二氧化锰

化學二氧化錳(CMD )

第一種製備方法，是從天然二氧化錳開始，並將其用四氧化二氮(${\displaystyle {\ce {N2O4}}}$）和水轉化為硝酸錳(${\displaystyle {\ce {Mn(NO3)2}}}$）溶液。蒸發水，留下硝酸鹽結晶。在400℃的溫度下，鹽分解，釋放出四氧化二氮(${\displaystyle {\ce {N2O4}}}$)並留下純化的二氧化錳殘留物，這兩個步驟可以整合為：

${\displaystyle {\ce {MnO2 + N2O4 <=> Mn(NO3)2}}}$

第二種方法，二氧化錳被還原焙燒成溶解在硫酸中的一氧化錳（Manganese(II) oxide）：

${\displaystyle {\ce {2MnO2 + C -> 2MnO + CO2 ^}}}$

${\displaystyle {\ce {MnO + H2SO4 -> MnSO4 + H2O}}}$

用碳酸氢銨處理過濾的溶液以沉澱碳酸錳(MnCO₃)。

${\displaystyle {\ce {MnSO4 + 2NH4HCO3 -> MnCO3 + 2NH4HSO4}}}$

碳酸鹽在空氣中煅燒，得到一氧化錳和二氧化錳（Manganese(IV) oxide）的混合物。

${\displaystyle {\ce {2MnCO3 + O2 -> 2MnO2 + 2CO2 ^}}}$

為了完成該過程，將該物質在硫酸中的懸浮液用氯酸鈉處理。

${\displaystyle {\ce {MnCO3 + H2SO4 -> MnSO4 + H2O + CO2 ^}}}$

在反應過程中(in situ原位)形成的氯酸將任何Mn（III）和Mn（II）氧化物轉化為二氧化錳，釋放出的副產物是氯：

${\displaystyle {\ce {5MnSO4 + 2NaClO3 + 4H2O -> 5MnO2 + Na2SO4 + 4H2SO4 + Cl2 ^}}}$

最後一種，高錳酸鉀對硫酸錳晶體的作用產生二氧化錳，实验室中常用高锰酸鉀与硫酸錳溶液歸中制取：

${\displaystyle {\ce {2KMnO4 + 3MnSO4 + 2H2O -> 5MnO2 v + K2SO4 + 2H2SO4}}}$

電解二氧化錳（EMD）與氯化鋅和氯化銨一起用於鋅-碳電池。 EMD通常也用於鋅二氧化錳可充電鹼性（Zn RAM）電池。 對於這些應用而言，純度是非常重要的。 EMD以與電解銅（ETP製程）相似的方式生產：將二氧化錳溶解在硫酸（有時與硫酸錳混合）中，然後在兩個電極之間通電。在此過程中${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$先溶解，進入硫酸鹽溶液中，然後沉積在陽極上，而能得到純度較高的${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$。

二氧化錳是鐵錳齊及其相關合金的主要前體，廣泛應用於鋼鐵工業。這些轉換包括使用焦炭進行碳熱還原：

${\displaystyle {\ce {MnO2 + 2C -> Mn + 2CO}}}$

MnO₂在電池中的關鍵反應是單電子還原：

${\displaystyle {\ce {MnO2 + e- + H+ -> MnO(OH)}}}$

MnO₂催化幾種產生O2的反應。在傳統的實驗室演示中，加熱氯酸鉀和二氧化錳的混合物產生氧氣：

${\displaystyle {\ce {2KClO3 -> 3O2 ^ + 2KCl}}}$

二氧化錳還催化過氧化氫分解成氧氣和水：

${\displaystyle {\ce {2H2O2 -> 2H2O + O2}}}$

二氧化錳在約530℃以上分解成三氧化二錳和氧氣。在接近1000℃的溫度下，形成混價化合物Mn₃O₄。較高的溫度會產生MnO。

熱濃硫酸將${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$還原成硫酸錳：

${\displaystyle {\ce {2MnO2 + 2H2SO4 -> 2MnSO4 + O2 + 2H2O}}}$

氯化氫與MnO2的反應由卡爾·威廉·舍勒在1774年氯氣的最初分離中使用：

${\displaystyle {\ce {MnO2 + 4HCl -> MnCl2 + Cl2 + 2H2O}}}$

至於氯化氫的來源，舍勒是用濃硫酸和氯化鈉反應而得

E^o (MnO_2(s) + 4 H⁺ + 2 e⁻ ⇌ Mn²⁺ + 2 H₂O) = +1.23 VE^o (Cl_2(g) + 2 e⁻ ⇌ 2 Cl⁻) = +1.36 V

