高锰酸钾（一种无机化合物）
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更新时间：2023-05-17
高锰酸钾
一种无机化合物
高锰酸钾（Potassium permanganate）是一种无机化合物，常温常压下为深紫色细长斜方柱状晶体，俗称灰锰氧、紫色盐、过锰酸钾、PP粉等。化学式为KMnO4，摩尔质量为158.033949 g/mol 。 高锰酸钾分类属于盐类，深紫色或类似青铜色有金属光泽的结晶，无味，溶于水成深紫红色溶液，微溶于甲醇，丙酮和硫酸。
基本信息
中文名
高锰酸钾
英文名
Potassium permanganate
别名
灰锰氧、紫色盐、过锰酸钾、PP粉
CAS号
7722-64-7
性质
化学式
KMnO4
摩尔质量
158.033949g/mol
外观
深紫色结晶
气味
无味
密度
2.7 g/cm³
熔点
240°C
溶解性
6.34g/100 mL (20 ℃)
log P
1.73(计算)
pH值
8 (H2O, 20°C)
蒸气压
<0.01 hPa (20 °C)
危险性
警示术语
R8；R51/53；R50/53；R22；R52/53；R36/38；R34
安全术语
S60；S61；S36；S26
高锰酸钾被广泛的应用在多种领域，在工业上用作消毒剂、漂白剂等；在实验室，高锰酸钾因其强氧化性和溶液颜色鲜艳而被用于物质的鉴定，酸性高锰酸钾溶液是氧化还原滴定的重要试剂；在医学上，高锰酸钾可用于消毒、洗胃。
历史信息
1817年P.V.Chevillot和W.F.Edwards第一次制备出高锰酸钾，他们用MnO2、KOH和KNO3熔化反应生成锰酸钾，再水解。之后，G.Forch-hammer等人提出用氯酸盐代替KNO3制备锰酸钾，A.Bechamp提出用CO2通入锰酸钾溶液制取高锰酸钾；G.Stadeler提出用氯气处理锰酸钾溶液制取高锰酸钾。之后陆续出现用Br2和O3转化成高锰酸钾的各种方法。到二十世纪初，由P.Askonasy和S.Lonowski提出用电解法制取高锰酸钾的工艺设备，不久首先在德国实现工业化生产，其规模10t/月，第一次世界大战期间，美国用电解法制得高锰酸钠，再转化成高锰酸钾进行小型生产。
第一次世界大战之后，世界各国对软锰矿的氧化焙烧、锰酸钾电解氧化的机理、工艺及其设备进行大量的研究和各种改进，尤其是德国对锰酸盐的研究和发展有较大的贡献，使锰酸盐在转炉内氧化焙烧达效率得到较大提高，并对早期电解槽型进行改造和优化。到二战后，该早期装置转移到苏联，在德国比特费尔德中部城市又开始重建设备并开始生产。
50年代后期，美国Carus化学公司建立了液相氧化制备锰酸钾，然后制高锰酸钾的装置，60年代初英国Boots公司和荷兰Kouinklijke合作建成生产高锰酸钾全自动、连续化的装置，使高锰酸钾生产提高到一个新的水平。中国于50年代，在贵州遵义化工厂采用固相法生产高锰酸钾试验成功，继而广州同济化工厂、重庆嘉陵化工厂等相继建成高锰酸钾生产车间进行生产。
晶体结构
KMnO4的晶体结构
理化性质
物理性质
外观 | 深紫色结晶（金属光泽） | 气味 | 无臭无味 |
密度 | 2.7 g/cm³ | 熔点 | 240°C |
溶解度 | 6.34 g/100 mL (20 ℃) | 摩尔质量 | 158.033949 g/mol |
pH值 | 8 (H2O, 20°C) | 蒸气压 | <0.01 hPa (20 °C) |
