O peróxido de hidrogênio (peróxido) é um líquido xaroposo incolor com uma densidade que endurece em -. Esta é uma substância muito frágil que pode se decompor com uma explosão em água e oxigênio, e uma grande quantidade de calor é liberada:
As soluções aquosas de peróxido de hidrogênio são mais estáveis; em um lugar fresco eles podem ser armazenados por um longo tempo. Peridrol - uma solução que está à venda - contém. Ele, assim como em soluções altamente concentradas de peróxido de hidrogênio, contém aditivos estabilizadores.
A decomposição do peróxido de hidrogênio é acelerada por catalisadores. Se, por exemplo, um pouco de dióxido de manganês é jogado em uma solução de peróxido de hidrogênio, ocorre uma reação violenta e o oxigênio é liberado. Catalisadores que promovem a decomposição do peróxido de hidrogênio incluem cobre, ferro, manganês, bem como íons desses metais. Já vestígios desses metais podem causar decomposição.
O peróxido de hidrogênio é formado como um produto intermediário durante a combustão do hidrogênio, mas devido à alta temperatura da chama do hidrogênio, ele se decompõe imediatamente em água e oxigênio.
Arroz. 108. Esquema da estrutura da molécula. O ângulo está próximo de , o ângulo está próximo de . Comprimentos dos links: .
No entanto, se uma chama de hidrogênio for direcionada a um pedaço de gelo, traços de peróxido de hidrogênio podem ser encontrados na água resultante.
O peróxido de hidrogênio também é obtido pela ação do hidrogênio atômico sobre o oxigênio.
Na indústria, o peróxido de hidrogênio é obtido principalmente por métodos eletroquímicos, por exemplo, oxidação anódica de soluções de ácido sulfúrico ou hidrossulfato de amônio, seguida de hidrólise do ácido peroxissulfúrico resultante (ver § 132). Os processos que ocorrem neste caso podem ser representados por um diagrama:
No peróxido de hidrogênio, os átomos de hidrogênio são ligados covalentemente aos átomos de oxigênio, entre os quais também ocorre uma ligação simples. A estrutura do peróxido de hidrogênio pode ser expressa pela seguinte fórmula estrutural: H-O-O-H.
As moléculas têm polaridade significativa, que é uma consequência de sua estrutura espacial (Fig. 106).
Em uma molécula de peróxido de hidrogênio, as ligações entre os átomos de hidrogênio e oxigênio são polares (devido ao deslocamento de elétrons comuns em direção ao oxigênio). Portanto, em uma solução aquosa, sob a influência de moléculas de água polares, o peróxido de hidrogênio pode separar os íons de hidrogênio, ou seja, possui propriedades ácidas. O peróxido de hidrogênio é um ácido dibásico muito fraco em solução aquosa; ele se decompõe, embora em pequena medida, em íons:
Dissociação na segunda fase
praticamente não flui. É suprimida pela presença de água - uma substância que se dissocia para formar íons de hidrogênio em maior extensão do que o peróxido de hidrogênio. No entanto, quando os íons de hidrogênio estão ligados (por exemplo, quando o álcali é introduzido em uma solução), ocorre a dissociação no segundo estágio.
O peróxido de hidrogênio reage diretamente com algumas bases para formar sais.
Assim, sob a ação do peróxido de hidrogênio em uma solução aquosa de hidróxido de bário, um precipitado do sal de bário de peróxido de hidrogênio precipita:
Sais de peróxido de hidrogênio são chamados de peróxidos ou peróxidos. Eles consistem em íons metálicos carregados positivamente e íons carregados negativamente, cuja estrutura eletrônica pode ser representada pelo diagrama:
O grau de oxidação do oxigênio no peróxido de hidrogênio é -1, ou seja, tem um valor intermediário entre o grau de oxidação do oxigênio na água e no oxigênio molecular (0). Portanto, o peróxido de hidrogênio possui propriedades tanto de agente oxidante quanto de agente redutor, ou seja, apresenta dualidade redox. No entanto, as propriedades oxidantes são mais características dele, uma vez que o potencial padrão do sistema eletroquímico
em que atua como agente oxidante, é de 1,776 V, enquanto o potencial padrão do sistema eletroquímico
em que o peróxido de hidrogênio é um agente redutor, é igual a 0,682 V. Ou seja, o peróxido de hidrogênio pode oxidar substâncias que não ultrapassem 1,776 V, e restaurar apenas aquelas que são superiores a 0,682 V. Conforme tabela. 18 (na página 277) você pode ver que o primeiro grupo inclui muito mais substâncias.
