[北科大]无机化学实验：4 铬、锰(实验报告)
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三、仪器和药品
1.仪器 试管;离心试管;离心机;酒精灯;吸管;玻璃棒;试管夹;火柴。 2.药品 H2C204(s);NaBiO3(s);MnO2(s);Zn 粉 ; HCl(2mol/L);H2SO4(2mol/L 、 浓 ); HNO3(6mol/L);NaOH(2mol/L、40%);K2Cr207(0.1mol/L); K2Cr04 (0.1mol/L);AgNO3 (0.1mol/L);Pb(NO3)2(0.1mol/L);BaCl2(0.1mol/L);KMnO4(0.01mol/L、0.1mol/L); MnSO4(0.1mol/L、0.5mol/L);H202(3%);CrCl3(0.1mol/L); Na2CO3(饱和); pH 试纸。
无机化学实验报告
【实验名称】实验四:铬、锰 【班级】 【姓名】
【日期】 【学号】
一、实验目的
○1 掌握铬、锰的各种氧化值化合物的生成和性质。 ○2 学习离子分离的方法。 ○3 学习用归纳推理的基本原理总结实验规律。
二Biblioteka Baidu实验原理
1.铬 铬的价电子层构型为 3d54s1,它的主要氧化态有+2、+3、+6。 氧化值为+2 的铬不稳定,在水溶液中以[Cr(H20)6]3+(淡蓝色)形态存在。可用 强还原剂(如锌粉、铝粉)在酸性介质中还原 Cr(Ⅲ)或 Cr(Ⅵ)制得。 Cr3+(aq)是在水溶液中最稳定、最常见的物种。Cr(Ⅲ)的氢氧化物呈两性。在 强碱性介质以 Cr(OH)4-离子存在。 氧化值为+6 的铬在水溶液中有两种离子,CrO42-和 Cr2072-。前者呈黄色、后者 呈橙色。它们间存在下列平衡:
Mn 在酸性介质中的元素电势图： MnO4- 0.564 MnO42- 2.26 Mn02 0.95 Mn3+ 1.51 Mn2+ -1.18 Mn
在碱性介质中的元素电势图: MnO4- 0.564 MnO42- 0.60 Mn02 -0.20 Mn(OH)3 0.10 Mn(OH)2 -1.56 Mn
四、实验内容
1.一般实验 (1)Cr2+(aq)的生成和性质 取 0.5mL K2Cr207(0.1mol/L)溶液,加 0.5mL HCl(2mol/L),加少量 Zn 粉,加热,观察溶液颜色的变化过程。待反应停止后,振 荡,观察溶液的颜色又有何变化。写出反应方程式。 (2)Cr(OH)3 的两性 取 1mL CrCl3(0.1mol/L)溶液,滴加 NaOH(2mol/L)至生 成大量的 Cr(OH)3。观察沉淀的颜色。将沉淀分成两份,分别加入 2mol/L 的 HCl 和 2mol/L 的 NaOH 溶液,试验 Cr(OH)3 的两性。记录实验现象,特别是 Cr(OH)3 与 NaOH 作用产物的颜色。写出反应方程式并从实验得出结论。 (3)CrO42-(aq)与 Cr2072-(aq)的相互转换 ○1 取 5 滴 K2Cr04 (0.1mol/L),加入数滴 H2SO4(2mol/L),观察溶液颜色的变化。 ○2 取 5 滴 K2Cr207(0.1mol/L),加入数滴 NaOH(2mol/L),观察溶液颜色的变化。 写出反应方程式,总结 CrO42-与 Cr2072-存在的介质条件 (4)铬酸盐沉淀的生成实验 ○1 实验 K2Cr04 (0.1mol/L)溶液分别与 AgNO3 (0.1mol/L)、Pb(NO3)2(0.1mol/L)、 BaCl2(0.1mol/L)溶液的作用。记录所生成沉淀的颜色,写出反应方程式。 ○2 实验 K2Cr207(0.1mol/L)溶液分别与 AgNO3 (0.1mol/L)、Pb(NO3)2(0.1mol/L)、 BaCl2(0.1mol/L)溶液的作用,并与 K2Cr04 所生成的沉淀颜色比较。写出沉淀的化 学式及反应离子方程式,并解释之。 ○3 再实验这三种沉淀在 HNO3(6mol/L)中溶解情况(必要时可加热)。记录实验 现象,写出反应方程式,并解释之。 (5)Mn(OH)2 的制备和性质 在试管中装入 0.5mL MnSO4(0.1mol/L)溶液，滴 加 1mL NaOH(2mol/L)溶液,观察生成 Mn(OH)2 沉淀的颜色。放置试管,观察沉淀的 颜色变化。
水溶液中的 Mn3+(aq)不稳定,它歧化为 Mn2+(aq)和 MnO2·xH20,只有在浓酸 (H2SO4、H3PO4)中或由于形成配离子, Mn(Ⅲ)才可以稳定存在。故可在浓硫酸中由 MnO4-氧化 Mn2+生成 Mn3+(aq)。
在酸性介质中 Mn2+ (aq)是各种氧化值的锰中最稳定的一个。它不易被氧化或 还原。在碱性介质中 Mn(Ⅱ)易被空气氧化。所以只有在隔绝空气的条件下, Mn2+ (aq)与苛性碱作用方能生成白色 Mn(OH)2 沉淀。
Cr2072- 1.33 Cr3+ -0.41 Cr2+ -0.91 Cr 碱性介质
CrO42- -0.12 Cr(OH)4从电势图可见,Cr2072-在酸性介质中有强氧化性,Cr(OH)4-在碱性介质中有强 还原性。 2.锰 锰是第四周期,ⅦB 族元素。锰原子的价电子构型是 3d54s2。常见氧化态有+2、 +3、+4、+6、+7。 最常见的锰的最高氧化态 Mn(Ⅶ)的化合物是 KMnO4,它是强氧化剂。在酸性介 质中的还原产物是 Mn2+(aq);在强碱性介质中的还原产物是 MnO42-(aq);在弱酸性、 中性、弱碱性介质中的还原产物是 MnO2·xH20。 锰(Ⅵ)仅以锰酸盐存在,它只在强碱性介质中稳定,在酸性或中性介质中发 生歧化反应生成 MnO4-和 MnO2·xH20。 锰(Ⅳ)最常见,其最重要的化合物是 MnO2,它是既不溶于水也不溶于非还原 性酸的棕褐色或黑色固体,但它能缓慢地溶于碱中。MnO2 在酸性介质中有强氧化 性。
(6)Mn2+的鉴定 取 2 滴 MnSO4(0.1mol/L)溶液,加 10～15 滴 HNO3(6mol/L),再 加入少量 NaBiO3 固体,振荡,加热,观察紫红色 MnO4-的生成。写出反应方程式并回 答下列问题。
○1 为什么加硝酸而不是加盐酸? ○2 若硝酸量加入不够是否能将 Mn2+氧化成 MnO4-? (7)MnO2 的氧化性 ○1 取少量草酸 H2C204(s),加 H2SO4(2mol/L)溶液使草酸溶解,加入少量 MnO2(s), 振荡,观察实验现象。 ○2 取少量草酸 H2C204(s),加 NaOH(6mol/L)溶液使草酸溶解并使溶液呈碱性 (用 pH 试纸检测),加少量 MnO2(s),振荡,观察实验现象。 写出反应方程式,从实验归纳 MnO2 具有氧化性的条件,并从元素电势图解释 之。 (8)MnO42-的生成及其性质 在 10 滴 KMnO4(0.01mol/L)溶液中加入 10 滴 NaOH (40%)溶液,加入少量 MnO2(s),加热至紫红色退去。观察上层清液的颜色(若颜色 太深,可取少量冲稀后观察之)。用滴管吸取上述清液加入离心试管中,滴加 2mol/L 的 H2SO4 溶液,至溶液变红,离心分离,观察溶液的颜色和沉淀的析出。写 出上述所有反应的反应方程式,解释实验现象,得出正确结论。 