CO能否使KMnO4溶液褪色的实验探究

徐美玲+任引哲

摘要：针对CO能否使KMnO4溶液褪色存在争议进行了实验探究，得出了室温常压下CO不能使KMnO4溶液或其酸性溶液褪色的结论，并作了一定的理论解析。

关键词：CO与KMnO4溶液；实验探究；化学教学研讨

文章编号：1005–6629（2014）4–0053–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

2009年全国统一高考理综（重庆卷）27题[1]和2013年全国统一高考理综（江苏卷）16题[2]均属于实验设计题，其中都涉及到CO能否使KMnO4溶液褪色这一知识点，但两者的观点出现了分歧，前者认为能使溶液褪色或颜色变浅，后者则利用了CO不能与KMnO4溶液发生反应的性质，使用KMnO4溶液除去CO气体中混有的杂质。这两种完全不同的观点给很多教师及学生造成了困扰。由于CO毒性较大，又为气体，使用不方便，所以实验室一般不进行有关CO性质的实验，这也是这一困惑一直未解决的原因之一。粤教版九年级化学课本第十章第三节（301页）实验，证明吸烟时会产生CO，其方法是：将烟气通过盛稀高锰酸钾溶液的试管。教材解释是：高锰酸钾溶液褪色，表明烟气里含有一氧化碳。就目前情况看，这一实验能否产生预期的效果还有待我们验证。发表在《化学教学》2009年12期的“对2009年全国统一高考理综（重庆卷）27题的教学分析”[3]一文也就此症结做出了一定的分析，本文在此基础上从实验与理论两方面对该问题进行了探究与分析。

1 实验部分

为了澄清此问题，我们设计了如下实验。

1.1 实验试剂

CO，99.99%，青岛爱若气体化工有限责任公司；KMnO4，分析纯，洛阳市化学试剂厂；浓硫酸，分析纯，太原化肥厂化学试剂厂。

1.2 实验装置

如图1所示，依次为盛有CO的钢瓶（提供实验所用的气体）；缓冲瓶（防倒吸）；盛放溶液的试管。实验时可通过观察试管中导管口气泡来调节CO的进气速度。

1.3 实验过程及结果

如图1所示，在一个20 mL的试管中加入5 mL 0.01 mol·L-1的KMnO4溶液，调节CO的进气速度约1个气泡/秒，室温下，通气10min后，肉眼未观察到KMnO4溶液颜色有任何变化；放置5h，甚至更长的时间，溶液颜色也无变化。随后在KMnO4溶液中滴入5滴2 mol·L-1的H2SO4将溶液酸化，同样未见溶液颜色有变化。

实验结果说明，在室温常压下，CO与KMnO4溶液不发生明显反应，即使酸性介质中该反应也没有明显进行。

2 理论解析

CO中含有稳定的碳氧三键，电子式为：C……O：，其形成过程为：碳的最外层有四个电子，氧的最外层有6个电子，成键时碳的两个单电子进入到氧的p轨道和氧的两个单电子配对成键，形成两个共价键，然后氧的孤电子对进入到碳的空的p轨道中形成一个配键，这样氧和碳之间就形成了三个键[4]。三键使得CO的键能极大，一般条件下活化较困难，表现出动力学惰性。

通常情况下，我们认为CO具有强的还原性，但忽略了它的反应条件。实际上，CO在高温干态条件下才表现出很强的还原性。比如高温下它能还原氧化铁、氧化铜等金属氧化物用于金属的冶炼。众所周知，KMnO4溶液具有强的氧化性，其酸性溶液的氧化性更强。而本文提到的两道题中，都是CO在KMnO4溶液中的反应，本身CO在水中的溶解度就很小，一通入溶液中很快就逸出，这就使得它很难与KMnO4溶液接触继而发生反应，即使反应也不会充分。要发生反应，必须加压使得CO在溶液中的浓度增大。但加压增加了实验的难度，更主要是加压对CO溶解度的增加效果很有限。

