由二氧化锰制备碳酸锰的实验.doc

-二氧化锰制备碳酸锰的实验(设计性实验) 姓 名： 王海星院 系： 化学学院 专 业： 公费师范学 号: 2011012859 【摘 要】自行设计由Mn02制备MnC03的实验方案，并通过比较各个方案的优缺点来选出较为合适的方案并对实验结果进行分析。草酸法是在酸性条件下H2C204将Mn02还原为二价锰离子，然后与饱和的NH4HCO3溶液反应制备出MnC03，该方法产率较高，实验条件控制较为便利；锰含量分析采用EDTA滴定法，用样品配制的溶液滴定CaCO3标定过的EDTA溶液，从而求出样品中锰的含量。 【关键词】催化、设计、制备、分析、温和、产率、锰含量测定一、实验目的(1)了解由MnO2 制备MnCO3的实验方案，并能合理地评价各方案的优缺点；(2)掌握在实际问题中学会控制反应条件的方法；(3)培养独立解决实验反馈学习的能力；(4)熟悉过渡金属的一些通性。二、实验原理：1、MnCO3俗称“锰白”，在工业上广泛用作脱硫催化剂，瓷釉颜料，清漆催lT剂和制造其它锰盐的良好材料，也可用于医药，机械零件和磷化处理等方面。2、实验室由MnO2制备MnCO3的实验流程：MnO2Mn2+一MnCO321 C粉高温法 该方法需要高温，这就需要用到酒精喷灯，能源消耗大。另外，C在高温加热条件下会生成CO等污染气体，如果操作不慎，CO气体产生得较多会使实验者有CO中毒的危险，故而这个方案不宜在实验室里进行操作。22 Fe法 MnO2+Fe2+Mn2+Fe3+ 。要使Mn2+稳定存在于溶液中，溶液的pH要保持在37之间，这样的偏酸性条件会使Fe3+变成Fe(OH)3 (使Fe3+完全沉淀的pH=23)。另外要制备MnCO3，就要向溶液中加入CO32-或HCO3-，而FeCO3和Mn(OH)2都是沉淀，Fe(OH)3也是红褐色沉淀，所以要通过控制溶液的酸碱度使Fe3+预先沉淀掉才可以制备得到较纯净的MnC03，但这样操作较麻烦。另外，Fe2+、Fe3+也容易形成胶体，一旦有MnC03沉淀产生，对胶体的吸附作用是不可避免的，故而所制得的MnC03会含有杂质，后续的洗涤除杂较麻烦。另外，实验操作步骤增多也会影响到生产率。23 I-法 该法由于I-在溶液中的溶解度不大，要保证氧化还原反应能较彻底地进行，就要保证I-在溶液中的浓度。I-+I2I3-，I3-是配离子，一般较稳定，I3-和MnO2反应会困难一些。另外，产物中会有I2，I2是有毒的，但可以通过加萃取剂， 将其萃取到烧杯底部，使其不易挥发出来。由于萃取作用是根据相似相溶原则，I-也会溶于下层萃取剂层，使Mn02和反应的I-的量大大减少。另外，萃取剂一般是不与水互溶的，故而这就隔离了Mn02和I-反应。总的来说，该法在产率方面较其他方法差一些。24 浓HCI法 该种方法最大的缺点在于它的产物中会出现Cl2剧毒物，是污染气体，不符合绿色化学实验的要求。另外，该方法和H202法有相似的缺点，即无法很好地控制浓盐酸使用的量。25 浓H2SO4法 4Mn02+6H2S04(浓)=2Mn2(SO4)3+6H20+02。紫色的Mn2(SO4)3不稳定，会转化为MnSO4 ，故总反应为2MnO2+2H2SO4(浓)=2MnSO4+2H20+02。该方法虽说比浓HC1法(要产生Cl2)要好一些，但是仍存在缺点。该反应过于剧烈，产生的02气泡极具膨胀，会带走许多MnO2原材料。另外，溶液是呈现强酸性的，再加入CO32-或HCO3-使Mn2+转化成为MnCO3沉淀较其他方法困难一些。26 Na2SO3法 该方法的缺点在于会产生污染气体S02，Na2S03必须分批加入，操作较繁琐。另外，引入的Na2S04比较难除去。27 H202法 这种方法的好处是H202是一种绿色环保试剂，但明显的缺点是很难控制溶液的pH值和H202的滴加速度。