Hidrogen peroksida (peroksida) adalah cairan seperti sirup tidak berwarna dengan densitas yang mengeras pada -. Ini adalah zat yang sangat rapuh yang dapat terurai dengan ledakan menjadi air dan oksigen, dan sejumlah besar panas dilepaskan:

Larutan hidrogen peroksida dalam air lebih stabil; di tempat yang sejuk mereka dapat disimpan untuk waktu yang cukup lama. Perhydrol - solusi yang mulai dijual - mengandung. Ini, serta dalam larutan hidrogen peroksida yang sangat terkonsentrasi, mengandung aditif penstabil.

Dekomposisi hidrogen peroksida dipercepat oleh katalis. Jika, misalnya, sedikit mangan dioksida dilemparkan ke dalam larutan hidrogen peroksida, maka reaksi hebat terjadi dan oksigen dilepaskan. Katalis yang mempromosikan dekomposisi hidrogen peroksida termasuk tembaga, besi, mangan, serta ion logam ini. Sudah jejak logam ini dapat menyebabkan pembusukan.

Hidrogen peroksida terbentuk sebagai produk antara selama pembakaran hidrogen, tetapi karena suhu nyala hidrogen yang tinggi, ia segera terurai menjadi air dan oksigen.

Beras. 108. Skema struktur molekul. Sudut dekat , sudut dekat . Panjang tautan: .

Namun, jika nyala hidrogen diarahkan pada sepotong es, jejak hidrogen peroksida dapat ditemukan dalam air yang dihasilkan.

Hidrogen peroksida juga diperoleh dengan aksi atom hidrogen pada oksigen.

Dalam industri, hidrogen peroksida diperoleh terutama dengan metode elektrokimia, misalnya, oksidasi anodik larutan asam sulfat atau amonium hidrosulfat, diikuti dengan hidrolisis asam peroksisulfat yang dihasilkan (lihat 132). Proses yang terjadi dalam hal ini dapat digambarkan dengan diagram:

Dalam hidrogen peroksida, atom hidrogen terikat secara kovalen dengan atom oksigen, di mana ikatan sederhana juga terjadi. Struktur hidrogen peroksida dapat dinyatakan dengan rumus struktur berikut: H-O-O-H.

Molekul memiliki polaritas yang signifikan, yang merupakan konsekuensi dari struktur spasial mereka (Gbr. 106).

Dalam molekul hidrogen peroksida, ikatan antara atom hidrogen dan oksigen bersifat polar (karena perpindahan elektron umum menuju oksigen). Oleh karena itu, dalam larutan berair, di bawah pengaruh molekul air polar, hidrogen peroksida dapat memisahkan ion hidrogen, yaitu memiliki sifat asam. Hidrogen peroksida adalah asam dibasa yang sangat lemah dalam larutan berair; ia terurai, meskipun dalam jumlah kecil, menjadi ion:

Disosiasi pada tahap kedua

praktis tidak mengalir. Itu ditekan oleh adanya air - zat yang berdisosiasi untuk membentuk ion hidrogen lebih besar daripada hidrogen peroksida. Namun, ketika ion hidrogen terikat (misalnya, ketika alkali dimasukkan ke dalam larutan), disosiasi pada tahap kedua terjadi.

Hidrogen peroksida bereaksi langsung dengan beberapa basa membentuk garam.

Jadi, di bawah aksi hidrogen peroksida pada larutan berair barium hidroksida, endapan garam barium hidrogen peroksida mengendap:

Garam hidrogen peroksida disebut peroksida atau peroksida. Mereka terdiri dari ion logam bermuatan positif dan ion bermuatan negatif, struktur elektronik yang dapat diwakili oleh diagram:

Tingkat oksidasi oksigen dalam hidrogen peroksida adalah -1, yaitu memiliki nilai antara antara tingkat oksidasi oksigen dalam air dan oksigen molekuler (0). Oleh karena itu, hidrogen peroksida memiliki sifat sebagai zat pengoksidasi dan zat pereduksi, yaitu menunjukkan dualitas redoks. Namun demikian, sifat pengoksidasi lebih merupakan karakteristiknya, karena potensial standar dari sistem elektrokimia

di mana ia bertindak sebagai agen pengoksidasi, adalah 1,776 V, sedangkan potensial standar sistem elektrokimia

di mana hidrogen peroksida adalah zat pereduksi, adalah 0,682 V. Dengan kata lain, hidrogen peroksida dapat mengoksidasi zat yang tidak melebihi 1,776 V, dan mengembalikan hanya yang lebih dari 0,682 V. Menurut tabel. 18 (di halaman 277) Anda dapat melihat bahwa kelompok pertama mencakup lebih banyak zat.