Exemplos de reações em que serve como agente oxidante são a oxidação do nitrito de potássio
e isolamento de iodo a partir de iodeto de potássio:
É usado para branquear tecidos e peles, usado na medicina (solução a 3% - um desinfetante), na indústria alimentícia (para conservação de alimentos), na agricultura para vestir sementes, bem como na produção de vários compostos orgânicos, polímeros, materiais porosos. Como um forte agente oxidante, o peróxido de hidrogênio é usado na tecnologia de foguetes.
O peróxido de hidrogênio também é usado para renovar pinturas a óleo antigas que escureceram com o tempo devido à conversão de chumbo branco em sulfeto de chumbo preto sob a influência de traços de sulfeto de hidrogênio no ar. Quando tais pinturas são lavadas com peróxido de hidrogênio, o sulfeto de chumbo é oxidado em sulfato de chumbo branco:
O.S.ZAYTSEV
LIVRO EDUCACIONAL EM QUÍMICA
PARA PROFESSORES DE ESCOLA SECUNDÁRIA,
ALUNOS DE UNIVERSIDADES PEDAGÓGICAS E ESCOLARES DE 9ª A 10ª SÉRIE,
DECIDIRAM DEDICAR-SE À QUÍMICA E ÀS CIÊNCIAS NATURAIS
LIVRO DE TEXTO PRÁTICAS DE LABORATÓRIO HISTÓRIAS CIENTÍFICAS PARA LEITURA
Continuação. Ver Nos. 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 Reações redox
(continuação)
TAREFAS E PERGUNTAS
1. Usando o método elétron-íon de seleção de coeficientes estequiométricos, componha as equações de reações redox que procedem de acordo com os seguintes esquemas (a fórmula da água não é indicada):
Observe que entre os compostos existem substâncias orgânicas! Tente encontrar coeficientes usando estados de oxidação ou valências.
2.
Escolha quaisquer duas equações de reações de eletrodo:
Componha uma equação resumida das duas equações escritas de processos de eletrodos. Nomeie o agente oxidante e o agente redutor. Calcule a fem da reação, sua G e a constante de equilíbrio. Faça uma conclusão sobre a direção do deslocamento no equilíbrio dessa reação.
Se você esqueceu o que fazer, lembre-se do que foi dito acima. Você escreve quaisquer duas equações desta lista. Observe os valores de seus potenciais de eletrodos e reescreva uma das equações na direção oposta. O que, por que e por quê? Lembre-se que os números de elétrons dados e recebidos devem ser iguais, multiplique os coeficientes por um certo número (que?) e somar ambas as equações. Os potenciais dos eletrodos também são somados, mas você não os multiplica pelo número de elétrons envolvidos no processo. Um valor EMF positivo indica a possibilidade de uma reação. Para cálculo G e as constantes de equilíbrio, substitua o valor EMF calculado nas fórmulas que foram derivadas anteriormente.
3. Uma solução aquosa de permanganato de potássio é estável? De outra forma, a questão pode ser formulada da seguinte forma: o íon permanganato reagirá com a água para formar oxigênio se
4. A oxidação pelo oxigênio do ar em uma solução aquosa é descrita pela equação:
O 2 + 4H + + 4 e\u003d 2H 2 O, E= 0,82V.
Determine se é possível oxidar com oxigênio do ar as substâncias escritas no lado direito de qualquer equação da tarefa 2. Os agentes redutores são escritos no lado direito dessas equações. O professor lhe dará o número da equação.
