Vetyperoksidi (peroksidi) on väritöntä siirappimaista nestettä, jonka tiheys kovettuu -. Tämä on erittäin herkkä aine, joka voi hajota räjähdyksessä vedeksi ja hapeksi, ja vapautuu suuri määrä lämpöä:

Vetyperoksidin vesiliuokset ovat vakaampia; viileässä paikassa ne säilyvät melko pitkään. Perhydrol - liuos, joka tulee myyntiin - sisältää. Se, samoin kuin erittäin väkevät vetyperoksidiliuokset, sisältää stabiloivia lisäaineita.

Katalyytit kiihdyttävät vetyperoksidin hajoamista. Jos esimerkiksi vähän mangaanidioksidia heitetään vetyperoksidiliuokseen, tapahtuu raju reaktio ja happea vapautuu. Vetyperoksidin hajoamista edistäviä katalyyttejä ovat kupari, rauta, mangaani sekä näiden metallien ionit. Jo jäämät näistä metalleista voivat aiheuttaa hajoamista.

Vetyperoksidia muodostuu välituotteena vedyn palamisen aikana, mutta vetyliekin korkeasta lämpötilasta johtuen se hajoaa välittömästi vedeksi ja hapeksi.

Riisi. 108. Kaavio molekyylin rakenteesta. Kulma on lähellä , kulma on lähellä . Linkkien pituudet: .

Kuitenkin, jos vetyliekki suunnataan jääpalaan, tuloksena olevasta vedestä voi löytyä vetyperoksidin jälkiä.

Vetyperoksidia saadaan myös atomivedyn vaikutuksesta happeen.

Teollisuudessa vetyperoksidia saadaan pääasiassa sähkökemiallisin menetelmin, esimerkiksi rikkihapon tai ammoniumhydrosulfaatin liuosten anodisella hapetuksella, jota seuraa syntyneen peroksirikkihapon hydrolyysi (ks. § 132). Tässä tapauksessa tapahtuvat prosessit voidaan esittää kaaviolla:

Vetyperoksidissa vetyatomit ovat sitoutuneet kovalenttisesti happiatomeihin, joiden välillä tapahtuu myös yksinkertainen sidos. Vetyperoksidin rakenne voidaan ilmaista seuraavalla rakennekaavalla: H-O-O-H.

Molekyyleillä on merkittävä polariteetti, mikä johtuu niiden tilarakenteesta (kuva 106).

Vetyperoksidimolekyylissä vety- ja happiatomien väliset sidokset ovat polaarisia (johtuen yhteisten elektronien siirtymisestä happea kohti). Siksi vesiliuoksessa, polaaristen vesimolekyylien vaikutuksesta, vetyperoksidi voi hajottaa vetyioneja, eli sillä on happamia ominaisuuksia. Vetyperoksidi on vesiliuoksessa erittäin heikko kaksiemäksinen happo, joka hajoaa, vaikkakin vähäisessä määrin, ioneiksi:

Dissosiaatio toisessa vaiheessa

käytännössä ei virtaa. Sitä tukahduttaa veden läsnäolo - aine, joka hajoaa muodostaen vetyioneja suuremmassa määrin kuin vetyperoksidi. Kuitenkin, kun vetyionit ovat sitoutuneet (esimerkiksi kun alkalia lisätään liuokseen), tapahtuu dissosiaatio toisessa vaiheessa.

Vetyperoksidi reagoi suoraan joidenkin emästen kanssa muodostaen suoloja.

