【实验】令人过目难忘的靛青色五价锰化合物

反应式:


参考文献:无机化合物合成手册2,page453-454,条目1056
由于五价锰的罕见以及相对容易的制备,我们希望能够一睹其真面目。然而前两次依据参考文献的实验完全失败了。
图片来自:鬼蝉蛹的光环的百度相册图1 刚溶解的高锰酸钾溶液

我们的用量是文献用量的十分之一(包括溶剂用量),此外温度也满足了,然而我们发现,使用亚硫酸钠进行的还原过程意外地非常之慢,以至于过了一小时溶液依然停留在深绿色,也就是六价锰。经过思考,我们认为可能基于如下几个原因导致实验失败:首先是亚硫酸钠存放比较久,因而可能已经部分甚至是大部分变质;另外是加入方式按文献描述为直接加入粉末,由于反应温度维持较低,亚硫酸钠可能溶解得不好;最后,我们不得不说,文献的可靠性是值得怀疑的。此外我们还实验了使用硼氢化钠作为还原剂,结果是失败的,我们发现六价锰会直接被还原成四价的水合二氧化锰沉淀。

今天,由于受到某吧友的启发,我们决定用冰盐浴再次进行尝试。由于实验室没有氯化钠,选择使用氯化铵-冰作为制冷剂。反应过程和前两次失败的实验类似,加了还原剂后依然非常慢,然而在恒温过程中我们不幸地发现,反应液渐渐发生了冻结。
图片来自:鬼蝉蛹的光环的百度相册图2 冻结的高锰酸钾溶液 用玻璃棒搅拌会发出“沙沙”的冰渣声 可以看到溶液边缘还有未溶解的亚硫酸钠白色粉末

由于缺乏操作冰盐浴的经验,在几次来回折腾后,我们决定放弃这次实验。在放弃实验时,时间已经过去接近一个小时,我们发现溶液依然保持着深紫色,甚至连绿色也没有出现。这证明了用我们实验室存放的亚硫酸钠作为还原剂,是根本行不通的。

之后,我们进行了讨论,在上网查阅后采用了比较好的方式处理冰盐混合物。我们临时购置了一包食用氯化钠,然后将冰敲碎,令二者按照一定比例均匀混合,然后缩小了高锰酸钾的用量至之前的1/4,这次为了节省时间,我们根据高锰酸根在强碱性条件下的不稳定性,先将固体高锰酸钾直接溶于已配好的氢氧化钠溶液中,搅拌一段时间至溶液完全呈现深绿色,然后将深绿色溶液在冰盐浴中冷冻,然后使用新开封的连二亚硫酸钠作为还原剂,将它溶于水(在通风橱中进行!),然后用滴管开始滴加。随着还原剂的加入,我们发现溶液从深绿色经由蓝绿色变为靛青色,可以说,含有[MnO4]3-的五价锰溶液被成功制备了。随后,我们将它从冰盐浴中取出,过了一小会儿,溶液开始浑浊,并且重新出现绿色和悬浊物,这是五价锰在稀释和升温过程中的歧化所致。
图片来自:鬼蝉蛹的光环的百度相册图3 澄清的靛青色MnO4 3-溶液

图片来自:鬼蝉蛹的光环的百度相册图4 将溶液从冰盐浴中取出 并不会很快分解 可以看到令人印象深刻的靛青色至冰蓝色
图片来自:鬼蝉蛹的光环的百度相册图5 由于烧杯取出后结雾结霜,此时从侧面看溶液似乎不太透明,其实仍是澄清溶液

附注:最后一次实验我们的过程:氢氧化钠1.5g溶于3.5毫升去离子水搅拌溶解,然后趁热加入0.05g高锰酸钾,搅拌十余分钟,置于冰盐浴冷却一段时间,然后取大约0.5g(估计)的连二亚硫酸钠溶于约5毫升去离子水,搅拌使之溶解,以滴管逐渐滴加至溶液完全改变颜色。

楼主 鬼蝉蛹的光环  发布于 2014-10-17 23:34:00 +0800 CST  

楼主:鬼蝉蛹的光环

字数:1284

发表时间:2014-10-18 07:34:00 +0800 CST

更新时间:2018-12-08 22:12:24 +0800 CST

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