Contoh reaksi di mana ia berfungsi sebagai zat pengoksidasi adalah oksidasi kalium nitrit

dan isolasi yodium dari kalium iodida:

Ini digunakan untuk memutihkan kain dan bulu, digunakan dalam pengobatan (larutan 3% - desinfektan), dalam industri makanan (untuk pengawetan makanan), dalam pertanian untuk pembalut benih, serta dalam produksi sejumlah senyawa organik, polimer, bahan berpori. Sebagai oksidator kuat, hidrogen peroksida digunakan dalam teknologi roket.

Hidrogen peroksida juga digunakan untuk memperbarui lukisan minyak lama yang telah menjadi gelap seiring waktu karena konversi timbal putih menjadi timbal sulfida hitam di bawah pengaruh jejak hidrogen sulfida di udara. Ketika lukisan tersebut dicuci dengan hidrogen peroksida, timbal sulfida dioksidasi menjadi timbal sulfat putih:

O.S.ZAYTSEV

BUKU PENDIDIKAN KIMIA

UNTUK GURU SEKOLAH MENENGAH,
MAHASISWA UNIVERSITAS PEDAGOGIS DAN ANAK SEKOLAH KELAS 9-10,
MEMUTUSKAN UNTUK MENGABDIKAN DIRI KEPADA KIMIA DAN ILMU ALAMI

BUKU PELAJARAN PRAKTEK LABORATORIUM CERITA ILMIAH UNTUK DIBACA

Kelanjutan. Lihat No. 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 Reaksi redoks

(kelanjutan)

TUGAS DAN PERTANYAAN

1. Dengan menggunakan metode elektron-ion untuk memilih koefisien stoikiometri, buat persamaan reaksi redoks yang berlangsung sesuai dengan skema berikut (rumus air tidak ditunjukkan):

Harap dicatat bahwa di antara senyawa ada zat organik! Cobalah untuk menemukan koefisien menggunakan keadaan oksidasi atau valensi.
2. Pilih dua persamaan reaksi elektroda:

Tulis satu persamaan ringkasan dari dua persamaan tertulis proses elektroda. Sebutkan oksidator dan reduktor ! Hitung ggl reaksi, G dan konstanta kesetimbangan. Buatlah kesimpulan tentang arah pergeseran kesetimbangan reaksi ini.

Jika Anda lupa apa yang harus dilakukan, ingat apa yang dikatakan di atas. Anda menulis dua persamaan dari daftar ini. Lihatlah nilai potensial elektrodanya dan tulis ulang salah satu persamaan dalam arah yang berlawanan. Apa, mengapa dan mengapa? Ingatlah bahwa jumlah elektron yang diberikan dan yang diterima harus sama, kalikan koefisiennya dengan angka tertentu (yang?) dan jumlahkan kedua persamaan. Potensial elektroda juga dijumlahkan, tetapi Anda tidak mengalikannya dengan jumlah elektron yang terlibat dalam proses. Nilai EMF positif menunjukkan kemungkinan terjadinya reaksi. Untuk perhitungan G dan konstanta kesetimbangan, substitusikan nilai EMF yang Anda hitung ke dalam rumus yang diturunkan sebelumnya.

3. Apakah larutan kalium permanganat dalam air stabil? Dengan cara lain, pertanyaannya dapat dirumuskan sebagai berikut: akankah ion permanganat bereaksi dengan air membentuk oksigen jika

4. Oksidasi oleh oksigen udara dalam larutan berair dijelaskan oleh persamaan:

O2 + 4H + + 4 e\u003d 2H 2 O, E= 0,82V.

Tentukan apakah mungkin untuk mengoksidasi zat yang tertulis di sisi kanan persamaan tugas 2 dengan oksigen udara. Agen pereduksi ditulis di sisi kanan persamaan ini. Guru akan memberikan nomor persamaan.