虽然从热力学角度看，CO被氧化为CO2的Φθ=-0.106V，MnO4-酸性条件下还原为Mn2+的Φθ=1.51V，两者的标准电极电势差为1.616V，远大于0，即使考虑反应的实际酸性条件，电势差也不可能为负值，所以从热力学角度分析，反应可以自发进行。但一个反应能否发生还需要考虑它的动力学条件。我们通过实验证明了室温常压下CO不能使KMnO4溶液（或酸性KMnO4溶液）褪色，即不发生反应。但当动力学条件发生改变时，该反应是可以进行的。如加入催化剂（PdCl2）时，室温下反应即可发生，相应地，反应的机理也会变化。首先发生如下反应：CO+PdCl2+H2O=CO2+Pd+2HCl，而后，Pd再在HCl存在下与KMnO4溶液反应。显然，实际上使KMnO4溶液褪色的是Pd而不是CO。

综上所述，2009年重庆卷理综27题的设计存在一些问题，通过酸性KMnO4溶液来检测HOOC-COOH的分解产物中有CO是不科学的，该设计经不起实验的检验。

参考文献：

[1] 2009年普通高等学校招生全国统一考试（重庆卷）理科综合27题及参考答案.

[2] 2013年普通高等学校招生全国统一考试（江苏卷）理科综合11题及参考答案.

[3]刘怀乐.对2009年全国统一高考理综（重庆卷）27题的教学分析[J].化学教学，2009，（12）：71～73.

[4]北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学.无机化学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2003：564.

摘要：针对CO能否使KMnO4溶液褪色存在争议进行了实验探究，得出了室温常压下CO不能使KMnO4溶液或其酸性溶液褪色的结论，并作了一定的理论解析。

关键词：CO与KMnO4溶液；实验探究；化学教学研讨

文章编号：1005–6629（2014）4–0053–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

2009年全国统一高考理综（重庆卷）27题[1]和2013年全国统一高考理综（江苏卷）16题[2]均属于实验设计题，其中都涉及到CO能否使KMnO4溶液褪色这一知识点，但两者的观点出现了分歧，前者认为能使溶液褪色或颜色变浅，后者则利用了CO不能与KMnO4溶液发生反应的性质，使用KMnO4溶液除去CO气体中混有的杂质。这两种完全不同的观点给很多教师及学生造成了困扰。由于CO毒性较大，又为气体，使用不方便，所以实验室一般不进行有关CO性质的实验，这也是这一困惑一直未解决的原因之一。粤教版九年级化学课本第十章第三节（301页）实验，证明吸烟时会产生CO，其方法是：将烟气通过盛稀高锰酸钾溶液的试管。教材解释是：高锰酸钾溶液褪色，表明烟气里含有一氧化碳。就目前情况看，这一实验能否产生预期的效果还有待我们验证。发表在《化学教学》2009年12期的“对2009年全国统一高考理综（重庆卷）27题的教学分析”[3]一文也就此症结做出了一定的分析，本文在此基础上从实验与理论两方面对该问题进行了探究与分析。

1 实验部分

为了澄清此问题，我们设计了如下实验。

1.1 实验试剂

CO，99.99%，青岛爱若气体化工有限责任公司；KMnO4，分析纯，洛阳市化学试剂厂；浓硫酸，分析纯，太原化肥厂化学试剂厂。

1.2 实验装置

如图1所示，依次为盛有CO的钢瓶（提供实验所用的气体）；缓冲瓶（防倒吸）；盛放溶液的试管。实验时可通过观察试管中导管口气泡来调节CO的进气速度。

1.3 实验过程及结果

如图1所示，在一个20 mL的试管中加入5 mL 0.01 mol·L-1的KMnO4溶液，调节CO的进气速度约1个气泡/秒，室温下，通气10min后，肉眼未观察到KMnO4溶液颜色有任何变化；放置5h，甚至更长的时间，溶液颜色也无变化。随后在KMnO4溶液中滴入5滴2 mol·L-1的H2SO4将溶液酸化，同样未见溶液颜色有变化。