半反應的標準電極電位表示反應在pH = 0（[H⁺]=1 mol/L）時為吸熱，但它是因為較低的pH以及氣態氯的逸出（和去除）。

該反應也是在進行反應（即用高錳酸鉀進行氧化反應）之後從磨砂玻璃接頭除去二氧化錳沉澱物方便的方法。

二氧化锰与氢氧化钠或者氢氧化钾熔融，并加入氧化物如硝酸钾或高氯酸钾时，在很短的时间内就能反应生成锰酸钾（${\displaystyle {\ce {K2MnO4}}}$）。其离子方程式如下：

${\displaystyle \mathrm {2MnO} _{2}+\mathrm {4OH} ^{-}+\mathrm {O} _{2}\longrightarrow \mathrm {2MnO_{4}^{2-}} +\mathrm {2H} _{2}\mathrm {O} }$

錳酸鹽也可在酸性溶液中歧化为二氧化錳和高錳酸鹽，反应如下：

${\displaystyle \mathrm {3MnO_{4}^{2-}} +\mathrm {4H^{+}} \longrightarrow \mathrm {2MnO_{4}^{-}} +\mathrm {MnO} _{2}+\mathrm {2H} _{2}\mathrm {O} }$

在空氣中加熱KOH和${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$的混合物，得到綠色的錳酸鉀：

${\displaystyle {\ce {2MnO2 +4KOH +O2 ->2K2MnO4 + 2H2O}}}$

錳酸鉀是過錳酸鉀的前體，過錳酸鉀是一種常見的氧化劑。

二氧化錳的特殊用途是作為有機合成中的氧化劑。試劑的有效性取決於製備方法，這也是其他不均相試劑的一個常見的問題：試劑表面積是所有變數中一個重要的因素。天然軟錳礦面積不足使得試劑變差。被用於氧化物反應的二氧化錳的形態不一，因為二氧化錳有多個結晶形態，化學式方面可以寫成MnO₂-x(H₂O)n，其中x介於0至0.5之間，而n可以大於0。咖啡色的二氧化錳沉澱物很活潑。最有效的有機溶劑包括芳香性物質、氯化碳、醚、四氫呋喃和酯類等。

然而，通常試劑是藉由使用Mn（II）鹽（通常為硫酸鹽，例硫酸錳 ${\displaystyle {\ce {MnSO4}}}$和高錳酸鉀 ${\displaystyle {\ce {KMnO4}}}$）水溶液來反應生成。${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$將烯丙位的醇類_(註3,4,5)氧化成相應的醛或酮：

cis - RCH = CHCH₂OH + MnO₂→cis - RCH = CHCHO + MnO + H₂O.

即使是有雙鍵的結構，在反應中是穩定的，不會被二氧化錳所氧化，雙鍵的順反結構也不會改變。所以儘管得到的烯丙位幾何異構物(進行此氧化反應的反應物)不飽和醛相當活潑，相搭的炔屬醇仍是適當的反應物。芐基甚至是未活化的醇也是好的反應物。1,2-二元醇可被${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$分解成二醛或二酮。此外，${\displaystyle {\ce {MnO2}}}$的應用很多，適用於胺氧化，芳構化，氧化偶聯和硫醇氧化等多種反應。

以umber(天然顏料名)形式的二氧化錳是人類祖先使用的最早的天然物質之一。至少在舊石器時代中期，它就已經用作顏料。它可能首先用於人體繪畫，後來用於洞穴繪畫。歐洲最著名的早期洞穴畫是通過二氧化錳來製作的。

二氧化錳在實驗室中還有很多用途，舉例如下：

使用氯酸鉀（${\displaystyle {\ce {KClO3}}}$）製備氧氣時，二氧化錳可以用作催化劑。

二氧化錳亦可以催化過氧化氫（${\displaystyle {\ce {H2O2}}}$）的分解。其催化效果如下：

${\displaystyle {\ce {2H2O2 + 2MnO2 -> 2MnO3 + 2H2O}}}$

${\displaystyle {\ce {2MnO3 -> 2MnO2 + O2 ^}}}$

與濃鹽酸（HCl）混合加熱製備氯氣（Cl₂）：

${\displaystyle {\ce {MnO2 + 4HCl(conc.) -> MnCl2 + Cl2 ^ + 2H2O}}}$

二氧化錳在工業上的用途：

• 二氧化錳也被用作顏料、有色玻璃等。
• 可用作製造鋰二氧化錳電池或其他電池。用作乾電池的去極化劑。
• 可用作火柴的助燃劑。
• 合成磁性記錄材料鐵氧體(${\displaystyle {\ce {MnFe2O4}}}$₎的原料。