Anda mungkin merasa tugas ini sulit untuk diselesaikan. Ini adalah kelemahan utama karakter Anda - bagi Anda tampaknya tugas itu tidak mungkin, dan Anda segera menyerah untuk mencoba menyelesaikannya, meskipun Anda memiliki semua pengetahuan yang diperlukan. Dalam hal ini, Anda harus menulis persamaan reaksi antara ion oksigen dan hidrogen dan persamaan yang Anda minati. Lihat reaksi mana yang memiliki kemampuan lebih tinggi untuk menyumbangkan elektron (potensialnya harus lebih negatif atau kurang positif), tulis ulang persamaannya dalam arah yang berlawanan, ubah tanda potensial elektroda menjadi kebalikannya, dan jumlahkan dengan persamaan lain. Nilai EMF positif akan menunjukkan bahwa reaksi mungkin terjadi.

5. Tuliskan persamaan reaksi antara ion permanganat dan hidrogen peroksida H 2 O 2 . Pada reaksi tersebut terbentuk Mn2+ dan O2. Peluang apa yang Anda dapatkan?
Dan saya mendapatkan persamaan berikut:

7H 2 O 2 + 2 + 6 H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O.

Temukan kesalahan jika saya membuatnya, atau jelaskan mengapa koefisien Anda berbeda. Tugas ini dirancang untuk menguji kecerdikan dan pengetahuan Anda tentang materi bagian kimia lainnya.

Reaksi ion permanganat dengan hidrogen peroksida dalam larutan asam (asam sulfat) dapat diwakili oleh beberapa persamaan dengan koefisien yang berbeda, misalnya:

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

7H 2 O 2 + 2 + 6 H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O,

9H 2 O 2 + 2 + 6 H + = 2Mn 2+ + 7O 2 + 12H 2 O.

Tunjukkan alasannya dan tulis setidaknya satu persamaan lagi untuk reaksi ion permanganat dengan hidrogen peroksida.

Jika Anda berhasil menjelaskan alasan fenomena aneh seperti itu, jelaskan alasan kemungkinan penulisan persamaan berikut:

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

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

Dapatkah reaksi berlangsung menurut kedua persamaan ini?

Menjawab. Reaksi ion permanganat dengan hidrogen peroksida ditumpangkan oleh reaksi dekomposisi paralel hidrogen peroksida:

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

Anda dapat menjumlahkan persamaan reaksi dasar dengan jumlah tak terbatas dari persamaan ini dan mendapatkan banyak persamaan dengan koefisien stoikiometri yang berbeda.

6. Tugas ini dapat berfungsi sebagai topik esai atau laporan.

Diskusikan kemungkinan melewatkan reaksi reduksi ion Fe 3+ dengan hidrogen peroksida dalam larutan berair:

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

Hitung ggl reaksi, G dan konstanta kesetimbangan, menggunakan potensial elektroda standar:

Studi tentang ketergantungan laju reaksi pada konsentrasi komponen menunjukkan bahwa dengan peningkatan konsentrasi Fe 3+ atau H 2 O 2 secara individual, laju reaksi menjadi dua kali lipat. Apa persamaan kinetik untuk reaksi tersebut? Tentukan bagaimana laju reaksi akan berubah dengan peningkatan konsentrasi Fe 3+ atau H 2 O 2 tiga kali. Memprediksi bagaimana laju reaksi akan berubah ketika larutan diencerkan dua atau sepuluh kali dengan air.
Mekanisme reaksi berikut telah diusulkan:

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

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

Fe 3+ + H O 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (cepat).

Buktikan bahwa mekanisme ini tidak bertentangan dengan ketergantungan laju di atas pada konsentrasi reaktan. Apa itu tahap pembatas? Berapakah molekularitasnya dan bagaimana urutannya? Berapakah orde reaksi secara umum? Perhatikan keberadaan ion dan molekul kompleks seperti H dan H O 2 , dan fakta bahwa dua atau bahkan tiga partikel terbentuk dalam setiap reaksi. (Mengapa tidak ada tahapan dengan pembentukan satu partikel?)

7. Terjemahkan ke dalam bahasa Rusia.

Jenis reaksi yang penting adalah reaksi transfer elektron, juga dikenal sebagai reaksi oksidasi-reduksi, atau redoks. Dalam reaksi seperti itu, satu atau lebih elektron tampaknya dipindahkan dari satu atom ke atom lainnya. Oksidasi adalah kata yang awalnya berarti kombinasi dengan gas oksigen, tetapi begitu banyak reaksi lain yang terlihat menyerupai reaksi dengan oksigen sehingga istilah itu akhirnya diperluas untuk merujuk pada reaksi apa pun di mana suatu zat atau spesies kehilangan elektron. Reduksi adalah mendapatkan elektron. Istilah ini tampaknya berasal dari terminologi metalurgi: reduksi bijih menjadi logamnya. Reduksi adalah kebalikan dari oksidasi. Oksidasi tidak dapat terjadi tanpa disertai reduksi; yaitu, elektron tidak dapat hilang kecuali sesuatu yang lain memperolehnya.