实验结果说明，在室温常压下，CO与KMnO4溶液不发生明显反应，即使酸性介质中该反应也没有明显进行。

2 理论解析

CO中含有稳定的碳氧三键，电子式为：C……O：，其形成过程为：碳的最外层有四个电子，氧的最外层有6个电子，成键时碳的两个单电子进入到氧的p轨道和氧的两个单电子配对成键，形成两个共价键，然后氧的孤电子对进入到碳的空的p轨道中形成一个配键，这样氧和碳之间就形成了三个键[4]。三键使得CO的键能极大，一般条件下活化较困难，表现出动力学惰性。

通常情况下，我们认为CO具有强的还原性，但忽略了它的反应条件。实际上，CO在高温干态条件下才表现出很强的还原性。比如高温下它能还原氧化铁、氧化铜等金属氧化物用于金属的冶炼。众所周知，KMnO4溶液具有强的氧化性，其酸性溶液的氧化性更强。而本文提到的两道题中，都是CO在KMnO4溶液中的反应，本身CO在水中的溶解度就很小，一通入溶液中很快就逸出，这就使得它很难与KMnO4溶液接触继而发生反应，即使反应也不会充分。要发生反应，必须加压使得CO在溶液中的浓度增大。但加压增加了实验的难度，更主要是加压对CO溶解度的增加效果很有限。

虽然从热力学角度看，CO被氧化为CO2的Φθ=-0.106V，MnO4-酸性条件下还原为Mn2+的Φθ=1.51V，两者的标准电极电势差为1.616V，远大于0，即使考虑反应的实际酸性条件，电势差也不可能为负值，所以从热力学角度分析，反应可以自发进行。但一个反应能否发生还需要考虑它的动力学条件。我们通过实验证明了室温常压下CO不能使KMnO4溶液（或酸性KMnO4溶液）褪色，即不发生反应。但当动力学条件发生改变时，该反应是可以进行的。如加入催化剂（PdCl2）时，室温下反应即可发生，相应地，反应的机理也会变化。首先发生如下反应：CO+PdCl2+H2O=CO2+Pd+2HCl，而后，Pd再在HCl存在下与KMnO4溶液反应。显然，实际上使KMnO4溶液褪色的是Pd而不是CO。

综上所述，2009年重庆卷理综27题的设计存在一些问题，通过酸性KMnO4溶液来检测HOOC-COOH的分解产物中有CO是不科学的，该设计经不起实验的检验。

参考文献：

[1] 2009年普通高等学校招生全国统一考试（重庆卷）理科综合27题及参考答案.

[2] 2013年普通高等学校招生全国统一考试（江苏卷）理科综合11题及参考答案.

[3]刘怀乐.对2009年全国统一高考理综（重庆卷）27题的教学分析[J].化学教学，2009，（12）：71～73.

[4]北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学.无机化学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2003：564.

摘要：针对CO能否使KMnO4溶液褪色存在争议进行了实验探究，得出了室温常压下CO不能使KMnO4溶液或其酸性溶液褪色的结论，并作了一定的理论解析。

关键词：CO与KMnO4溶液；实验探究；化学教学研讨

文章编号：1005–6629（2014）4–0053–02 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

2009年全国统一高考理综（重庆卷）27题[1]和2013年全国统一高考理综（江苏卷）16题[2]均属于实验设计题，其中都涉及到CO能否使KMnO4溶液褪色这一知识点，但两者的观点出现了分歧，前者认为能使溶液褪色或颜色变浅，后者则利用了CO不能与KMnO4溶液发生反应的性质，使用KMnO4溶液除去CO气体中混有的杂质。这两种完全不同的观点给很多教师及学生造成了困扰。由于CO毒性较大，又为气体，使用不方便，所以实验室一般不进行有关CO性质的实验，这也是这一困惑一直未解决的原因之一。粤教版九年级化学课本第十章第三节（301页）实验，证明吸烟时会产生CO，其方法是：将烟气通过盛稀高锰酸钾溶液的试管。教材解释是：高锰酸钾溶液褪色，表明烟气里含有一氧化碳。就目前情况看，这一实验能否产生预期的效果还有待我们验证。发表在《化学教学》2009年12期的“对2009年全国统一高考理综（重庆卷）27题的教学分析”[3]一文也就此症结做出了一定的分析，本文在此基础上从实验与理论两方面对该问题进行了探究与分析。