log P | 1.73（计算） | 溶解性 | 溶于水，碱液，微溶于甲醇，丙酮和硫酸 |
高锰酸钾晶体
化学性质
稳定性
高锰酸钾固体，到 240°C左右时发生分解反应，热稳定性较差，因此在储存和使用过程中应注意避免高温。反应方程式为：
中学教材为：2KMnO4==K2MnO4 + MnO2 (s) + O2↑（反应条件：加热）
经过对其分解产物探究，发现剩余固体全部溶于水呈墨绿色，表明并无二氧化锰（MnO2）生成。因此，高锰酸钾分解的主要反应应该为：
6KMnO4==2K2MnO4+K2Mn4O8+4O2↑（反应条件：加热）
KMnO4==KMnO2+O2↑（反应条件：加热）
腐蚀性
常温下高锰酸钾溶液与金属并不反应，但是却发现高锰酸钾溶液会腐蚀金属材料，这是因为在实验室配制的高锰酸钾溶液多为酸性或碱性，与金属材料接触形成了原电池，金属材料中不同成分构成正负极，酸性或碱性高锰酸钾溶液充当电解液，发生电化学腐蚀。
对于非金属单质，高锰酸钾溶液与碳（C）的反应现象明显，腐蚀性强；与硫（S）不反应，无腐蚀性。而对于有机物，饱和的聚氯乙烯不能被腐蚀，不饱和的橡胶易被腐蚀，对皮肤组织的腐蚀较强。综上，常温下高锰酸钾溶液的腐蚀性主要是针对有机物，因此存放时不能使用橡胶塞，取用要小心操作或戴上手套防止腐蚀皮肤。
常温下高锰酸钾溶液与部分金属、非金属、有机物反应的现象
物质种类 | 铁 | 硫 | 锌 | 铜 | 活性炭 | 聚氯乙烯 | 橡胶 | 猪皮 |
实验现象 | 无明显 现象 | 无明显 现象 | 无明显 现象 | 无明显 现象 | 剧烈反应，紫红色褪去 | 无明显 现象 | 溶液颜色稍有变浅 | 表皮出现暗黄色块 |
氧化性
KMnO4在酸性、中性和碱性介质中充当非常强大的氧化剂。
在酸性介质中
2KMnO4 + 3H2SO4 → K2SO4 + 2MnSO4 + 3H2O + 5[O]
MnO4 + 8H + 5e → Mn + 4H2O
在中性或碱性介质中
2KMnO4 + H2O → 2KOH + 2MnO2 + 3[O]
MnO4 + 2H2O + 3e → MnO2 + 4OH
在酸性环境中，KMnO4还原为Mn（溶液褪色）
5CH3CHO+2MnO4 +6H → 5CH3COOH+3H2O+2Mn
在碱性环境中，KMnO4被还原成MnO2（棕色沉淀物）
3CH3CHO+2MnO4 +OH → 3CH3COO+2MnO2↓+2H2O
酸性高锰酸钾与乙醇（C₂H₅OH）的化学反应方程式：
5C2H5OH + 4KMnO4 + 6H2SO4→ 5CH3COOH + 4MnSO4 + 11H2O + 2K2SO4
2KMnO₄+16HCl（浓）→2KCl+5Cl₂ ↑+2MnCl₂+8H₂O
其他反应
高锰酸钾在碱液中加热时，高锰酸钾变成锰酸盐并放出氧气。因此，高锰酸钾溶液做氧化剂时，常在酸性介质中进行反应。MnO4常用来氧化Fe、SO3、H2S等低价态离子。高锰酸钾在碱液中的化学方程式为：
4KMnO4 + 4KOH → 4K2MnO4 + 2H2O + O2↑
2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4→ K2SO4+2MnSO4+10CO2↑+8H2O
高锰酸钾溶液和硫化氢的反应方程式：
5H2S+2KMnO4+3H2SO4→K2SO4+2MnSO4+8H2O+5S↓
制备方法
制备高锰酸钾的方法常被分为两种：一步法和两步法。
一步法
锰金属直接电解法