上课前计算当 c(MnO4-)=c(MnO42-)=1mol/L 时,由 MnO4-与 MnO2 生成 MnO42-的最低 碱浓度。 2．设计实验 (1)根据下列给定试剂设计用一般化学法分离 Cr3+与 Mn2+的实验方案,并实验 之。 给 定 试 剂 : CrCl3(0.1mol/L),MnSO4(0.1mol/L),H202(3%),HNO3(6mol/L), NaOH(2mol/L),H2SO4(2mol/L),NaBiO3(s),pH 试纸。 实验要求:要求分离后检验 Cr 中是否含有 Mn,不要求分离后价态还原。 (2)Cr(Ⅲ)的氧化。设计由 Cr3+(aq)制取 Cr2072-(aq)的实验方案,并用实验证 实之。 给定试剂: CrCl3(0.1mol/L),H202(3%),NaOH(2mol/L),H2SO4(2mol/L) 设计前回答下列问题。 ○1 查出 Cr2072-/Cr3+,CrO42-/CrO2-及 H202/H20、02/H202,HO2-/OH-等电对的标准电极 电势。判别用 H202 作氧化剂时在什么介质中能将 Cr(Ⅲ)氧化到 Cr(Ⅵ)? ○2 若选择碱性介质,应怎样操作才能保证最后酸化时能生成 Cr2072-? 3．选做实验 设计实验证实 Cr3+、Mn2+与 Na2CO3 溶液作用的产物,并实验之。 给定试剂: CrCl3(0.1mol/L),MnSO4(0.1mol/L),Na2CO3(饱和),HCl(2mol/L)。 提示：Na2CO3 的水溶液中含有 Na+、CO32-、HCO3-及 OH-。
CrO42-(黄) + 2H+ === Cr2072-(橙)+ H20 一般铬酸盐比重铬酸盐难溶于水,由于 CrO42-和 Cr2072-转化平衡的存在,向 Cr2072-溶液中加入 Ag2+、Ba2+、Pb2+,分别生成难溶的 Ag2CrO4(砖红色)、BaCrO4(淡黄 色)、PbCrO4(黄色)沉淀。 铬的元素电势图: 酸性介质
1.仪器 试管;离心试管;离心机;酒精灯;吸管;玻璃棒;试管夹;火柴。 2.药品 H2C204(s);NaBiO3(s);MnO2(s);Zn 粉 ; HCl(2mol/L);H2SO4(2mol/L 、 浓 ); HNO3(6mol/L);NaOH(2mol/L、40%);K2Cr207(0.1mol/L); K2Cr04 (0.1mol/L);AgNO3 (0.1mol/L);Pb(NO3)2(0.1mol/L);BaCl2(0.1mol/L);KMnO4(0.01mol/L、0.1mol/L); MnSO4(0.1mol/L、0.5mol/L);H202(3%);CrCl3(0.1mol/L); Na2CO3(饱和); pH 试纸。
无机化学实验报告
【实验名称】实验四:铬、锰 【班级】 【姓名】
【日期】 【学号】
一、实验目的
○1 掌握铬、锰的各种氧化值化合物的生成和性质。 ○2 学习离子分离的方法。 ○3 学习用归纳推理的基本原理总结实验规律。
二Biblioteka Baidu实验原理
1.铬 铬的价电子层构型为 3d54s1,它的主要氧化态有+2、+3、+6。 氧化值为+2 的铬不稳定,在水溶液中以[Cr(H20)6]3+(淡蓝色)形态存在。可用 强还原剂(如锌粉、铝粉)在酸性介质中还原 Cr(Ⅲ)或 Cr(Ⅵ)制得。 Cr3+(aq)是在水溶液中最稳定、最常见的物种。Cr(Ⅲ)的氢氧化物呈两性。在 强碱性介质以 Cr(OH)4-离子存在。 氧化值为+6 的铬在水溶液中有两种离子,CrO42-和 Cr2072-。前者呈黄色、后者 呈橙色。它们间存在下列平衡:
Mn 在酸性介质中的元素电势图： MnO4- 0.564 MnO42- 2.26 Mn02 0.95 Mn3+ 1.51 Mn2+ -1.18 Mn