Você pode achar essa tarefa difícil de concluir. Esta é a principal falha do seu personagem - parece-lhe que a tarefa é impossível e você imediatamente desiste de tentar resolvê-la, embora tenha todo o conhecimento necessário. Nesse caso, você deve escrever a equação da reação entre os íons de oxigênio e hidrogênio e a equação de seu interesse. Veja qual das reações tem maior capacidade de doar elétrons (seu potencial deve ser mais negativo ou menos positivo), reescreva sua equação na direção oposta, mudando o sinal do potencial do eletrodo para o oposto, e some com outra equação. Um valor EMF positivo indicará que a reação é possível.
5.
Escreva a equação para a reação entre o íon permanganato e o peróxido de hidrogênio H 2 O 2 . Na reação, Mn 2+ e O 2 são formados. Que probabilidades você obteve?
E obtive a seguinte equação:
7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O.
Encontre um erro se eu cometi um, ou explique por que seus coeficientes são diferentes. Esta tarefa foi projetada para testar sua engenhosidade e conhecimento do material de outras seções da química.
A reação de um íon permanganato com peróxido de hidrogênio em uma solução ácida (ácido sulfúrico) pode ser representada por várias equações com diferentes coeficientes, por exemplo:
5H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 5O 2 + 8H 2 O,
7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2O,
9H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 7O 2 + 12H 2 O.
Indique a razão para isso e escreva pelo menos mais uma equação para a reação do íon permanganato com peróxido de hidrogênio.
Se você conseguiu explicar o motivo de um fenômeno tão estranho, explique o motivo da possibilidade de escrever as seguintes equações:
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.
As reações podem ocorrer de acordo com essas duas equações?
Responda. A reação de íons permanganato com peróxido de hidrogênio é sobreposta por uma reação de decomposição paralela de peróxido de hidrogênio:
2H 2 O 2 \u003d O 2 + 2H 2 O.
Você pode somar a equação básica da reação com um número infinito desta equação e obter muitas equações com diferentes coeficientes estequiométricos.
6. Esta tarefa pode servir como tema de um ensaio ou relatório.
Discuta a possibilidade de passar a reação de redução de íons Fe 3+ com peróxido de hidrogênio em uma solução aquosa:
2Fe 3+ + H 2 O 2 \u003d 2Fe 2+ + O 2 + 2H +.
Calcule a fem da reação, sua G e a constante de equilíbrio, usando os potenciais de eletrodo padrão:
O estudo da dependência da velocidade da reação com a concentração dos componentes mostrou que com o aumento da concentração de Fe 3+ ou H 2 O 2 individualmente, a velocidade da reação dobra. Qual é a equação cinética da reação? Determine como a velocidade da reação mudará com um aumento na concentração de Fe 3+ ou H 2 O 2 três vezes. Preveja como a taxa de reação mudará quando uma solução for diluída duas ou dez vezes com água.
O seguinte mecanismo de reação foi proposto:
H 2 O 2 \u003d H + H + (rápido),
Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (lento),
Fe 3+ + HO 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (rápido).
Prove que este mecanismo não contradiz a dependência acima da velocidade das concentrações dos reagentes. Qual é a fase limitante? Qual é a sua molecularidade e qual é a sua ordem? Qual é a ordem geral da reação? Observe a existência de íons e moléculas complexas como H e HO 2 , e o fato de que duas ou até três partículas são formadas em cada reação. (Por que não há estágios com a formação de uma partícula?)
7. Traduzir para o russo.
Um tipo de reação importante é a reação de transferência de elétrons, também conhecida como reação de oxidação-redução ou redox. Em tal reação, um ou mais elétrons parecem ser transferidos de um átomo para outro. Oxidação é uma palavra que originalmente significava combinação com gás oxigênio, mas tantas outras reações foram vistas como se assemelhando a reações com oxigênio que o termo acabou sendo ampliado para se referir a qualquer reação na qual uma substância ou espécie perde elétrons. A redução é um ganho de elétrons. O termo parece ter suas origens na terminologia metalúrgica: a redução de um minério ao seu metal. A redução é exatamente o oposto da oxidação. Uma oxidação não pode ocorrer sem que haja uma redução acoplada a ela; isto é, elétrons não podem ser perdidos a menos que outra coisa os ganhe.