总反应方程式为：2Mn+2OH+6H2O
二氧化锰直接电解法
原理为：以 KOH溶液、MnO2 为原料，镍作阳极，铁作阴极，在60°C以上电解。当加入一定的催化剂(高锰酸钾、铁氰化钾等)可提高电解初期的电流效率。本法克服了传统直接电解法原料的缺陷，但电解效率低、能耗高。
两步法
固相法
工业上早先采用的是固相焙烧法，反应分两个阶段，首先将软锰矿与碱液(50％KOH)混合成浆状物，喷入第1个回转窑里，在大气中暴露很短时间温度达到300℃，这样使混合物发生反应不粘住反应器壁，产物经冷却、磨碎；第2阶段，将磨碎的产物在另一回转窑内，于140～250°C通空气进行再焙烧约4 h，使产物进一步氧化成锰酸钾。缺点就是生产为间歇操作，占地面积大，能耗高，操作环境差，生产周期长。
反应方程式为：2KOH＋MnO2＋
熔融物法
软锰矿与浓碱液反应生成均匀的熔融物，经搅拌使粒状产物粉碎，然后在另一反应器中进一步氧化成K2MnO4。此法的优点为能大大缩短粒状物料的制备时间，同时不会粘壁；但缺点就是因反应混合物很粘稠，以致于氧化反应极难进行完全，另外还需搅拌反应物，动力消耗大。
电解和结晶
用氧化工序生成的锰酸钾母液及水来溶解，经过滤、澄清配制成电解液。电解液需保持一定的温度、浓度和碱度。温度，可以使电解生成的高锰酸钾不析晶出来；浓度，应尽量使电解液中K2MnO4含量提高，以提高单槽产量，但也不能太高，太高则会发生副反应使得电流效率下降；碱度，主要是防止K2MnO4分解。
液相法
将浓度为65％一90％(质量)的氢氧化钾在加热成液相熔融状态下，与软锰矿进行液相氧化反应生成锰酸钾。此法目前是世界高锰酸钾工业的主要发展方向。法具有设备简单，产品纯度高，操作时无粉尘，反应时间短，同时所需空气或其它含氧气体的量显著地减少，熔体搅拌时动力消耗不大，操作容易等特点。因其具备节能、环保和高效的特点。
反应方程式为：
6KOH＋2MnO2＋
2K3MnO4＋H2O+
应用领域
工业领域
在废水处理中作处理剂，除去硫化氢、铁、有机物等各种污染物；在采矿冶金中，用于金属的除杂和分离。
在水处理中应用原理如下：
利用高锰酸钾的强氧化性，采用氧化还原一催化接触过滤法对电镀厂铁、铬、锰重金属离子严重超标的酸性洗漂废水进行处理。处理后，废水中总铬、锰、总铁及浊度的去除率均达到99％以上，出水COD、pH均达到国家排放标准要求；用高锰酸钾对造纸废水进行预处理，后经混凝沉淀处理，可以提高废水中溶解性有机物的去除率，提高废水的处理效果；高锰酸钾也可作为城市用水消毒剂，抑制细菌生长，细菌总数的去除率可达到92.11％以上，另外，高锰酸钾也可作为管道预氧化剂，对有机污染物、浊度的去除效果优异，其最佳投加质量浓度为4～4.5 mg/L，在此条件下有机污染物去除率约为60％，浊度去除率接近100％。
化工领域
医学领域
高锰酸钾对细菌、真菌、病毒均有杀灭作用，主要用于创面粘膜、腔道的消毒。高锰酸钾粉对皮肤有腐蚀作用，但较轻。例如高锰酸钾溶液对于治疗鸡眼有较好效果，主要是利用高锰酸钾粉腐蚀鸡眼角质层使鸡眼尖端坏死而自行脱落。
高锰酸钾的作用机制为氧化细菌体内蛋白的活性基因，并干扰其酶的功能而起杀菌作用；氧化还原生成二氧化锰（MnO2），与蛋白质结合形成蛋白盐类复合物，该复合物与高锰离子具有收敛作用。但是需要注意高锰酸钾原药或高浓度溶液具有强腐蚀性，可致化学性灼烧。因此，在妇科方面，0.01％的高锰酸钾水溶液可以冲洗阴道，0.02％的高锰酸钾水溶液可以用于坐浴；高浓度高锰酸钾有刺激和腐蚀作用，可引起黏膜糜烂出血。