在碱性介质中的元素电势图: MnO4- 0.564 MnO42- 0.60 Mn02 -0.20 Mn(OH)3 0.10 Mn(OH)2 -1.56 Mn
四、实验内容
1.一般实验 (1)Cr2+(aq)的生成和性质 取 0.5mL K2Cr207(0.1mol/L)溶液,加 0.5mL HCl(2mol/L),加少量 Zn 粉,加热,观察溶液颜色的变化过程。待反应停止后,振 荡,观察溶液的颜色又有何变化。写出反应方程式。 (2)Cr(OH)3 的两性 取 1mL CrCl3(0.1mol/L)溶液,滴加 NaOH(2mol/L)至生 成大量的 Cr(OH)3。观察沉淀的颜色。将沉淀分成两份,分别加入 2mol/L 的 HCl 和 2mol/L 的 NaOH 溶液,试验 Cr(OH)3 的两性。记录实验现象,特别是 Cr(OH)3 与 NaOH 作用产物的颜色。写出反应方程式并从实验得出结论。 (3)CrO42-(aq)与 Cr2072-(aq)的相互转换 ○1 取 5 滴 K2Cr04 (0.1mol/L),加入数滴 H2SO4(2mol/L),观察溶液颜色的变化。 ○2 取 5 滴 K2Cr207(0.1mol/L),加入数滴 NaOH(2mol/L),观察溶液颜色的变化。 写出反应方程式,总结 CrO42-与 Cr2072-存在的介质条件 (4)铬酸盐沉淀的生成实验 ○1 实验 K2Cr04 (0.1mol/L)溶液分别与 AgNO3 (0.1mol/L)、Pb(NO3)2(0.1mol/L)、 BaCl2(0.1mol/L)溶液的作用。记录所生成沉淀的颜色,写出反应方程式。 ○2 实验 K2Cr207(0.1mol/L)溶液分别与 AgNO3 (0.1mol/L)、Pb(NO3)2(0.1mol/L)、 BaCl2(0.1mol/L)溶液的作用,并与 K2Cr04 所生成的沉淀颜色比较。写出沉淀的化 学式及反应离子方程式,并解释之。 ○3 再实验这三种沉淀在 HNO3(6mol/L)中溶解情况(必要时可加热)。记录实验 现象,写出反应方程式,并解释之。 (5)Mn(OH)2 的制备和性质 在试管中装入 0.5mL MnSO4(0.1mol/L)溶液，滴 加 1mL NaOH(2mol/L)溶液,观察生成 Mn(OH)2 沉淀的颜色。放置试管,观察沉淀的 颜色变化。
水溶液中的 Mn3+(aq)不稳定,它歧化为 Mn2+(aq)和 MnO2·xH20,只有在浓酸 (H2SO4、H3PO4)中或由于形成配离子, Mn(Ⅲ)才可以稳定存在。故可在浓硫酸中由 MnO4-氧化 Mn2+生成 Mn3+(aq)。
在酸性介质中 Mn2+ (aq)是各种氧化值的锰中最稳定的一个。它不易被氧化或 还原。在碱性介质中 Mn(Ⅱ)易被空气氧化。所以只有在隔绝空气的条件下, Mn2+ (aq)与苛性碱作用方能生成白色 Mn(OH)2 沉淀。
Cr2072- 1.33 Cr3+ -0.41 Cr2+ -0.91 Cr 碱性介质
CrO42- -0.12 Cr(OH)4从电势图可见,Cr2072-在酸性介质中有强氧化性,Cr(OH)4-在碱性介质中有强 还原性。 2.锰 锰是第四周期,ⅦB 族元素。锰原子的价电子构型是 3d54s2。常见氧化态有+2、 +3、+4、+6、+7。 最常见的锰的最高氧化态 Mn(Ⅶ)的化合物是 KMnO4,它是强氧化剂。在酸性介 质中的还原产物是 Mn2+(aq);在强碱性介质中的还原产物是 MnO42-(aq);在弱酸性、 中性、弱碱性介质中的还原产物是 MnO2·xH20。 锰(Ⅵ)仅以锰酸盐存在,它只在强碱性介质中稳定,在酸性或中性介质中发 生歧化反应生成 MnO4-和 MnO2·xH20。 锰(Ⅳ)最常见,其最重要的化合物是 MnO2,它是既不溶于水也不溶于非还原 性酸的棕褐色或黑色固体,但它能缓慢地溶于碱中。MnO2 在酸性介质中有强氧化 性。
