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三氧化二錳

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三氧化二錳
IUPAC名
dimanganese trioxide
別名 氧化錳(III)
識別
CAS號 1317-34-6  checkY
PubChem 14824
SMILES
 
  • O=[Mn]O[Mn]=O
RTECS OP915000
性質
化學式 Mn2O3
摩爾質量 157.8743 g/mol g·mol⁻¹
外觀 棕色或黑色晶體
密度 4.5 g/cm3
熔點 888 °C（1,161 K）（α型）
940 °C（1,210 K）（β型）（分解）
溶解性（水） 0.00504 g/100 mL (α型)
0.01065 g/100 mL (β型)
結構
晶體結構 立方晶系, Ia3（308 K以上）
正交晶系, Pcab（308 K以下）[1]
熱力學
ΔfHm⦵298K −971 kJ·mol−1[2]
S⦵298K 110 J·mol−1·K−1[2]
危險性
NFPA 704
0
1
0
 
相關物質
其他陰離子 三氟化錳、三乙酸錳
其他陽離子 三氧化二鉻、三氧化二鐵
相關化學品 一氧化錳、四氧化三錳、
二氧化錳、七氧化二錳
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

三氧化二錳是一種無機化合物，化學式為Mn2O3，其中錳處於+3氧化態。[3]

製備

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在800℃以下將二氧化錳於空氣中灼燒可以得到α-Mn2O3（更高溫度得到Mn3O4）[4]，在600-800℃空氣中加熱Mn2+的硝酸鹽、草酸鹽或碳酸鹽也能得到α-Mn2O3[5]。γ-Mn2O3由氫氧化錳(II)的脫水氧化製得。[4] 很多製備納米晶體Mn2O3的方法已有報道，如通過氧化Mn2+鹽或還原MnO2製備。[6][7][8]

需要注意的是，Mn2O3和MnOOH並不是相同的，MnOOH在空氣中加熱，會在約300 °C時產生MnO2。[9]

結構及物理性質

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三氧化二錳和其它過渡金屬氧化物不同，並不採取剛玉（Al2O3）的結構[4]。已知它有常見的α型和γ型[10]，和在高壓下有着CaIrO3結構的晶型。[11]α-Mn2O3是黑色固體，為斜方晶系，晶格常數a=941.2 pm、b=941 pm、c=942.3 pm，奈耳溫度約為80K。[5]γ-Mn2O3則是立方密排結構，奈耳溫度為39K。[12]

化學性質

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三氧化二錳是一種氧化劑，可以將鹽酸氧化為氯氣：[13]

Mn2O3 + 6 HCl（稀） —Δ→ 2 MnCl2 + Cl2↑ + 3 H2O

和濃硫酸反應，則放出氧氣：[13]

2 Mn2O3 + H2SO4（濃） —Δ→ 4 MnSO4 + O2↑ + 4 H2O

三氧化二錳也能氧化有機物，如在硫酸的水溶液中將4-氟甲苯氧化為4-氟苯甲醛，[14]將4,4'-二甲基-2,2'-聯吡啶氧化為2,2'-聯吡啶-4,4'-二甲醛，[15]以及將4-甲基苯磺酸氧化為4-甲酰基苯磺酸。[16]

三氧化二錳和氧化鑭在高溫反應，可以得到正交晶系的LaMnO3，這種化合物與GdFeO3異構。[17]它也能直接和六氟乙酰丙酮在環己烷中回流下反應，生成三(六氟乙酰丙酮)合錳(III)。[18]

應用

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三氧化二錳在無機上可以用作一氧化氮選擇性還原的催化劑[19]，在有機合成中用作氧化劑[14][20]，它也能用作鈀鉑合金的載體[21]或電極材料[22]。

