二氧化锰

二氧化锰
二氧化锰为黑色或黑棕色晶体或无定形粉末
  二氧化锰(自然界以软锰矿形式存在),分子式:MnO₂。黑色或黑棕色晶体或无定形粉末。密度5.026。不溶于水和硝酸。在热浓硫酸中放出氧而成硫酸锰。在盐酸中放出氯而成氯化锰。与苛性碱和氧化剂共熔,放出二氧化碳而成高锰酸盐。是强氧化剂。大量用于炼钢,并用于制玻璃、陶瓷、搪瓷、干电池等。

二氧化锰简介

  二氧化锰为黑色斜方晶体。密度5.026g/cm3。535℃分解。不溶于水、硝酸和冷的硫酸。溶于冷的盐酸并产生氯气。强氧化剂,不能与有机物或其他还原剂一起加热或摩擦。主要取白天然矿物软锰矿。普遍采用高温硫酸锰溶液电解法制取,碳酸锰矿和软锰矿均可作为原料。硫酸锰溶液的制备包括浸取、除铁、中和、除重金属、过滤、静置除钙镁等工序,经高温电解后制得粗产品,再经处理包括剥离、粉碎、洗涤、中和与干燥等过程制得合格晶。当采用氯化锰溶液电解可制得纤维状二氧化锰。还有碳酸锰、硝酸锰热解法,由低价氧化锰与氧化剂如氯酸钠、氯气、氧气等分别组合反应直接氧化制得。主要用于干电池作去极化剂,适用于轻负荷的间歇放电;用于玻璃工业作脱色剂;电子工业制锰锌铁氧体材料(炼钢用锰铁合金),用作氧化剂,有机合成催化剂,油漆和油墨的干燥剂,防毒面具的吸收剂,火柴的助燃剂,陶瓷,搪瓷的釉药以及水的净化除铁等。活化二氧化锰晶体类型有α,β,γ,ρ,δ等多种形态。以天然富含二氧化锰矿物为原料,经简单的化学处理,使原二氧化锰改变晶型,扩大晶格空隙,增加孔隙度和比表面积,提高电化性能。通常用热稀硫酸(或硝酸)直接处理天然二氧化锰矿粉进行活化处理,或将天然二氧化锰矿粉,先经还原焙烧生成三氧化二锰,再加硫酸(或硝酸)歧化,转变为活化二氧化锰。主要用于电池的原料处理,与天然二氧化锰适当配合使用能获得优良的放电性能。

物理常数

二氧化锰
二氧化锰不溶于水、硝酸、冷硫酸
  中文名称:二氧化锰(自然界以软锰矿形式存在)  英文名称:manganese dioxide  分子式:MnO₂  分子量:86.94  物理性状:黑色无定形粉末,或黑色斜方晶体  熔点:390℃  沸点:535℃  相对密度:5.026(水=1)  溶解性:难溶于水、弱酸、弱碱;不溶于水、硝酸、冷硫酸,溶于热浓盐酸而产生氯气

化学性质

·分子结构

  是MnO₂八面体,氧原子在八面体角顶上,锰原子在八面体中,MnO₂八面体共棱连接形成单链或双链,这些链和其它链共顶,形成空隙的隧道结构, 八面体或成六方密堆积,或成立方密堆积。

·氧化性

  一种两性氧化物:
  遇还原剂时,表现为氧化性。如将二氧化锰放到氢气流中加热至1400K得到一氧化锰;将二氧化锰放在氨气流中加热,得到棕黑色的三氧化二锰;将二氧化锰跟浓盐酸反应,则得到二氯化锰和氯气。
  遇强氧化剂时,还表现为还原性。如将二氧化锰,碳酸钾和硝酸钾或氯酸钾混合熔融,可得到暗绿色熔体,将熔体溶于水冷却可得六价锰的化合物锰酸钾。在酸件介质中是一种强氧化剂。
  强氧化剂,本身不燃烧,但助燃,不要和易燃物放置一起。