(6)Mn2+的鉴定 取 2 滴 MnSO4(0.1mol/L)溶液,加 10～15 滴 HNO3(6mol/L),再 加入少量 NaBiO3 固体,振荡,加热,观察紫红色 MnO4-的生成。写出反应方程式并回 答下列问题。
○1 为什么加硝酸而不是加盐酸? ○2 若硝酸量加入不够是否能将 Mn2+氧化成 MnO4-? (7)MnO2 的氧化性 ○1 取少量草酸 H2C204(s),加 H2SO4(2mol/L)溶液使草酸溶解,加入少量 MnO2(s), 振荡,观察实验现象。 ○2 取少量草酸 H2C204(s),加 NaOH(6mol/L)溶液使草酸溶解并使溶液呈碱性 (用 pH 试纸检测),加少量 MnO2(s),振荡,观察实验现象。 写出反应方程式,从实验归纳 MnO2 具有氧化性的条件,并从元素电势图解释 之。 (8)MnO42-的生成及其性质 在 10 滴 KMnO4(0.01mol/L)溶液中加入 10 滴 NaOH (40%)溶液,加入少量 MnO2(s),加热至紫红色退去。观察上层清液的颜色(若颜色 太深,可取少量冲稀后观察之)。用滴管吸取上述清液加入离心试管中,滴加 2mol/L 的 H2SO4 溶液,至溶液变红,离心分离,观察溶液的颜色和沉淀的析出。写 出上述所有反应的反应方程式,解释实验现象,得出正确结论。 上课前计算当 c(MnO4-)=c(MnO42-)=1mol/L 时,由 MnO4-与 MnO2 生成 MnO42-的最低 碱浓度。 2．设计实验 (1)根据下列给定试剂设计用一般化学法分离 Cr3+与 Mn2+的实验方案,并实验 之。 给 定 试 剂 : CrCl3(0.1mol/L),MnSO4(0.1mol/L),H202(3%),HNO3(6mol/L), NaOH(2mol/L),H2SO4(2mol/L),NaBiO3(s),pH 试纸。 实验要求:要求分离后检验 Cr 中是否含有 Mn,不要求分离后价态还原。 (2)Cr(Ⅲ)的氧化。设计由 Cr3+(aq)制取 Cr2072-(aq)的实验方案,并用实验证 实之。 给定试剂: CrCl3(0.1mol/L),H202(3%),NaOH(2mol/L),H2SO4(2mol/L) 设计前回答下列问题。 ○1 查出 Cr2072-/Cr3+,CrO42-/CrO2-及 H202/H20、02/H202,HO2-/OH-等电对的标准电极 电势。判别用 H202 作氧化剂时在什么介质中能将 Cr(Ⅲ)氧化到 Cr(Ⅵ)? ○2 若选择碱性介质,应怎样操作才能保证最后酸化时能生成 Cr2072-? 3．选做实验 设计实验证实 Cr3+、Mn2+与 Na2CO3 溶液作用的产物,并实验之。 给定试剂: CrCl3(0.1mol/L),MnSO4(0.1mol/L),Na2CO3(饱和),HCl(2mol/L)。 提示：Na2CO3 的水溶液中含有 Na+、CO32-、HCO3-及 OH-。
CrO42-(黄) + 2H+ === Cr2072-(橙)+ H20 一般铬酸盐比重铬酸盐难溶于水,由于 CrO42-和 Cr2072-转化平衡的存在,向 Cr2072-溶液中加入 Ag2+、Ba2+、Pb2+,分别生成难溶的 Ag2CrO4(砖红色)、BaCrO4(淡黄 色)、PbCrO4(黄色)沉淀。 铬的元素电势图: 酸性介质