1 实验部分

为了澄清此问题，我们设计了如下实验。

1.1 实验试剂

CO，99.99%，青岛爱若气体化工有限责任公司；KMnO4，分析纯，洛阳市化学试剂厂；浓硫酸，分析纯，太原化肥厂化学试剂厂。

1.2 实验装置

如图1所示，依次为盛有CO的钢瓶（提供实验所用的气体）；缓冲瓶（防倒吸）；盛放溶液的试管。实验时可通过观察试管中导管口气泡来调节CO的进气速度。

1.3 实验过程及结果

如图1所示，在一个20 mL的试管中加入5 mL 0.01 mol·L-1的KMnO4溶液，调节CO的进气速度约1个气泡/秒，室温下，通气10min后，肉眼未观察到KMnO4溶液颜色有任何变化；放置5h，甚至更长的时间，溶液颜色也无变化。随后在KMnO4溶液中滴入5滴2 mol·L-1的H2SO4将溶液酸化，同样未见溶液颜色有变化。

实验结果说明，在室温常压下，CO与KMnO4溶液不发生明显反应，即使酸性介质中该反应也没有明显进行。

2 理论解析

CO中含有稳定的碳氧三键，电子式为：C……O：，其形成过程为：碳的最外层有四个电子，氧的最外层有6个电子，成键时碳的两个单电子进入到氧的p轨道和氧的两个单电子配对成键，形成两个共价键，然后氧的孤电子对进入到碳的空的p轨道中形成一个配键，这样氧和碳之间就形成了三个键[4]。三键使得CO的键能极大，一般条件下活化较困难，表现出动力学惰性。

通常情况下，我们认为CO具有强的还原性，但忽略了它的反应条件。实际上，CO在高温干态条件下才表现出很强的还原性。比如高温下它能还原氧化铁、氧化铜等金属氧化物用于金属的冶炼。众所周知，KMnO4溶液具有强的氧化性，其酸性溶液的氧化性更强。而本文提到的两道题中，都是CO在KMnO4溶液中的反应，本身CO在水中的溶解度就很小，一通入溶液中很快就逸出，这就使得它很难与KMnO4溶液接触继而发生反应，即使反应也不会充分。要发生反应，必须加压使得CO在溶液中的浓度增大。但加压增加了实验的难度，更主要是加压对CO溶解度的增加效果很有限。

虽然从热力学角度看，CO被氧化为CO2的Φθ=-0.106V，MnO4-酸性条件下还原为Mn2+的Φθ=1.51V，两者的标准电极电势差为1.616V，远大于0，即使考虑反应的实际酸性条件，电势差也不可能为负值，所以从热力学角度分析，反应可以自发进行。但一个反应能否发生还需要考虑它的动力学条件。我们通过实验证明了室温常压下CO不能使KMnO4溶液（或酸性KMnO4溶液）褪色，即不发生反应。但当动力学条件发生改变时，该反应是可以进行的。如加入催化剂（PdCl2）时，室温下反应即可发生，相应地，反应的机理也会变化。首先发生如下反应：CO+PdCl2+H2O=CO2+Pd+2HCl，而后，Pd再在HCl存在下与KMnO4溶液反应。显然，实际上使KMnO4溶液褪色的是Pd而不是CO。

综上所述，2009年重庆卷理综27题的设计存在一些问题，通过酸性KMnO4溶液来检测HOOC-COOH的分解产物中有CO是不科学的，该设计经不起实验的检验。

参考文献：

[1] 2009年普通高等学校招生全国统一考试（重庆卷）理科综合27题及参考答案.

[2] 2013年普通高等学校招生全国统一考试（江苏卷）理科综合11题及参考答案.

[3]刘怀乐.对2009年全国统一高考理综（重庆卷）27题的教学分析[J].化学教学，2009，（12）：71～73.

[4]北京师范大学，华中师范大学，南京师范大学.无机化学（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2003：564.