生活领域
用作特殊纺织品、树脂、油脂的漂白剂，也可以用作木材表面的着色剂。
农业领域
高锰酸钾可用作稻谷浸种剂，淡水鱼养殖水塘去除有害有机物以及对鱼的烂鳃病、皮肤病有独特功效。在农作物缺少锰的时候，少量、适量加入高锰酸钾能够促进农作物生长，但是要适量，加入高锰酸钾过多会导致花卉、蔬菜、农作物受到毒害。同时，高锰酸钾中的氧化性，能够对花卉、蔬菜、农作物中的细菌、病菌、真菌等起到杀灭的作用，从而达到防治软腐病、枯萎病、猝倒病、霜霉病、白粉病等病害的效果。
户外领域
高锰酸钾的化学特性决定了高锰酸钾与有机物进行碰撞、接触、摩擦能够产生热量，释放出氧气，利用这个原理，在户外及野外环境中，高锰酸钾能够实现户外生火；根据高锰酸钾的物理特征，还可以作为路标使用，特别是在冰雪环境中，将高锰酸钾与冰雪融合，产生紫色的标记，能够达到路标的作用和效果。但是，高锰酸钾产生的紫色保存的时间较短，通常在两个小时左右。
高锰酸钾水溶液
安全事宜
危险性
危险标识
图示 |  |  |  |  |
图意 | 氧化剂 | 有刺激性的 | 有健康危害 | 有环境危害 |
GHS分类：
H272：可能加剧火灾；氧化剂
H302：吞咽有害[警告急性毒性]
H361d：疑似损伤未出生的孩子[警告有生殖毒性]
H400：对水生生物剧毒[警告对水生环境有害，急性危害]
H410：对水生生物具有剧毒，具有长期影响[警告对水生环境有害，具有长期危害]
毒性
高锰酸钾毒性（不同生物体）
实验生物体 | 摄入路线 | 最低致死剂量 |
老鼠 | 口腔 | 750 mg/kg |
豚鼠 | 口腔 | 1151 mg/kg |
兔子 | 静脉注射 | 70 mg/kg |
人 | 口腔 | 71 mg/kg |
狗 | 口腔 | 400 mg/kg |
锰主要影响神经系统，可能导致行为变化和其他神经系统影响，行为活动做可能变得缓慢和笨拙，这种症状严重时的组合被称为“锰中毒”。
搬运和储存
安全搬运：远离易燃物（木材、纸张、油等）；必需穿戴适当的防护服，否则不要接触损坏的容器或溢出的材料。当发现少量干溢出物：用干净的铲子将材料放入干净、干燥的容器中，并将容器从泄漏区域移走；当少量液体溢出：使用蛭石或沙子等不可燃材料浸泡产品，然后放入容器中进行后期处理。当发生大泄漏：在液体泄漏之前筑堤，以便日后处理。
安全储存：与可燃物质、还原剂和粉末金属分离；门窗封闭良好；提供包含灭火、储存废水的设施；存放在没有排水或下水道通道的区域。
急救措施
误食：立刻进行催吐，随后进行彻底洗胃、镇痛、葡萄糖静脉注射、液体治疗和抗生素治疗。危急情况通过气管造口术可能挽救生命。
吸入：立刻移动到户外呼吸新鲜空气，并保持半直立姿势，情况紧急可能需要人工呼吸，情况严重立即就医。
消防措施
小火灾：用水即可。
大火：从远处用水覆盖火灾区域，如果货物已暴露在高温下，则不要去尝试移动货物或车辆。在安全地情况下，尽量将未损坏的容器移离火灾周围的区域。对火灾中的储罐或拖车装载物，应从最大距离灭火，用大量的水冷却容器，直到大火熄灭。如果火势无法控制，则尽快疏散周围人群。
泄露应急处理
对于泄露危急情况，应及时隔离和疏散。
若泄露液体：应向泄漏区域周围隔离，并疏散人群至区域外至少50米（150英尺）；若泄露固体：应疏散人群并撤离至区域外至少25米（75英尺）；大型溢流：应疏散人群并撤离至区域外至少100米（330英尺）；火灾：如果油罐车、轨道车或油罐车发生火灾，应疏散人群并撤离至区域外至少800米（1/2英里）。