Joten vetyperoksidin vaikutuksesta bariumhydroksidin vesiliuokseen saostuu vetyperoksidin bariumsuolan sakka:

Vetyperoksidin suoloja kutsutaan peroksideiksi tai peroksideiksi. Ne koostuvat positiivisesti varautuneista metalli-ioneista ja negatiivisesti varautuneista ioneista, joiden elektroninen rakenne voidaan esittää kaaviolla:

Hapen hapetusaste vetyperoksidissa on -1, eli sillä on väliarvo vedessä ja molekyylihapessa olevan hapen hapetusasteen välillä (0). Siksi vetyperoksidilla on sekä hapettimen että pelkistimen ominaisuuksia, eli sillä on redox-kaksoisisuus. Siitä huolimatta hapettavat ominaisuudet ovat sille tyypillisempiä, koska sähkökemiallisen järjestelmän standardipotentiaali

jossa se toimii hapettimena, on 1,776 V, kun taas sähkökemiallisen järjestelmän standardipotentiaali

jossa vetyperoksidi on pelkistysaine, on 0,682 V. Toisin sanoen vetyperoksidi voi hapettaa aineita, jotka eivät ylitä 1,776 V, ja palauttaa vain ne, jotka ovat yli 0,682 V. Taulukon mukaan. 18 (sivulla 277) näet, että ensimmäinen ryhmä sisältää paljon enemmän aineita.

Esimerkkejä reaktioista, joissa se toimii hapettavana aineena, ovat kaliumnitriitin hapetus

ja jodin eristäminen kaliumjodidista:

Sitä käytetään kankaiden ja turkisten valkaisuun, lääketieteessä (3 % liuos - desinfiointiaine), elintarviketeollisuudessa (elintarvikkeiden säilöntään), maataloudessa siementen peittamiseen sekä useiden orgaanisten yhdisteiden valmistukseen, polymeerit, huokoiset materiaalit. Voimakkaana hapettimena vetyperoksidia käytetään rakettiteknologiassa.

Vetyperoksidia käytetään myös uusimaan vanhoja öljymaalauksia, jotka ovat ajan mittaan tummentuneet, koska valkoinen lyijy on muuttunut mustaksi lyijysulfidiksi ilmassa olevien rikkivetyjäämien vaikutuksesta. Kun tällaiset maalaukset pestään vetyperoksidilla, lyijysulfidi hapetetaan valkoiseksi lyijysulfaatiksi:

O.S.ZAYTSEV

KEMIAN OPETUSKIRJA

YKSIKOULON OPETTAJILLE,
PEDAGOGISTEN YLIOPISTOJEN OPISKELIJAT JA 9-10 LUOKKAAT,
PÄÄTTIIN OTTUTTUA KEMIALLE JA LUOTETIETEELLE

OPPITEHTÄVÄ LABORATORIOHARJOITUKSET TIETEELLISET TARNIT LUKEMINEN

Jatkoa. Katso nro 4-14, 16-28, 30-34, 37-44, 47, 48/2002;
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23,
24, 25-26, 27-28, 29, 30, 31, 32, 35, 36, 37, 39, 41, 42, 43, 44, 46, 47/2003;
1, 2, 3, 4, 5, 7, 11, 13, 14, 16, 17, 20, 22/2004

§ 8.1 Redox-reaktiot

(jatkoa)

TEHTÄVÄT JA KYSYMYKSET

1. Käytä elektroni-ionimenetelmää stoikiometristen kertoimien valitsemiseksi, muodosta redox-reaktioiden yhtälöt, jotka etenevät seuraavien kaavioiden mukaisesti (vesikaavaa ei ole ilmoitettu):

Huomaa, että yhdisteiden joukossa on orgaanisia aineita! Yritä löytää kertoimia käyttämällä hapetustiloja tai valensseja.
2. Valitse mitkä tahansa kaksi elektrodireaktioiden yhtälöä:

Laadi yksi yhteenvetoyhtälö kahdesta kirjoitetusta elektrodiprosessien yhtälöstä. Nimeä hapetin ja pelkistysaine. Laske reaktion emf, sen G ja tasapainovakio. Tee johtopäätös tämän reaktion tasapainon muutoksen suunnasta.

Jos unohdit mitä tehdä, muista mitä yllä sanottiin. Kirjoitat mitkä tahansa kaksi yhtälöä tästä luettelosta. Katso niiden elektrodipotentiaalien arvoja ja kirjoita yksi yhtälöistä vastakkaiseen suuntaan. Mitä, miksi ja miksi? Muista, että annettujen ja vastaanotettujen elektronien lukumäärän on oltava yhtä suuri, kerro kertoimet tietyllä luvulla (mikä?) ja summaa molemmat yhtälöt. Elektrodipotentiaalit myös lasketaan yhteen, mutta niitä ei kerrota prosessiin osallistuvien elektronien lukumäärällä. Positiivinen EMF-arvo ilmaisee reaktion mahdollisuuden. Laskemiseen G ja tasapainovakiot, korvaa laskemasi EMF-arvo aiemmin johdetuilla kaavoilla.