LABORATORIUM PENELITIAN

Tugas yang ditawarkan kepada Anda, seperti sebelumnya, adalah makalah penelitian singkat. Reaksi yang penting tidak hanya dalam kimia tetapi juga dalam ekologi dipilih untuk eksperimen. Tidak perlu menyelesaikan semua eksperimen - pilih yang Anda minati. Sebaiknya bekerja dalam kelompok kecil (masing-masing 2-3 orang). Ini mengurangi waktu percobaan, menghindari kesalahan dan, yang paling penting, memungkinkan Anda untuk berpartisipasi dalam komunikasi ilmiah, yang mengembangkan pidato ilmiah.

1. Sifat redoks hidrogen peroksida.

Hidrogen peroksida H 2 O 2 adalah zat pengoksidasi paling penting yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari, dalam teknologi, dalam pemurnian air dari kontaminan organik. Hidrogen peroksida merupakan oksidator yang ramah lingkungan, karena produk penguraiannya - oksigen dan air - tidak mencemari lingkungan. Peran hidrogen peroksida dan senyawa organik peroksida dalam proses oksidasi-reduksi biologis diketahui.
3–6% larutan hidrogen peroksida untuk keperluan rumah tangga dan pendidikan biasanya dibuat dari larutan 30% dengan pengenceran dengan air. Hidrogen peroksida terurai selama penyimpanan dengan pelepasan oksigen (jangan simpan dalam wadah tertutup rapat!). Semakin rendah konsentrasi hidrogen peroksida, semakin stabil. Untuk memperlambat dekomposisi, aditif fosfat, asam salisilat dan zat lain digunakan. Garam besi, tembaga, mangan dan enzim katalase memiliki efek yang sangat kuat pada hidrogen peroksida.
Larutan hidrogen peroksida 3% dalam pengobatan digunakan untuk mencuci mulut dan berkumur dengan stomatitis dan sakit tenggorokan.
Larutan hidrogen peroksida 30% disebut perhidrol. Perhidrol tidak mudah meledak. Di kulit, perhydrol menyebabkan luka bakar, terbakar, gatal dan melepuh, sementara kulit menjadi putih. Area yang terbakar harus segera dibilas dengan air. Perhydrol dalam pengobatan digunakan untuk mengobati luka bernanah dan untuk mengobati gusi dengan stomatitis. Dalam tata rias, digunakan untuk menghilangkan bintik-bintik penuaan pada kulit wajah. Noda hidrogen peroksida pada pakaian tidak bisa dihilangkan. Hidrogen peroksida digunakan dalam industri tekstil untuk memutihkan wol dan sutra, serta bulu.
Produksi larutan hidrogen peroksida pekat (90-98%) terus berkembang. Simpan larutan tersebut dalam bejana aluminium dengan penambahan natrium pirofosfat Na 4 P 2 O 7 . Solusi terkonsentrasi dapat terurai secara eksplosif. Larutan hidrogen peroksida pekat pada katalis oksida pada 700 ° C terurai menjadi uap air dan oksigen, yang berfungsi sebagai pengoksidasi untuk bahan bakar di mesin jet.

Hidrogen peroksida dapat menunjukkan sifat pengoksidasi dan pereduksi.
Peran agen pengoksidasi untuk hidrogen peroksida lebih khas:

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

misalnya dalam reaksi:

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

Hidrogen peroksida sebagai zat pereduksi:
1) dalam lingkungan asam:

H2O2 - 2 e\u003d O 2 + 2H +;

2) dalam medium dasar (basa):

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

Contoh reaksi:
1) dalam lingkungan asam:

2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O;

2) di lingkungan utama:

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

Sifat pengoksidasi hidrogen peroksida lebih menonjol dalam lingkungan asam, sedangkan sifat pereduksi lebih menonjol dalam lingkungan basa.

1a. Dekomposisi hidrogen peroksida.