将 H202 (一般用30)溶液中加入硫酸溶液以后再加到装有MnO2的烧杯中，该反应极为剧烈，又极难控制各物质的量的比例。若H202加过量就会把Mn2+氧化成Mn4+(因H202具有氧化还原两性)，若H202加过少就难以将Mn4+完全还原成Mn2+，故而H202的加入量要严格控制。但是在实践操作中是极难做到的， 经过实践证明用这个方法不易成功，制得的MnCO3也会含有许多杂质Mn4+，故而制得的MnCO3的颜色不是肉色，而是夹杂着黑褐色或深红色。28 H2C204法 这个方案的优点就是H2C204是一种很温和的还原剂，反应活性也不错，这样就不会像H202法那样出现反应过于剧烈和溶液pH难以控制的局面。另外，根据反应方程式，它的产物是H20和CO2,用玻璃棒搅拌反应液CO2便会溢出反应体系，这样就不会引入其他的杂质，为后续的洗涤除杂提供了方便.在实验室里比较适合让学生进行实验操作的是H2C204法和H202法。下面用表1着重讨论 下这两种方法的优缺点：方法加入量的控制是否引入杂质反应剧烈程度反应所需时间反应程度pH的控制H202法很难是剧烈短不完全很难H2C204法容易否缓和长完全容易讨论比较的结论综合比较以上各种方法的优缺点，可以得出结论：实验室中由Mn02制备MnCO3采取H2C204法是最合适的，这种方法具有条件易于控制、反应条件温和、易于提存等优点，适合在实验室里推广并适合学生进行实验设计，掌握无机化合物的制备方法。三、【主要试剂和仪器】：(1)试剂：MnO2固体粉末(分析纯)，6molL 的H2SO4，NH4HCO4固体，H2C204固体，EDTA、铬黑T、氨水、氯化铵(2)实验仪器：150ml烧杯2个，lOOm1烧杯2个，整套抽虑装置，玻璃棒，表面皿，胶头滴管，lOOml和lOml量筒各一个，台天平，药匙一个，烘箱；四、【实验步骤】：一、碳酸锰的制备(1)称取5gMnO 于150mlA烧杯中，加入几滴蒸馏水润湿成粘稠状；(2)称取8.g H2C204-2H2O于烧杯B中，加6ml水，12ml，6molL硫酸，用洁净的玻璃棒搅匀溶液(若H2C204-2H20晶体较难溶解，可以采取再加一些少量蒸馏水或稍稍加热B烧杯等方法，使其尽量全部溶解，这样就会保持溶液中H2C204的浓度，有利于后续的氧化还原反应的进行。)；(3)将B烧杯中的溶液分三次缓缓依次加入A烧杯中每次加入的时间间隔约为2到5分钟，烧杯中不再产生气泡则说明烧杯内的反应趋于反应完全了，此时烧杯内溶液应呈现粉红色，否则说明实验近乎失败；(4)趁A烧杯中反应进行的时候，称取150g NH4HCO3固体于一100ml的C烧杯中，加入约55ml蒸馏水配制成NH4HCO3的饱和溶液待用；(5)用胶头滴管吸取B杯中的NH4HC03的饱和溶液逐滴加入到D烧杯中，直至D烧杯中不再有沉淀生成，另加过量1mlNH4HC03溶液(用胶头滴管来量l4滴左右)(其实在做实验时，当NH4HC03溶液加入一定量以后，溶液根本不是呈现澄清的状况而是淡粉白色浑浊状态，类似于胶体的样子，故而此时再加入一滴NH4HC03溶液是极难辨别是否有MnCO3沉淀生成的，用以下方法即可解决这个问题：用胶头滴管吸满一管NH4HC03溶液，伸入D烧杯中，将胶头滴管移到该烧杯壁并将胶头滴管贴住烧杯壁，再挤出少量管内溶液，这样操作便可较容易观察出溶液挤入点烧杯壁周围是否有无新的MnCO3沉淀生成；也可使用离心分离机对其进行离心分析，然后向上层清夜中加入一滴NH4HC03溶液，观察有无MnCO3沉淀产生，若没有则反应已完全。）(7)静置溶液，以待溶液中的MnCO3能够沉淀完全，再进行抽虑操作，得到MnCO3沉淀，并用蒸馏水洗涤3-5遍得到较纯净的MnCO3沉淀；(8)用洁净的药匙将得到的MnCO3沉淀从滤纸上轻轻刮下置于表面皿中，再置于5O-6O摄氏度的烘箱中烘烤约3060min，这样就得到了较干燥的MnCO3粉末，其颜色应该呈现玫瑰红色的。