3. Onko kaliumpermanganaatin vesiliuos stabiili? Toisella tavalla kysymys voidaan muotoilla seuraavasti: reagoiko permanganaatti-ioni veden kanssa muodostaen happea, jos

4. Hapettumista ilman hapen vaikutuksesta vesiliuoksessa kuvataan yhtälöllä:

O 2 + 4H + + 4 e\u003d 2H 2O, E= 0,82 V.

Selvitä, voidaanko minkä tahansa tehtävän 2 yhtälön oikealle puolelle kirjoitetut aineet hapettaa ilman hapella. Pelkistävät aineet on kirjoitettu näiden yhtälöiden oikealle puolelle. Opettaja antaa yhtälön numeron.

Tämän tehtävän suorittaminen voi olla vaikeaa. Tämä on hahmosi päävirhe - sinusta näyttää siltä, ​​​​että tehtävä on mahdoton, ja luovut heti yrittämisestä ratkaista se, vaikka sinulla on kaikki tarvittavat tiedot. Tässä tapauksessa sinun tulee kirjoittaa hapen ja vetyionien välinen reaktioyhtälö ja sinua kiinnostava yhtälö. Katso, millä reaktioilla on suurempi kyky luovuttaa elektroneja (sen potentiaalin tulisi olla negatiivisempi tai vähemmän positiivinen), kirjoita sen yhtälö vastakkaiseen suuntaan muuttamalla elektrodipotentiaalin etumerkkiä päinvastaiseksi ja summaa se toisella yhtälöllä. Positiivinen EMF-arvo osoittaa, että reaktio on mahdollinen.

5. Kirjoita permanganaatti-ionin ja vetyperoksidin H 2 O 2 välisen reaktion yhtälö. Reaktiossa muodostuu Mn 2+:ta ja O 2:ta. Mitä kertoimia sait?
Ja sain seuraavan yhtälön:

7H202+2+6H+ = 2Mn2+ + 6O2 + 10H20.

Etsi virhe, jos tein sellaisen, tai selitä, miksi kertoimesi ovat erilaiset. Tämä tehtävä on suunniteltu testaamaan kekseliäisyyttäsi ja muiden kemian osien materiaalien tuntemusta.

Permanganaatti-ionin reaktio vetyperoksidin kanssa happamassa liuoksessa (rikkihappo) voidaan esittää useilla yhtälöillä eri kertoimilla, esimerkiksi:

5H 2O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 5O 2 + 8H 2O,

7H 2O 2 + 2 + 6H + = 2Mn2+ + 6O2 + 10H20,

9H202+2+6H+ = 2Mn2+ + 7O2 + 12H20.

Ilmoita syy tähän ja kirjoita vielä ainakin yksi yhtälö permanganaatti-ionin reaktiolle vetyperoksidin kanssa.

Jos onnistuit selittämään syyn tällaiseen outoon ilmiöön, selitä syy mahdollisuuteen kirjoittaa seuraavat yhtälöt:

3H 2O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 4O 2 + 6H 2O,

H202 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 3O2 + 4H20.

Voivatko reaktiot edetä näiden kahden yhtälön mukaisesti?

Vastaus. Permanganaatti-ionien reaktio vetyperoksidin kanssa on päällekkäinen vetyperoksidin rinnakkaisella hajoamisreaktiolla:

2H 2O 2 \u003d O 2 + 2H 2O.

Voit summata perusreaktioyhtälön äärettömällä määrällä tätä yhtälöä ja saada paljon yhtälöitä erilaisilla stoikiometrisillä kertoimilla.