PESQUISA DE LABORATÓRIO
As tarefas oferecidas a você, como antes, são pequenos trabalhos de pesquisa. Reações que são importantes não apenas em química, mas também em ecologia foram selecionadas para os experimentos. Não é necessário completar todos os experimentos - escolha aqueles que lhe interessam. É desejável trabalhar em pequenos grupos (2-3 pessoas cada). Isso reduz o tempo do experimento, evita erros e, o mais importante, permite que você participe da comunicação científica, que desenvolve o discurso científico.
1. Propriedades redox do peróxido de hidrogênio.
O peróxido de hidrogênio H 2 O 2 é o agente oxidante mais importante que é usado na vida cotidiana, na tecnologia, na purificação da água de contaminantes orgânicos. O peróxido de hidrogênio é um agente oxidante ecologicamente correto, porque seus produtos de decomposição - oxigênio e água - não poluem o meio ambiente. O papel do peróxido de hidrogênio e dos compostos orgânicos de peróxido nos processos de oxidação-redução biológica é conhecido.
Soluções de peróxido de hidrogênio de 3 a 6% para fins domésticos e educacionais são geralmente preparadas a partir de uma solução de 30% por diluição com água. O peróxido de hidrogênio se decompõe durante o armazenamento com a liberação de oxigênio (não armazene em recipientes bem fechados!). Quanto menor a concentração de peróxido de hidrogênio, mais estável ele é. Para retardar a decomposição, são utilizados aditivos de ácidos fosfórico, salicílico e outras substâncias. Os sais de ferro, cobre, manganês e a enzima catalase têm um efeito particularmente forte sobre o peróxido de hidrogênio.
Uma solução de peróxido de hidrogênio a 3% na medicina é usada para lavar a boca e gargarejar com estomatite e dor de garganta.
A solução de peróxido de hidrogênio a 30% é chamada peridrol. O peridrol não é explosivo. Entrando na pele, o peridrol causa queimaduras, ardor, coceira e bolhas, enquanto a pele fica branca. A área queimada deve ser lavada rapidamente com água. O peridrol na medicina é usado para tratar feridas purulentas e tratar gengivas com estomatite. Na cosmetologia, é usado para remover manchas da idade na pele do rosto. As manchas de peróxido de hidrogênio nas roupas não podem ser removidas. O peróxido de hidrogênio é usado na indústria têxtil para branquear lã e seda, bem como peles.
A produção de soluções concentradas de peróxido de hidrogênio (90–98%) está em constante crescimento. Armazenar essas soluções em recipientes de alumínio com a adição de pirofosfato de sódio Na 4 P 2 O 7 . As soluções concentradas podem decompor-se explosivamente. Uma solução concentrada de peróxido de hidrogênio em um catalisador de óxido a 700 ° C se decompõe em vapor de água e oxigênio, que serve como oxidante para combustível em motores a jato.
O peróxido de hidrogênio pode apresentar propriedades oxidantes e redutoras.
O papel de um agente oxidante para o peróxido de hidrogênio é mais típico:
H 2 O 2 + 2H + + 2 e\u003d 2H 2 O,
por exemplo em reagir:
2KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 \u003d I 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O.
Peróxido de hidrogênio como agente redutor:
1) em um ambiente ácido:
H 2 O 2 - 2 e\u003d O 2 + 2H +;
2) no meio básico (alcalino):
H 2 O 2 + 2OH - - 2 e\u003d O 2 + 2H 2 O.
Exemplos de reação:
1) em um ambiente ácido:
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 5O2 + 8H2O;
2) no ambiente principal:
2KMnO 4 + H 2 O 2 + 2KOH \u003d 2K 2 MnO 4 + O 2 + 2H 2 O
As propriedades oxidantes do peróxido de hidrogênio são mais pronunciadas em um ambiente ácido, enquanto as propriedades redutoras são mais pronunciadas em um ambiente alcalino.
1a. Decomposição do peróxido de hidrogênio.
Despeje 2–3 ml de solução de peróxido de hidrogênio em um tubo de ensaio e aqueça a solução em banho-maria. A liberação de gás deve começar. (O que?) Prove experimentalmente que este é exatamente o gás que você esperava receber.