參考文獻

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  1. ^ Grant, R. W.; Geller, S.; Cape, J. A.; Espinosa, G. P. Magnetic and Crystallographic Transitions in theα−Mn2O3−Fe2O3 System. Physical Review. 1968, 175 (2): 686–695. ISSN 0031-899X. doi:10.1103/PhysRev.175.686. 
  2. ^ 2.0 2.1 Zumdahl, Steven S. Chemical Principles 6th Ed.. Houghton Mifflin Company. 2009: A22. ISBN 0-618-94690-X. 
  3. ^ Catherine E. Housecroft, Alan G. Sharpe. Inorganic Chemistry (Second Edition). Pearson Education Limited, 2005. pp 614-615. Manganese(III). ISBN 0130-39913-2
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Greenwood, N. N.; Earnshaw, A. Chemistry of the Elements 2nd. Oxford:Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-7506-3365-4. 
  5. ^ 5.0 5.1 謝高陽 等. 無機化學叢書 第九卷 錳分族 鐵系 鉑系. 科學出版社, 2012.3. pp 31
  6. ^ Shuijin Lei, Kaibin Tang, Zhen Fang, Qiangchun Liu, Huagui Zheng. Preparation of α-Mn2O3 and MnO from thermal decomposition of MnCO3 and control of morphology. Materials Letters. 2006, 60: 53. doi:10.1016/j.matlet.2005.07.0. 
  7. ^ Yuan, Zhong-Yong; Ren, Tie-Zhen; Du, Gaohui; Su, Bao-Lian. A facile preparation of single-crystalline α-Mn2O3 nanorods by ammonia-hydrothermal treatment of MnO2. Chemical Physics Letters. 2004, 389 (1-3): 83–86. ISSN 0009-2614. doi:10.1016/j.cplett.2004.03.064. 
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  10. ^ Wells A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry 5th edition Oxford Science Publications ISBN 0-19-855370-6
  11. ^ High Pressure Phase transition in Mn2O3 to the CaIrO3-type Phase Santillan, J.; Shim, S. American Geophysical Union, Fall Meeting 2005, abstract #MR23B-0050
  12. ^ Kim S. H, Choi B. J,Lee G.H., Oh S. J., Kim B., Choi H. C., Park J, Chang Y. Ferrimagnetism in γ-Manganese Sesquioxide (γ−Mn2O3) Nanoparticles. Journal of the Korean Physical Society. 2005, 46 (4): 941. 
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  14. ^ 14.0 14.1 張啟蒙, 薛敘明, 馬金花, 李玉輝, 馬偉剛. 三氧化二錳氧化法合成對氟苯甲醛的綠色工藝 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 精細化工中間體, 2010, 40(3):47-49.
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  21. ^ 徐鵬, 吳志星, 鄧積光, 劉雨溪, 謝少華, 郭廣生, 戴洪興. 有序介孔三氧化二錳負載PdPt合金：一種高效的甲烷催化燃燒催化劑 （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館）. 催化學報, 2017, 38(1):92-105.
  22. ^ 張杰, 許家勝. 一種三氧化二錳多孔微米片/泡沫鎳複合電極材料的製備方法[P], CN105355468 A. 2016.

拓展閱讀

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  1. Ovsyannikov, Sergey V.; Abakumov, Artem M.; Tsirlin, Alexander A.; Schnelle, Walter; Egoavil, Ricardo; Verbeeck, Jo; Van Tendeloo, Gustaaf; Glazyrin, Konstantin V.; Hanfland, Michael; Dubrovinsky, Leonid. Perovskite-like Mn2O3: A Path to New Manganites. Angewandte Chemie International Edition. 2013, 52 (5): 1494–1498. ISSN 1433-7851. doi:10.1002/anie.201208553. 
  2. Vanderah, T.A.; Lufaso, M.W.; Adler, A.U.; Levin, I.; Nino, J.C.; Provenzano, V.; Schenck, P.K. Subsolidus phase equilibria and properties in the system Bi2O3:Mn2O3±x:Nb2O5. Journal of Solid State Chemistry. 2006, 179 (11): 3467–3477. ISSN 0022-4596. doi:10.1016/j.jssc.2006.07.014. 
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