6. Tämä tehtävä voi toimia esseen tai raportin aiheena.

Keskustele mahdollisuudesta päästä läpi Fe 3+ -ionien pelkistysreaktio vetyperoksidin kanssa vesiliuoksessa:

2Fe 3+ + H 2O 2 \u003d 2Fe 2+ + O 2 + 2H+.

Laske reaktion emf, sen G ja tasapainovakio standardielektrodipotentiaalien avulla:

Tutkimus reaktionopeuden riippuvuudesta komponenttien pitoisuudesta osoitti, että Fe 3+:n tai H 2 O 2:n pitoisuuden kasvaessa yksittäin reaktionopeus kaksinkertaistuu. Mikä on reaktion kineettinen yhtälö? Määritä, kuinka reaktionopeus muuttuu, kun Fe 3+ - tai H 2 O 2 -pitoisuus kasvaa kolme kertaa. Ennusta, kuinka reaktionopeus muuttuu, kun liuos laimennetaan kaksi tai kymmenen kertaa vedellä.
Seuraavaa reaktiomekanismia on ehdotettu:

H 2 O 2 \u003d H + H + (nopea),

Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (hidas),

Fe 3+ + HO 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (nopea).

Osoita, että tämä mekanismi ei ole ristiriidassa yllä olevan nopeuden riippuvuuden kanssa reaktanttien pitoisuuksista. Mikä on rajoitusvaihe? Mikä on sen molekulaarisuus ja mikä on sen järjestys? Mikä on reaktion yleinen järjestys? Kiinnitä huomiota monimutkaisten ionien ja molekyylien, kuten H ja HO 2, olemassaoloon ja siihen, että jokaisessa reaktiossa muodostuu kaksi tai jopa kolme hiukkasta. (Miksi yhden hiukkasen muodostumisessa ei ole vaiheita?)

7. Käännä venäjäksi.

Tärkeä reaktiotyyppi on elektroninsiirtoreaktio, joka tunnetaan myös nimellä hapetus-pelkistys tai redox-reaktio. Tällaisessa reaktiossa yksi tai useampi elektroni näyttää siirtyvän atomista toiseen. Hapetus on sana, joka tarkoitettiin alun perin yhdistelmää happikaasun kanssa, mutta niin monien muiden reaktioiden havaittiin muistuttavan reaktioita hapen kanssa, että termi laajennettiin lopulta viittaamaan mihin tahansa reaktioon, jossa aine tai laji menettää elektroneja. Pelkistys on vahvistuselektroneja. Termi näyttää olevan peräisin metallurgisesta terminologiasta: malmin pelkistäminen sen metalliksi. Pelkistys on juuri hapettumisen vastakohta. Hapettumista ei voi tapahtua ilman, että siihen liittyy pelkistys; eli elektroneja ei voi menettää, ellei jokin muu saa niitä.

LABORATORIOTUTKIMUS

Sinulle tarjotut tehtävät ovat, kuten ennenkin, lyhyitä tutkimuspapereita. Kokeisiin valittiin reaktiot, jotka ovat tärkeitä paitsi kemiassa myös ekologiassa. Kaikkia kokeita ei tarvitse suorittaa - valitse ne, jotka kiinnostavat sinua. On toivottavaa työskennellä pienryhmissä (2-3 henkilöä kussakin). Tämä lyhentää kokeen aikaa, välttää virheet ja mikä tärkeintä, antaa sinun osallistua tieteelliseen viestintään, joka kehittää tieteellistä puhetta.