Jogue um grão de dióxido de manganês em outro tubo de ensaio com uma solução de peróxido de hidrogênio. Prove que o mesmo gás é liberado.
Escreva a equação para a decomposição do peróxido de hidrogênio e separadamente as equações para receber e retornar elétrons. Que tipo de reação redox é essa?
Calcule a FEM da reação se:
Qual dessas duas reações tem maior capacidade de doar elétrons e deve ser reescrita na direção oposta? A partir do valor da EMF da reação, calcule G reações e a constante de equilíbrio.
Compare os resultados com G e constante de equilíbrio obtida a partir de dados termodinâmicos:
Seus cálculos combinaram? Se houver alguma discrepância nos resultados, tente encontrar as razões.
1b. Detecção de peróxido de hidrogênio.
A uma solução diluída e acidificada com ácido sulfúrico (2–3 ml) de iodeto de potássio, adicione algumas gotas de uma solução de peróxido de hidrogênio. A solução ficará amarelo-acastanhada. Quando algumas gotas de solução de amido são adicionadas a ela, a cor da mistura fica instantaneamente azul. Escreva a equação da reação (substâncias formadas que você conhece!).
Calcule o EMF da reação para certificar-se de que a reação é possível (selecione a reação que você precisa):
1c. Sulfeto de chumbo preto e peróxido de hidrogênio.
Os antigos mestres pintavam suas pinturas com tintas preparadas à base de chumbo branco, que incluía o carbonato básico branco 2PbCO 3 Pb(OH) 2 . Com o tempo, o branco de chumbo fica preto e as tintas baseadas neles mudam de cor devido à ação do sulfeto de hidrogênio, e o sulfeto de chumbo preto PbS é formado. Se a pintura for cuidadosamente limpa com uma solução diluída de peróxido de hidrogênio, o sulfeto de chumbo se transforma em sulfato de chumbo branco PbSO 4 e a pintura retorna quase completamente à sua aparência original.
Despeje 1–2 ml de uma solução 0,1 M de nitrato de chumbo Pb (NO 3) 2 ou acetato de chumbo Pb (CH 3 COO) 2 em um tubo de ensaio (vendido em uma farmácia como uma loção de chumbo). Adicione um pouco de sulfeto de hidrogênio ou solução de sulfeto de sódio. Drenar a solução do precipitado preto resultante e agir sobre ele com uma solução de peróxido de hidrogênio. Escreva equações de reação.
Todos os compostos de chumbo são venenosos!
1g Preparação de uma solução de peróxido de hidrogênio a partir de hidroperita.
Se você não conseguiu obter uma solução de peróxido de hidrogênio, para o trabalho de laboratório, você pode usar hidroperita, cujos comprimidos podem ser comprados em uma farmácia.
A hidroperita é um composto complexo de peróxido de hidrogênio com carbamida (uréia) NH 2 CONH 2 H 2 O 2 . Quando dissolvido em água, obtém-se uma solução de peróxido de hidrogênio e carbamida NH 2 CONH 2. Uma solução de hidroperita é usada em vez de uma solução de peróxido de hidrogênio como anti-séptico e para tingir o cabelo. Para enxaguar a boca e a garganta, dissolva 1 comprimido em um copo de água (solução de peróxido de hidrogênio a 0,25%). Um comprimido de hidroperita pesa 1,5 g e corresponde a 15 ml
(1 colher de sopa) solução de peróxido de hidrogênio a 3%.
Calcule quantos comprimidos de hidroperita devem ser dissolvidos em 100 ml de água para obter aproximadamente 1% de solução de peróxido de hidrogênio. Que volume de oxigênio (N.O.) pode ser obtido de um comprimido de hidroperita?
Determine empiricamente quantos mililitros de oxigênio podem ser obtidos de um comprimido de hidroperita. Proponha o design do dispositivo e monte-o. Traga o volume de oxigênio liberado para condições normais. Para obter resultados de cálculo mais precisos, você pode levar em consideração a pressão de vapor da água sobre a solução, que à temperatura ambiente (20 ° C) é de aproximadamente 2300 Pa.