二、样品中锰含量的测定1、EDTA标准溶液的标定（1）准确称取4.2353g（精确到0.0001g）EDTA固体，加水溶解（必要时可水浴加热），配制成250ml溶液。（2）准确称取0.5015g碳酸钙固体，加盐酸溶解后配制成100ml溶液。（3）在锥形瓶中加入10mlEDTA标准溶液，3-4铬黑T指示剂以及10ml氨-氯化铵缓冲溶液（pH=9-10），使体系的pH呈9-10。（4）在酸式滴定管中加入50ml钙标准溶液，开始标定，滴定终点为溶液由纯蓝色转变为紫红色，记录消耗钙标准溶液的体积并平行实验2-3次，计算出EDTA标准溶液的浓度。2、锰含量的测定（1）称取0.5730样品，加入20ml水，滴加6molL盐酸溶液使样品溶解，加水定容至100ml。（2）量取10mlEDTA标准溶液予锥形瓶中，加入3-4滴铬黑T指示剂以及10ml氨-氯化铵缓冲溶液，使体系的pH呈9-10。（3）在酸式滴定管中加入50ml样品溶液，开始滴定，滴定终点为溶液由纯蓝色转变为紫红色，记录消耗的样品溶液体积，计算出样品中锰的含量。五、实验现象及分析：1、加入草酸后有大量气泡产生，应边搅拌边缓慢滴加，分几次加入生成了二氧化碳气体，若加入过快会使得二氧化碳气体带走部分原料使产率降低。2、加入碳酸氢氨溶液时，先有气泡产生，后来生成乳白色类牛奶物质，抽滤后得白色沉淀溶液先呈酸性加入碳酸氢氨溶液后生成了二氧化碳气体，溶液呈中性或弱碱性时生成了碳酸锰沉淀。六、【实验结果及讨论】：1数据记录及处理：所用原料MnO2质量:5.0635g实际制得的MnCO3质量:4.3740g理论应得MnCO3质量：6.6931g产率=实际所得MnCO3质量理论应得MnCO3质量100=65.35%制得MnCO3颜色为白色，制得MnCO3晶形较小。实验结果的分析：例如：产率偏低的分析：(1)草酸加了有点过量，在氧化还原反应进行很长时间后，当反应不再剧烈进行时，溶液中存在有的大量Mn2+以及过量的一些C2042-，由于KspMnC2O4=1.7010-7，所以会有MnC204(白色粉末沉淀)，这样一来会使最后得到的MnCO3产物的产率偏低；(2)得到MnCO3沉淀后，可能未进行陈化处理，只是静置了一会儿，可能导致沉淀不完全，因为MnCO3沉淀的晶形很微小，不易大核沉淀。(3)有少量二氧化锰未反应完全。2锰含量测定：标定EDTA标准溶液时分别消耗钙标准溶液10.20ml和10.50 ml，取平均值为10.35 ml，经计算EDTA标准溶液的浓度为：C（EDTA）=m（CaCO3）V（平均）（M（CaCO3）100mlV（EDTA）=0.501510.35（100gmol0.1L10ml）=0.05191mol/L滴定消耗样品溶液 40.00 ml，计算样品中锰的含量为;W(Mn)=m(Mn) m（总）100= （C（EDTA）10mlV（样品）ml）0.1LM（MnCO3）m（总）100 =0.05191119.20/40.000.1115g0.5730100 =50.00%理论值：W(Mn)=M(Mn) M(MnCO3) 100=47.8%误差分析：1、未做平行平行实验（主要误差） 2、指示剂量较多终点显色不明显 3、EDTA溶液配制过程中有损失 4、EDTA标准溶液标定过程中有误差3本实验注意事项：(1)在制取MnCO3过程中的(2)反应，该步反应极其容易使Mn2+被氧化成Mn4+，使制得的MnCO3颜色偏深而非纯白，所以在加入NH4HCO3饱和溶液时应该逐滴加入，以防溶液由于局部各离子浓度不均匀而使Mn2+被氧化；(2)时时注意控制溶液的pH=3-7，由于Mn2+在碱性条件极易被氧