1. Vetyperoksidin redox-ominaisuudet.

Vetyperoksidi H 2 O 2 on tärkein hapetin, jota käytetään jokapäiväisessä elämässä, tekniikassa, veden puhdistuksessa orgaanisista epäpuhtauksista. Vetyperoksidi on ympäristöystävällinen hapetin, koska sen hajoamistuotteet - happi ja vesi - eivät saastuta ympäristöä. Vetyperoksidin ja orgaanisten peroksidiyhdisteiden rooli biologisessa hapetus-pelkistysprosesseissa tunnetaan.
Vetyperoksidin 3–6-prosenttiset liuokset kotitalous- ja opetustarkoituksiin valmistetaan yleensä 30-prosenttisesta liuoksesta vedellä laimentamalla. Vetyperoksidi hajoaa varastoinnin aikana vapauttaen happea (älä säilytä tiiviisti suljetuissa astioissa!). Mitä pienempi vetyperoksidin pitoisuus on, sitä vakaampi se on. Hajoamisen hidastamiseksi käytetään fosforin, salisyylihappojen ja muiden aineiden lisäaineita. Raudan, kuparin, mangaanin ja katalaasientsyymin suolat vaikuttavat erityisen voimakkaasti vetyperoksidiin.
Lääketieteessä 3-prosenttista vetyperoksidiliuosta käytetään suun huuhteluun ja kurkkuluun stomatiitin ja kurkkukipujen yhteydessä.
30 % vetyperoksidiliuosta kutsutaan perhydroli. Perhydroli ei ole räjähtävä. Iholle joutuessaan perhydroli aiheuttaa palovammoja, polttamista, kutinaa ja rakkuloita, kun taas iho muuttuu valkoiseksi. Palanut alue tulee huuhdella nopeasti vedellä. Lääketieteessä perhydrolia käytetään märkivien haavojen hoitoon ja ientulehdusten hoitoon. Kosmetologiassa sitä käytetään poistamaan ikäpisteitä kasvojen iholta. Vaatteiden vetyperoksiditahroja ei voida poistaa. Vetyperoksidia käytetään tekstiiliteollisuudessa villan ja silkin sekä turkisten valkaisuun.
Konsentroitujen (90–98 %) vetyperoksidiliuosten tuotanto kasvaa jatkuvasti. Säilytä tällaisia ​​liuoksia alumiiniastioissa lisäämällä natriumpyrofosfaattia Na 4 P 2 O 7 . Konsentroidut liuokset voivat hajota räjähdysmäisesti. Konsentroitu vetyperoksidiliuos oksidikatalyytillä 700 °C:ssa hajoaa vesihöyryksi ja hapeksi, joka toimii polttoaineen hapettimena suihkumoottoreissa.

Vetyperoksidilla voi olla sekä hapettavia että pelkistäviä ominaisuuksia.
Vetyperoksidin hapettavan aineen rooli on tyypillisempi:

H 2O 2 + 2H + + 2 e\u003d 2H 2O,

esimerkiksi reaktiossa:

2KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 \u003d I 2 + K 2 SO 4 + 2 H 2 O.

Vetyperoksidi pelkistimenä:
1) happamassa ympäristössä:

H 2 O 2 - 2 e\u003d O2 + 2H+;

2) emäksisessä (emäksisessä) väliaineessa:

H 2 O 2 + 2OH - - 2 e\u003d O 2 + 2H 2 O.

Esimerkkejä reaktioista:
1) happamassa ympäristössä:

2KMnO4 + 5H202 + 3H2S04 = K2S04 + 2MnS04 + 502 + 8H20;

2) pääympäristössä:

2KMnO 4 + H 2 O 2 + 2 KOH \u003d 2K 2 MnO 4 + O 2 + 2 H 2 O

Vetyperoksidin hapettavat ominaisuudet ovat selvempiä happamassa ympäristössä, kun taas pelkistävät ominaisuudet ovat selvempiä emäksisessä ympäristössä.

1a. Vetyperoksidin hajoaminen.

Kaada 2–3 ml vetyperoksidiliuosta koeputkeen ja lämmitä liuos vesihauteessa. Kaasun vapauttamisen pitäisi alkaa. (Mitä?) Todista kokeellisesti, että tämä on juuri se kaasu, jonka odotit saavasi.
Pudota jyvä mangaanidioksidia toiseen koeputkeen vetyperoksidiliuoksella. Todista, että samaa kaasua vapautuu.
Kirjoita vetyperoksidin hajoamisen yhtälö ja erikseen yhtälöt vastaanottaville ja palauttaville elektroneille. Minkä tyyppinen redox-reaktio tämä on?
Laske reaktion EMF, jos:

Kummalla näistä kahdesta reaktiosta on suurempi kyky luovuttaa elektroneja ja se pitäisi kirjoittaa uudelleen vastakkaiseen suuntaan? Laske reaktion EMF:n arvosta G reaktiot ja tasapainovakio.

