → K 2 MnO 4 +2H 2 O
熔融物法 軟錳礦與濃堿液反應生成均勻的熔融物,經(jīng)攪拌使粒狀產(chǎn)物粉碎,然后在另一反應器中進一步氧化成K 2 MnO 4 。此法的優(yōu)點為能大大縮短粒狀物料的制備時間,同時不會粘壁;但缺點就是因反應混合物很粘稠,以致于氧化反應極難進行完全,另外還需攪拌反應物,動力消耗大。
電解和結晶 用氧化工序生成的錳酸鉀 母液 及水來溶解,經(jīng)過濾、澄清配制成電解液。電解液需保持一定的溫度、濃度和堿度。溫度,可以使電解生成的高錳酸鉀不析晶出來;濃度,應盡量使電解液中K 2 MnO 4 含量提高,以提高單槽產(chǎn)量,但也不能太高,太高則會發(fā)生副反應使得電流效率下降 ;堿度,主要是防止K 2 MnO 4 分解。
液相法 將濃度為65%一90%(質(zhì)量)的氫氧化鉀在加熱成液相熔融狀態(tài)下,與軟錳礦進行液相氧化反應生成錳酸鉀。此法目前是世界高錳酸鉀工業(yè)的主要發(fā)展方向。法具有設備簡單,產(chǎn)品純度高,操作時無粉塵,反應時間短,同時所需空氣或其它含氧氣體的量顯著地減少,熔體攪拌時動力消耗不大,操作容易等特點。因其具備節(jié)能、環(huán)保和高效的特點。
反應方程式為:
6KOH+2MnO 2 + O 2 → 2K 3 MnO 4 +3H 2 O (反應條件為170~350℃) 2K 3 MnO 4 +H 2 O+ O 2 →2K 3 MnO 4 +2KOH(反應條件為140~310℃)
應用領域
工業(yè)領域 在廢水處理中作處理劑,除去硫化氫、鐵、有機物等各種污染物;在采礦冶金中,用于金屬的除雜和分離。
在水處理中應用原理如下:
利用高錳酸鉀的強氧化性,采用氧化還原一催化接觸過濾法對電鍍廠鐵、鉻、錳重金屬離子嚴重超標的酸性洗漂廢水進行處理。處理后,廢水中總鉻、錳、總鐵及濁度的去除率均達到99%以上,出水COD 、pH均達到國家排放標準要求;用高錳酸鉀對造紙廢水進行預處理,后經(jīng)混凝沉淀處理,可以提高廢水中溶解性有機物的去除率,提高廢水的處理效果;高錳酸鉀也可作為城市用水消毒劑,抑制細菌生長,細菌總數(shù)的去除率可達到92.11%以上,另外,高錳酸鉀也可作為管道預氧化劑,對有機污染物、濁度的去除效果優(yōu)異,其最佳投加質(zhì)量濃度為4~4.5 mg/L,在此條件下有機污染物去除率約為60%,濁度去除率接近100%。
化工領域 可用作制糖精、 異煙肼 、維生素C 等物質(zhì)的氧化劑,也用作防腐劑、消毒劑和除臭劑等。實驗室氧氣、氯氣等物質(zhì)制備的原料,有機物的鑒定劑。
醫(yī)學領域 高錳酸鉀對細菌、真菌、病毒均有殺滅作用,主要用于創(chuàng)面粘膜、腔道的消毒。高錳酸鉀粉對皮膚有腐蝕作用,但較輕。例如高錳酸鉀溶液對于治療雞眼有較好效果,主要是利用高錳酸鉀粉腐蝕雞眼角質(zhì)層使雞眼尖端壞死而自行脫落。
高錳酸鉀的作用機制為氧化細菌體內(nèi)蛋白的活性基因,并干擾其酶的功能而起殺菌作用;氧化還原生成二氧化錳(MnO 2 ),與蛋白質(zhì)結合形成蛋白鹽類復合物,該復合物與高錳離子具有收斂作用。但是需要注意高錳酸鉀原藥或高濃度溶液具有強腐蝕性,可致化學性灼燒。因此,在婦科方面,0.01%的高錳酸鉀水溶液可以沖洗陰道,0.02%的高錳酸鉀水溶液可以用于坐?。桓邼舛雀咤i酸鉀有刺激和腐蝕作用,可引起黏膜糜爛出血。
生活領域 用作特殊紡織品、樹脂、油脂的漂白劑,也可以用作木材表面的著色劑。
