高锰酸钾与草酸反应的探究与改进

谢惠春

（广州市协和中学，广东广州510000）

草酸溶液和高锰酸钾溶液的反应是人教版化学选修四教材中证明浓度对反应速率影响的重要实验。实验看似简单，但是准备时却存在不少问题。除了经常遇到浓度较小的草酸溶液先褪色的异常实验现象以外，还存在以下问题。为了方便学生实验，实验老师准备本实验中所需高锰酸钾酸性溶液时，一般都是提前酸化好的。由于酸化后的高锰酸钾氧化性增强，非常容易变质，大约1d 左右就由原来的紫红色变成了橙红色，2～3d 左右几乎完全褪色，试剂瓶底部还有大量黑色的物质产生，使后续分组实验无法进行。而没有酸化的高锰酸钾溶液，避光保存却能放置长达半年。可否在准备实验时把高锰酸钾和硫酸分开准备，课堂上学生分组实验时自己酸化？硫酸适宜的浓度是多少？是否还有其他的替代试剂更适合作为探究浓度影响反应速率的实验？笔者对此进行实验研究。

1 实验原理

KMnO4酸性溶液与草酸溶液反应基于原理：

图1

经查阅资料[1]，与C2O42-反应是在Mn2+存在的情形下，（Mn2+是这个反应的催化剂），反应过程为：

在酸性较大的KMnO4溶液中加入草酸溶液，草酸的浓度较小时，以KMnO4的自身分解为主，当草酸浓度较大时，因发生络合反应的速率和进度均较大而再分解的速率成了反应的瓶颈。因此在酸性较大的KMnO4溶液中加入草酸后，草酸溶液浓度小的反而先褪色。[2]

2 实验探究和改进

王春[2]建议改变试剂的加入顺序，将少量高锰酸钾加入到量多的草酸中；谢晓青等[1]通过正交试验研究，表明硫酸浓度对反应速率影响的主效应显著。孙运体[3]探究了浓硫酸酸化比例对反应速率的影响。笔者按照文献尝试了先用浓硫酸酸化高锰酸钾溶液，但加入浓硫酸后放热明显，需要冷却后才能进行实验。出于实验安全和实验时间的考虑，不建议课堂学生分组实验时采用浓硫酸进行酸化。若硫酸的酸性太弱，反应时间又过长，不利于课堂分组实验的开展。为避免出现异常实验现象以及解决反应速率慢的问题，重点对硫酸的浓度以及替代试剂的可行性进行了探究。经查阅文献[4]，本实验采用3 mol/L，4 mol/L 的硫酸进行酸化探究。

2.1 探究硫酸浓度对反应速率的影响

实验1 0.01 mol/L 的KMnO4酸性溶液与不同浓度的H2C2O4溶液的反应，结果见表1。

表1 实验1 （硫酸浓度：3mol/L，实验时间：2018.7.10）

实验2 0.01 mol/L 的KMnO4酸性溶液与不同浓度的H2C2O4溶液的反应，结果见表2。

对比实验1 和实验2 可以得出：同等条件下，酸化高锰酸钾的硫酸浓度越大，反应速率越快，符合浓度越大，反应速率越快的规律。为了探究0.01 mol/L 的KMnO4酸性溶液与不同浓度的H2C2O4溶液的反应的稳定性探究，进行了实验3和实验4 见表3，4。

对比实验1，3 和实验2，4 可以得出，硫酸的酸化浓度为3 mol/L 时，实验的稳定性发生了变化，出现了反常现象，浓度小的草酸溶液褪色快。而硫酸的酸化浓度为4 mol/L 时，实验的稳定性较好，符合浓度越大，反应速率越快的规律。

表2 实验2（硫酸浓度：4mol/L，实验时间：2018.7.11）

表3 实验3（硫酸浓度：3mol/L，实验时间：2018.7.12）

表4 实验4（硫酸浓度：4mol/L，实验时间：2018.7.12）

2.2 草酸的替代试剂（维生素C、葡萄糖）与KMnO4 酸性溶液的反应

草酸和维生素C 均为常见的还原性有机物，可以尝试将它们用于替代草酸溶液与高锰酸钾酸性溶液反应的实验。但在实验过程中发现高锰酸钾酸性溶液与维生素C 反应速率过快，不适合作为探究反应速率的物质。

表5 实验5（硫酸浓度：4mol/L，实验时间2018.7.13）

表6 实验6（硫酸浓度：4 mol/L，实验时间：2018.7.17）

王春[2]曾经报道过可以用葡萄糖作为替代试剂与高锰酸钾酸性溶液反应，为得到更加符合学生分组的实验，特进行了有关探究，见表5，6。

0.01 mol/L 的KMnO4酸性溶液反与不同浓度的葡萄糖溶液的反应

从实验5 得出，不同浓度的葡萄糖溶液分别与KMnO4酸性溶液进行反应，符合浓度越大，反应速率越快的规律。该过程颜色变化明显，且褪色时间相差较大，便于观察，实验效果好。为了探究实验的稳定性，特进行了实验6。

表6 实验6，0.01 mol/L 的KMnO4酸性溶液与不同浓度的葡萄糖溶液反应的稳定性探究。

从实验6 得出：KMnO4酸性溶液与不同浓度葡萄糖溶液反应稳定性好，符合浓度越大，反应速率越快的规律，适合用于浓度对反应速率影响规律的实验探究中。

3 实验结果与讨论

通过以上实验，得出如下结论：1）KMnO4酸性溶液与草酸溶液反应的实验方法为：取2 支试管，各加入4 mL 0.01 mol/L 的KMnO4溶液和1mL 4 mol/L 的硫酸，同时分别加入2 mL 0.1 mol/L H2C2O4溶液和0.2 mol/L H2C2O4溶液，比较褪色时间。2）KMnO4酸性溶液与葡萄糖溶液反应的实验方法为：取2 支试管，各加入2 mL 0.01 mol/L 的KMnO4溶液和1mL 4mol/L 的硫酸，同时分别加入2 mL 0.5 mol/L 葡萄糖溶液和1 mol/L 葡萄糖溶液，比较褪色时间。以上实验均可在学生分组实验时自行用4 mol/L 的硫酸酸化高锰酸钾，没有酸化的高锰酸钾溶液可在棕色瓶中放置长达半年，有效避免了提前酸化高锰酸钾变质的问题。KMnO4酸性溶液与不同浓度的葡萄糖溶液反应，实验效果更明显，稳定性更好，能有效避免实验出现异常现象。