Vertaa tuloksia kanssa G Ja termodynaamisista tiedoista saatu tasapainovakio:

Sopisivatko laskelmasi? Jos tuloksissa on eroja, yritä löytää syyt.

1b. Vetyperoksidin havaitseminen.

Laimennettuun ja rikkihapolla happamaksi tehtyyn kaliumjodidiliuokseen (2-3 ml) lisätään muutama tippa vetyperoksidiliuosta. Liuos muuttuu kellanruskeaksi. Kun siihen lisätään muutama tippa tärkkelysliuosta, seoksen väri muuttuu välittömästi siniseksi. Kirjoita reaktioyhtälö (muodostivat aineita, tiedät!).
Laske reaktion EMF varmistaaksesi, että reaktio on mahdollinen (valitse tarvitsemasi reaktio):

1c. Musta lyijysulfidi ja vetyperoksidi.

Vanhat mestarit maalasivat maalauksensa lyijyvalkoiseksi valmistetuilla maaleilla, jotka sisälsivät valkoista emäksistä karbonaattia 2PbCO 3 Pb(OH) 2 . Ajan myötä lyijynvalkoinen muuttuu mustaksi, ja niihin perustuvat maalit muuttavat väriään rikkivedyn vaikutuksesta ja muodostuu mustaa lyijysulfidia PbS. Jos maalaus pyyhitään huolellisesti laimealla vetyperoksidiliuoksella, lyijysulfidi muuttuu valkoiseksi lyijysulfaattiksi PbSO 4 ja maalaus palaa lähes kokonaan alkuperäiseen ulkonäköönsä.

Kaada 1–2 ml 0,1 M lyijynitraatti Pb (NO 3) 2 tai lyijyasetaatti Pb (CH 3 COO) 2 liuosta koeputkeen (myydään apteekissa lyijynesteenä). Lisää hieman rikkivetyä tai natriumsulfidiliuosta. Valuta liuos syntyneestä mustasta sakasta ja vaikuta siihen vetyperoksidiliuoksella. Kirjoita reaktioyhtälöt.
Kaikki lyijyyhdisteet ovat myrkyllisiä!

1 g Vetyperoksidiliuoksen valmistus hydroperiitistä.

Jos et pystynyt saamaan vetyperoksidiliuosta, voit käyttää laboratoriotöihin hydroperiittiä, jonka tabletteja voi ostaa apteekista.

Hydroperiitti on vetyperoksidin monimutkainen yhdiste karbamidin (urean) NH 2 CONH 2 H 2 O 2 kanssa. Veteen liuotettuna saadaan liuos, jossa on vetyperoksidia ja karbamidia NH 2 CONH 2. Hydroperiittiliuosta käytetään vetyperoksidiliuoksen sijaan antiseptisenä aineena ja hiusten värjäykseen. Suun ja kurkun huuhtelemiseksi liuotetaan 1 tabletti lasilliseen vettä (0,25 % vetyperoksidiliuos). Yksi hydroperiittitabletti painaa 1,5 g ja vastaa 15 ml
(1 ruokalusikallinen) 3 % vetyperoksidiliuosta.

Laske kuinka monta hydroperiittitablettia tulee liuottaa 100 ml:aan vettä, jotta saadaan noin 1 % vetyperoksidiliuosta. Kuinka paljon happea (N.O.) voidaan saada yhdestä hydroperiittitabletista?
Määritä empiirisesti, kuinka monta millilitraa happea voidaan saada yhdestä hydroperiittitabletista. Ehdota laitteen suunnittelua ja kokoa se. Tuo vapautuneen hapen määrä normaaleihin olosuhteisiin. Tarkempien laskentatulosten saamiseksi voit ottaa huomioon liuoksen päällä olevan veden höyrynpaineen, joka huoneenlämpötilassa (20 °C) on noin 2300 Pa.