農(nóng)業(yè)領域 高錳酸鉀可用作稻谷浸種劑,淡水魚養(yǎng)殖水塘去除有害有機物以及對魚的 爛鰓病 、皮膚病有獨特功效。 在農(nóng)作物缺少錳的時候,少量、適量加入高錳酸鉀能夠促進農(nóng)作物生長,但是要適量,加入高錳酸鉀過多會導致花卉、蔬菜、農(nóng)作物受到毒害。同時,高錳酸鉀中的氧化性,能夠?qū)ɑ?、蔬菜、農(nóng)作物中的細菌、病菌、真菌等起到殺滅的作用,從而達到防治軟腐病、枯萎病、猝倒病、霜霉病、白粉病等病害的效果。
戶外領域 高錳酸鉀的化學特性決定了高錳酸鉀與有機物進行碰撞、接觸、摩擦能夠產(chǎn)生熱量,釋放出氧氣,利用這個原理,在戶外及野外環(huán)境中,高錳酸鉀能夠?qū)崿F(xiàn)戶外生火;根據(jù)高錳酸鉀的物理特征,還可以作為路標使用,特別是在冰雪環(huán)境中,將高錳酸鉀與冰雪融合,產(chǎn)生紫色的標記,能夠達到路標的作用和效果。但是,高錳酸鉀產(chǎn)生的紫色保存的時間較短,通常在兩個小時左右。
安全事宜
危險性 危險標識
圖示
圖意
氧化劑
有刺激性的
有健康危害
有環(huán)境危害
GHS分類:
H272:可能加劇火災;氧化劑
H302:吞咽有害[警告急性毒性]
H361d:疑似損傷未出生的孩子[警告有生殖毒性]
H400:對水生生物劇毒[警告對水生環(huán)境有害,急性危害]
H410:對水生生物具有劇毒,具有長期影響[警告對水生環(huán)境有害,具有長期危害]
毒性 高錳酸鉀毒性(不同生物體)
老鼠
口腔
750 mg/kg
豚鼠
口腔
1151 mg/kg
兔子
靜脈注射
70 mg/kg
人
口腔
71 mg/kg
狗
口腔
400 mg/kg
錳主要影響神經(jīng)系統(tǒng),可能導致行為變化和其他神經(jīng)系統(tǒng)影響,行為活動做可能變得緩慢和笨拙,這種癥狀嚴重時的組合被稱為“錳中毒”。
搬運和儲存 安全搬運:遠離易燃物(木材、紙張、油等);必需穿戴適當?shù)姆雷o服,否則不要接觸損壞的容器或溢出的材料。當發(fā)現(xiàn)少量干溢出物:用干凈的鏟子將材料放入干凈、干燥的容器中,并將容器從泄漏區(qū)域移走;當少量液體溢出:使用 蛭石 或沙子等不可燃材料浸泡產(chǎn)品,然后放入容器中進行后期處理。當發(fā)生大泄漏:在液體泄漏之前筑堤,以便日后處理。 安全儲存:與可燃物質(zhì)、還原劑和粉末金屬分離;門窗封閉良好;提供包含滅火、儲存廢水的設施;存放在沒有排水或下水道通道的區(qū)域。
急救措施 誤食:立刻進行催吐,隨后進行徹底洗胃、鎮(zhèn)痛、葡萄糖靜脈注射、液體治療和抗生素治療。危急情況通過氣管造口術可能挽救生命。
吸入:立刻移動到戶外呼吸新鮮空氣,并保持半直立姿勢,情況緊急可能需要人工呼吸,情況嚴重立即就醫(yī)。
皮膚接觸:首先立刻用大量的水沖洗至少15分鐘,然后脫掉被污染的衣服,再次沖洗,用 亞硫酸氫鈉 溶液涂抹,并用水沖洗情況嚴重立即就醫(yī)。 誤入眼睛:立刻用大量的水沖洗幾分鐘,用3%的 硼酸 沖洗,并用維生素C溶液洗滌1~2次,情況嚴重立即就醫(yī)。
消防措施 小火災:用水即可。
大火:從遠處用水覆蓋火災區(qū)域,如果貨物已暴露在高溫下,則不要去嘗試移動貨物或車輛。在安全地情況下,盡量將未損壞的容器移離火災周圍的區(qū)域。對火災中的儲罐或拖車裝載物,應從最大距離滅火,用大量的水冷卻容器,直到大火熄滅。如果火勢無法控制,則盡快疏散周圍人群。
泄露應急處理 對于泄露危急情況,應及時隔離和疏散。
若泄露液體:應向泄漏區(qū)域周圍隔離,并疏散人群至區(qū)域外至少50米(150英尺);若泄露固體:應疏散人群并撤離至區(qū)域外至少25米(75英尺);大型溢流:應疏散人群并撤離至區(qū)域外至少100米(330英尺);火災:如果油罐車、軌道車或油罐車發(fā)生火災,應疏散人群并撤離至區(qū)域外至少800米(1/2英里)。