二氧化锰的用途

·主要用途

  二氧化锰在干电池中作消极剂;在有色金属湿法冶金、氢醌(对苯二酸)生产、铀的提炼上作氧化剂;在陶瓷和搪瓷生产中作氧化剂和釉色;在玻璃生产中用于消除杂色和制作装饰玻璃。化学工业上生产硫酸锰、高锰酸钾、碳酸锰、氯化锰、硝酸锰、一氧化锰等,是化学试剂、医药、焊接、油漆、合成工业等的重要原料。
二氧化锰在干电池中作消极剂
二氧化锰在干电池中作消极剂
  在实验室常利用它的氧化性,与浓盐酸(HCl)混合加热制备氯气(Cl₂):
  MnO₂+ 4HCl(浓) ==Δ== MnCl₂+ Cl₂↑ + 2H₂O
  另也可作为催化剂与过氧化氢、氯酸钾等反应产生氧气。 通过加热高锰酸钾可以制得。
  做催化剂与氯酸钾反应时并不是单纯的催化,而是会与原物质反应,最后又生成了二氧化锰。反应过程中可能生成了高锰酸钾和氯气。
  二氧化锰不能和稀盐酸反应。浓盐酸中H+和Cl-的浓度大,还原性强,在加热条件下能被MnO₂氧化,生成Cl₂;随反应进行,H+和Cl-的浓度逐渐减小,还原性逐渐减弱,当达到一定程度时,MnO₂就不可以氧化Cl-了。因此二氧化锰和稀盐酸不会反应。在热浓硫酸中放出氧而成硫酸锰。与苛性钠和氧化剂共熔生成锰酸盐。能溶于丙酮

·有机物的合成

  二氧化锰在有机化学之中十分有用。被用于氧化物的二氧化锰的形态不一,因为二氧化锰有多个结晶形态,化学式方面可以写成MnO₂-x(H₂O)n,其中x介乎0至0.5之间,而n可以大于0。二氧化锰可在不同pH下的高锰酸钾(KMnO₄)和硫酸锰(MnSO₄)的反应之中产生。啡色的二氧化锰沈淀物很干和很活跃。最有效的有机溶剂包括芳香性物质、氯化碳、醚、四氢呋喃和酯类等。
  其中一个二氧化锰专用的化学反应是将醇类转化为酮类。即使该醇类中有双键,也不会被二氧化锰所氧化:
  cis-RCH=CHCH₂OH + MnO₂ → cis-RCH=CHCHO + H₂O + MnO
  当中的产物即使有多活跃也不会再被氧化。二醇类可被二氧化锰氧化为二酮。其他二氧化锰的反应极之多,可用在氧化出胺、芳香物和三醇等。

·其他用途

  二氧化锰亦可以用做过氧化氢(H₂O₂)的分解。其催化效果如下:
  2H₂O₂==MnO₂== 2H₂O + O₂↑
  2MnO₃==== 2MnO₂+ O₂↑
  二氧化锰也被用作颜料、有色玻璃等。
  层状二氧化锰(δ-MnO₂)的每个正八面体整齐的排列在层板上的结构,其分子组成具有如下通式:AxMn2+y(H₂O)z[2] 。由于晶层内的八面体片有广泛的类质同象替代,从而使晶层带净负电荷。因此,水合阳离 子(Na + 、K+ 、Ca2 + 、Mg2 + ) 可以占据层间域以补偿这种负电荷。

毒性作用

    二氧化锰粉尘可引起人的锰尘肺。高价锰氧化物,不论侵入机体的途径,其毒性作用对大脑有损伤。

电解二氧化锰

电解二氧化锰是优良的电池的去极化剂
电解二氧化锰是优良的电池去极化剂
  一、主要用途
  电解二氧化锰是优良的电池的去极化剂,它与天然放电二氧化锰生产的干电池相比,具有放电容量大、活性强、体积小、寿命长等特点,掺用 20-30%EMD 做成的干电池比全用天然 MnO2 做成的干电池其放电容量可提高 50-100% ,在高性能氯化锌电池中掺用 50-70%EMD ,其放电容量可提高 2-3 倍,全部用 EMD 做成的碱锰电池,其放电容量可提高 5-7 倍,因此电解二氧化锰成为电池工业的一种非常重要的原料。
  电解二氧化锰除作为电池的主要原料外,其它领域也得到广泛应用,如:精细化工生产过程中作氧化剂、锰锌铁氧体软磁材料中的原料。电解二氧化锰由于具有很强的催化、氧化 / 还原,离子交换和吸附能力,在经处理与成型后,是一种性能全面的优良净水滤料,与平常用的活性碳、沸石等净水滤料相比,具有更强的脱色和去除金属的能力。
  二、生产工艺
  电解二氧化锰生产的整个工艺流程可分为制液、电解、成品处理三大部分。具体分为:浸出、氧化除铁、中和、固液分离、硫化除重金属、电解、剥离、粉碎、漂洗脱酸、干燥、计量包装。