bài báo cáo - tổng quan về mangan dioxit, sản xuất thuốc tím

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH
KHOA CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU
HÓA VÔ CƠ
BÀI BÁO CÁO
TỔNG QUAN VỀ MANGAN ĐIÔXIT,SẢN XUẤT THUỐC TÍM
Nhóm 9
Lê Thị Hồng Phương V1002518
Ngô Thị Yến Thảo V1003034
Dương Công Thống V1003269
Huỳnh Lê Vũ V1004053
I. MANGAN ĐIÔXIT
1. Cấu tạo
MnO
2
có cấu tinh thể kiểu rutil. Các nguyên tử mangan chiếm một nửa lỗ
trống bát diện được tạo thành do 6 nguyên tử oxi xếp chặt khít với nhau.
Hợp chất Công
thức
Mạng tinh
thể
Hằng số mạng
a(pm
)

b(pm
)
c(pm) α
0
β
0

γ
0
β-MnO
2
MnO
2
Orthombic 4446 932 285 90 90 90
Bảng 1.Các thông số mạng tinh thể
Tế bào mạng lưới thuộc hệ tứ phương khối tâm của cation Mn4+ còn
anion tạo thành bát diện đều bao quanh mangan (2 ion oxi nằm ở mặt
trên dọc theo một đườngchéo, 2 ion oxi nằm ở mặt dưới cùng theo
hướng đường chéo đó, 2 ion oxi nữa nằm ngay trong tế bào nhưng theo
hướng đường chéo khác).
Hình 1. Cấu trúc tinh thể β-MnO
2
2. Tính chất lí học.
o Là chất rắn màu nâu đen , có thành phần thay đổi ,tồn tại
trong thiên nhiên dưới dạng khoáng pirolusit
o Là hợp chất rất bền,khong tan trong nuoc va ngay cả trong
nhiều axit khi không đốt nóng
3. Tính chất hóa học điển hình
a. Tính chất lưỡng tính
Hợp chất oxyt có tính lưỡng tính nhưng cả tính axit, tính bazơ
đều yếu: khi nấu chảy với kiềm chúng tạo thành muối
manganit:
MnO
2
+ 2KOH
nhiệt độ
K

2
MnO
3
+ H
2
O
Còn khi tác dụng với axit đặc, nóng thì chúng tạo thành các
muối bền tương ứng trạng thái oxy hóa +2 của mangan.
MnO
2
+ HCl
đặc

nhiệt độ
MnCl
2
+Cl
2
+2H
2
0
b. Tính chất ôxi hóa mạnh
Do tính không bền của các muối Mn
4+
mà các hợp chất
Mn(+4) có tính oxy hóa mạnh. Nó oxy hóa được HCl tạo thành
Cl
2
, nó phân hủy H
2

SO
4
, HNO
3
đặc nóng tạo thành muối Mn
2+

và giải phóng oxy. MnO
2
được dùng làm chất oxy hóa mạnh,
rẻ tiền trong phòng thí nghiệm.
c. Tính khử
khi tác dụng với các chất oxy hóa mạnh hơn như KClO
3
,
PbO
2
… hợp chất Mn lại thể hiện tính khử và có thể chuyển
thành MnO
4
2-
hay MnO
4
-
:
2MnO
2
+ KClO
3
+ 6KOH = 3K

2
MnO
4
+ KCl +3H
2
O
2MnO
2
+ 3PbO
2
+ 6HNO
3
= 2HMnO
4
+ 3Pb(NO
3
)
2
+ 2H
2
O
4. Điều chế
 Phương pháp điện phân :Phương pháp này được dùng
phổ biến trong tổng hợp MnO
2
. Các dung dịch điện
phân có thể dùng là dung dịch muối MnCl
2
, MnSO
4

, các
điện cực được sử dụng là graphit, chì, titan và hợp kim
của nó,… Phương trình chung của quá trình điện phân:
(+) Anot: Mn
2+
- 2e → Mn
4+
Mn
4+
+ H
2
O → MnO
2
+ 4H
+
(-) Catot: H
+
+ 2e → H
2
Phản ứng tổng : Mn
2+
+ 2H
2
O → MnO
2
+ 2H
+
+ H
2
↑

 Phương pháp hoá học: Là phương pháp sử dụng các
phản ứng hoá học. Phổ biến nhất trong loại này là sử
dụng phản ứng oxi hoá khử với chất oxi hoá là KMnO
4
,
K
2
Cr
2
O
7
; chất khử có thể dùng là MnSO
4
, MnCl
2
,
Na
2
SO
3
, H
2
O
2
, CuCl, các chất hữu cơ như HCOOH,
toluen, CH
3
CH
2
OH

2KMnO
4
+ 3NaHSO
3
NaHSO
4
+ 2MnO
2
+ Na
2
SO
4
+ K
2
SO
4
+ H
2
O
2KMnO
4
+ 3Na
2
SO
3
+ H
2
O MnO
2
+ 2KOH + 3Na

2
SO
4
2KMnO
4
+ 3NaNO
2
+ H
2
O 3NaNO
3
+ 2MnO
2
+ 2KOH
2KMnO
4
+ 3KNO
2
+ H
2
O 3KNO
3
+ 2MnO
2
+ 2KOH
 Phương pháp thuỷ nhiệt: Thực hiện phản ứng hoá học
có thêm điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Tổng hợp
được β-MnO
2
bằng phản ứng thủy nhiệt giữa KMnO

4
và
CuCl ở 180
0
C trong 18h:
KMnO
4
+ CuCl + 4HCl → MnO
2
+ KCl + CuCl
2
+ Cl
2
+ 2H
2
O
5. Ứng dụng
Đioxit mangan có nhiều ứng dụng trong thực tế như: làm chất
xúc tác trong tổng hợp hữu cơ, xử lí môi trường (xử lí asen, hấp
thụ CO,…), được dùng làm chất ôxi hóa mạnh trong phòng thí
nghiệm và đặc biệt được sử dụng làm điện cực trong pin và
ăcqui. Một số loại pin sử dụng điện cực MnO
2
như: pin Zn-MnO
2
,
Li-MnO
2
, Mg-MnO
2

.
II. Sản xuất thuốc tím
Thuốc tím có tên là kali permanganate,công thức là KMnO
4
.Thuốc tím được sản xuất trong công nghiệp từ mangan
điôxit .Mangan điôxit tác dụng với kali hydroxyt trong môi
trường chứa ôxi ,sản phẩm tạo thành là kali manganate .Sau
đó điện phân sản phẩm trong môi trường kiềm thì thu được kali
permanganate.
2 MnO
2
+ 4 KOH + O
2
→ 2 K
2
MnO
4
+ 2 H
2
O
2 MnO
4
2–
+ Cl
2
→ 2 MnO
4
–
+ 2 Cl
–

Ngoài ra có thể tạo ra thuốc tím bằng cách cho ion Mn
2+
tác dung
với những chất ôxi hóa mạnh như PbO
2
, NaBiO
3