Tuang 2-3 ml larutan hidrogen peroksida ke dalam tabung reaksi dan panaskan larutan dalam penangas air. Pelepasan gas harus dimulai. (Apa?) Buktikan secara eksperimental bahwa ini adalah gas yang Anda harapkan untuk diterima.
Jatuhkan sebutir mangan dioksida ke dalam tabung reaksi lain dengan larutan hidrogen peroksida. Buktikan bahwa gas yang sama dilepaskan.
Tulis persamaan untuk penguraian hidrogen peroksida dan secara terpisah persamaan untuk menerima dan mengembalikan elektron. Apa jenis reaksi redoks ini?
Hitung EMF reaksi jika:

Manakah dari dua reaksi ini yang memiliki kemampuan lebih besar untuk menyumbangkan elektron dan harus ditulis ulang dalam arah yang berlawanan? Dari nilai EMF reaksi, hitung G reaksi dan konstanta kesetimbangan.

Bandingkan hasil dengan G dan konstanta kesetimbangan yang diperoleh dari data termodinamika:

Apakah perhitungan Anda cocok? Jika ada beberapa perbedaan dalam hasil, cobalah untuk menemukan alasannya.

1b. Deteksi hidrogen peroksida.

Ke dalam larutan kalium iodida yang diencerkan dan diasamkan dengan asam sulfat (2-3 ml) tambahkan beberapa tetes larutan hidrogen peroksida. Solusinya akan berubah menjadi kuning-coklat. Ketika beberapa tetes larutan kanji ditambahkan ke dalamnya, warna campuran langsung berubah menjadi biru. Tulis persamaan reaksi (zat yang terbentuk lho!).
Hitung EMF reaksi untuk memastikan bahwa reaksi memungkinkan (pilih reaksi yang Anda butuhkan):

1c. Timbal sulfida hitam dan hidrogen peroksida.

Para empu tua melukis lukisan mereka dengan cat yang dibuat berdasarkan timah putih, termasuk karbonat dasar putih 2PbCO 3 Pb(OH) 2 . Seiring waktu, timbal putih berubah menjadi hitam, dan cat berdasarkan mereka berubah warna karena aksi hidrogen sulfida, dan timbal sulfida PbS hitam terbentuk. Jika lukisan dibersihkan dengan hati-hati dengan larutan hidrogen peroksida encer, timbal sulfida berubah menjadi timbal sulfat putih PbSO 4 dan lukisan hampir sepenuhnya kembali ke penampilan aslinya.

Tuang 1-2 ml larutan 0,1 M timbal nitrat Pb (NO 3) 2 atau timbal asetat Pb (CH 3 COO) 2 ke dalam tabung reaksi (dijual di apotek sebagai lotion timbal). Tambahkan beberapa larutan hidrogen sulfida atau natrium sulfida. Kuras larutan dari endapan hitam yang dihasilkan dan kerjakan dengan larutan hidrogen peroksida. Tulis persamaan reaksi.
Semua senyawa timbal beracun!

1g Persiapan larutan hidrogen peroksida dari hidroperit.

Jika Anda tidak dapat memperoleh larutan hidrogen peroksida, maka untuk pekerjaan laboratorium Anda dapat menggunakan hidroperit, yang tabletnya dapat dibeli di apotek.

Hidroperit adalah senyawa kompleks hidrogen peroksida dengan karbamid (urea) NH 2 CONH 2 H 2 O 2 . Ketika dilarutkan dalam air, larutan hidrogen peroksida dan karbamid NH 2 CONH 2 diperoleh. Larutan hidroperit digunakan sebagai pengganti larutan hidrogen peroksida sebagai antiseptik dan untuk mewarnai rambut. Untuk membilas mulut dan tenggorokan, larutkan 1 tablet dalam segelas air (larutan hidrogen peroksida 0,25%). Satu tablet hidroperit beratnya 1,5 g dan sesuai dengan 15 ml
(1 sendok makan) larutan hidrogen peroksida 3%.

Hitung berapa banyak tablet hidroperit yang harus dilarutkan dalam 100 ml air untuk mendapatkan kira-kira 1% larutan hidrogen peroksida. Berapa volume oksigen (NO) yang dapat diperoleh dari satu tablet hidroperit?
Tentukan secara empiris berapa mililiter oksigen yang dapat diperoleh dari satu tablet hidroperit. Usulkan desain perangkat dan rakit. Bawa volume oksigen yang dilepaskan ke kondisi normal. Untuk mendapatkan hasil perhitungan yang lebih akurat, Anda dapat memperhitungkan tekanan uap air di atas larutan, yang pada suhu kamar (20 ° C) sekitar 2300 Pa.