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高錳酸鉀
一種無機化合物
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。化學式為KMnO4，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(jié)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
中文名
高錳酸鉀
英文名
Potassium permanganate
別名
灰錳氧、紫色鹽、過錳酸鉀、PP粉
CAS號
7722-64-7
性質(zhì)
化學式
KMnO4
摩爾質(zhì)量
158.033949g/mol
外觀
深紫色結(jié)晶
氣味
無味
密度
2.7 g/cm3
熔點
240°C
溶解性
6.34g/100 mL (20 ℃)
log P
1.73(計算)
pH值
8 (H2O, 20°C)
蒸氣壓
<0.01 hPa (20 °C)
危險性
警示術(shù)語
R8；R51/53；R50/53；R22；R52/53；R36/38；R34
安全術(shù)語
S60；S61；S36；S26
高錳酸鉀被廣泛的應用在多種領(lǐng)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(guān).V.Chevillot和W.F.Edwards第一次制備出高錳酸鉀，他們用MnO2、KOH和KNO3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(jié)構(gòu)
KMnO4的晶體結(jié)構(gòu)
理化性質(zhì)
物理性質(zhì)
外觀 | 深紫色結(jié)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 (H2O, 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 |
高錳酸鉀晶體
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：2KMnO4==K2MnO4 + MnO2 (s) + O2↑（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（MnO2）生成。因此，高錳酸鉀分解的主要反應應該為：
6KMnO4==2K2MnO4+K2Mn4O8+4O2↑（反應條件：加熱）
KMnO4==KMnO2+O2↑（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(gòu)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
物質(zhì)種類 | 鐵 | 硫 | 鋅 | 銅 | 活性炭 | 聚氯乙烯 | 橡膠 | 豬皮 |
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
KMnO4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
2KMnO4 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O + 5[O]
MnO4 + 8H + 5e → Mn + 4H2O
在中性或堿性介質(zhì)中
2KMnO4 + H2O → 2KOH + 2MnO2 + 3[O]
MnO4 + 2H2O + 3e → MnO2 + 4OH
在酸性環(huán)境中，KMnO4還原為Mn（溶液褪色）
5CH3CHO+2MnO4 +6H → 5CH3COOH+3H2O+2Mn
在堿性環(huán)境中，KMnO4被還原成MnO2（棕色沉淀物）
3CH3CHO+2MnO4 +OH → 3CH3COO+2MnO2↓+2H2O
酸性高錳酸鉀與乙醇（C?H?OH）的化學反應方程式：
5C2H5OH + 4KMnO4 + 6H2SO4→ 5CH3COOH + 4MnSO4 + 11H2O + 2K2SO4
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。MnO4常用來氧化Fe、SO3、H2S等低價態(tài)離子。高錳酸鉀在堿液中的化學方程式為：
4KMnO4 + 4KOH → 4K2MnO4 + 2H2O + O2↑
2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4→ K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
高錳酸鉀溶液和硫化氫的反應方程式：
5H2S+2KMnO4+3H2SO4→K2SO4+2MnSO4+8H2O+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
總反應方程式為：2Mn+2OH+6H2O
二氧化錳直接電解法
原理為：以 KOH溶液、MnO2 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＋MnO2＋
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K2MnO4。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(jié)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K2MnO4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K2MnO4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＋2MnO2＋
2K3MnO4＋H2O+
應用領(lǐng)域
工業(yè)領(lǐng)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(lǐng)域
醫(yī)學領(lǐng)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（MnO2），與蛋白質(zhì)結(jié)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浴；高濃度高錳酸鉀有刺激和腐蝕作用，可引起黏膜糜爛出血。
生活領(lǐng)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(lǐng)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堋⑹卟恕⑥r(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(lǐng)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。
高錳酸鉀水溶液
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）
實驗生物體 | 攝入路線 | 最低致死劑量 |
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(shù)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)。
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）。
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