Peroxidul de hidrogen (peroxidul) este un lichid siropos incolor cu o densitate care se intareste la -. Aceasta este o substanță foarte fragilă care se poate descompune printr-o explozie în apă și oxigen și se eliberează o cantitate mare de căldură:
Soluțiile apoase de peroxid de hidrogen sunt mai stabile; într-un loc răcoros pot fi păstrate destul de mult timp. Perhidrol - o soluție care se comercializează - conține. Acesta, precum și în soluții foarte concentrate de peroxid de hidrogen, conține aditivi stabilizatori.
Descompunerea peroxidului de hidrogen este accelerată de catalizatori. Dacă, de exemplu, se aruncă puțin dioxid de mangan într-o soluție de peroxid de hidrogen, atunci are loc o reacție violentă și se eliberează oxigen. Catalizatorii care promovează descompunerea peroxidului de hidrogen includ cuprul, fierul, manganul, precum și ionii acestor metale. Deja urmele acestor metale pot provoca degradare.
Peroxidul de hidrogen se formează ca produs intermediar în timpul arderii hidrogenului, dar datorită temperaturii ridicate a flăcării de hidrogen, se descompune imediat în apă și oxigen.
Orez. 108. Schema structurii moleculei. Unghiul este aproape de , unghiul este aproape de . Lungimea legăturii: .
Cu toate acestea, dacă o flacără de hidrogen este îndreptată către o bucată de gheață, în apa rezultată pot fi găsite urme de peroxid de hidrogen.
Peroxidul de hidrogen se obține și prin acțiunea hidrogenului atomic asupra oxigenului.
În industrie, peroxidul de hidrogen se obține în principal prin metode electrochimice, de exemplu, oxidarea anodică a soluțiilor de acid sulfuric sau hidrosulfat de amoniu, urmată de hidroliza acidului peroxisulfuric rezultat (vezi § 132). Procesele care au loc în acest caz pot fi reprezentate printr-o diagramă:
În peroxidul de hidrogen, atomii de hidrogen sunt legați covalent de atomi de oxigen, între care apare și o legătură simplă. Structura peroxidului de hidrogen poate fi exprimată prin următoarea formulă structurală: H-O-O-H.
Moleculele au o polaritate semnificativă, care este o consecință a structurii lor spațiale (Fig. 106).
Într-o moleculă de peroxid de hidrogen, legăturile dintre atomii de hidrogen și oxigen sunt polare (datorită deplasării electronilor comuni către oxigen). Prin urmare, într-o soluție apoasă, sub influența moleculelor polare de apă, peroxidul de hidrogen poate desprinde ionii de hidrogen, adică are proprietăți acide. Peroxidul de hidrogen este un acid dibazic foarte slab într-o soluție apoasă; se descompune, deși într-o mică măsură, în ioni:
Disocierea în a doua etapă
practic nu curge. Este suprimată de prezența apei - o substanță care se disociază pentru a forma ioni de hidrogen într-o măsură mai mare decât peroxidul de hidrogen. Cu toate acestea, atunci când ionii de hidrogen sunt legați (de exemplu, când alcalii sunt introduși într-o soluție), are loc disocierea de-a lungul celei de-a doua etape.
Peroxidul de hidrogen reacţionează direct cu unele baze pentru a forma săruri.
Deci, sub acțiunea peroxidului de hidrogen asupra unei soluții apoase de hidroxid de bariu, un precipitat de sare de bariu a peroxidului de hidrogen precipită:
Sărurile peroxidului de hidrogen se numesc peroxizi sau peroxizi. Ele constau din ioni metalici încărcați pozitiv și ioni încărcați negativ, a căror structură electronică poate fi reprezentată prin diagramă:
Gradul de oxidare a oxigenului în peroxid de hidrogen este -1, adică are o valoare intermediară între gradul de oxidare a oxigenului în apă și în oxigenul molecular (0). Prin urmare, peroxidul de hidrogen are proprietățile atât ale unui agent oxidant, cât și ale unui agent reducător, adică prezintă dualitate redox. Cu toate acestea, este mai caracteristic proprietăților oxidante, deoarece potențialul standard al sistemului electrochimic
în care acţionează ca un agent oxidant, este de 1,776 V, în timp ce potenţialul standard al sistemului electrochimic
în care peroxidul de hidrogen este un agent reducător, este de 0,682 V. Cu alte cuvinte, peroxidul de hidrogen poate oxida substanțele care nu depășesc 1,776 V și le restabilește numai pe cele care sunt mai mari de 0,682 V. Conform tabelului. 18 (la pagina 277) puteți vedea că primul grup include mult mai multe substanțe.
Exemple de reacții în care servește ca agent de oxidare sunt oxidarea nitritului de potasiu
și izolarea iodului de iodură de potasiu:
Este folosit pentru albirea țesăturilor și blănurilor, utilizat în medicină (soluție 3% - un dezinfectant), în industria alimentară (pentru conservarea alimentelor), în agricultură pentru prepararea semințelor, precum și în producția unui număr de compuși organici, polimeri, materiale poroase. Ca agent oxidant puternic, peroxidul de hidrogen este utilizat în tehnologia rachetelor.
Peroxidul de hidrogen este folosit și pentru a reînnoi picturile vechi în ulei care s-au întunecat în timp din cauza conversiei plumbului alb în sulfură de plumb negru sub influența urmelor de hidrogen sulfurat din aer. Când astfel de picturi sunt spălate cu peroxid de hidrogen, sulfura de plumb este oxidată la sulfat de plumb alb:
O.S.ZAYTSEV
CARTE EDUCATIVA IN CHIMIE
PENTRU PROFESORII DE ȘCOALA SECUNDARĂ,
ELEVII UNIVERSITĂȚILOR PEDAGOGICE ȘI ȘCOLARII CLASELE 9-10,
HOTĂRÂT SĂ SE DEDICĂ CHIMIE ŞI ŞTIINŢELE NATURII
MANUAL DE ACTIVITATE PRACTICI DE LABORATOR POVESTIȘTI ȘTIINȚIFICE PENTRU CITIRE
Continuare. Vezi nr. 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 Reacții redox
(continuare)
SARCINI ȘI ÎNTREBĂRI
1. Folosind metoda electron-ion de selectare a coeficienților stoichiometrici, compuneți ecuațiile reacțiilor redox care se desfășoară după următoarele scheme (nu este indicată formula apei):
Vă rugăm să rețineți că printre compuși se numără substanțe organice! Încercați să găsiți coeficienți folosind stări de oxidare sau valențe.
2.
Alegeți oricare două ecuații ale reacțiilor electrodului:
Compuneți o ecuație rezumată din cele două ecuații scrise ale proceselor cu electrozi. Denumiți agentul oxidant și agentul reducător. Calculați f.e.m. a reacției, sa G si constanta de echilibru. Faceți o concluzie despre direcția deplasării în echilibrul acestei reacții.
Dacă ați uitat ce să faceți, amintiți-vă ce s-a spus mai sus. Scrieți oricare două ecuații din această listă. Priviți valorile potențialelor electrodului lor și rescrieți una dintre ecuații în direcția opusă. Ce, de ce și de ce? Amintiți-vă că numărul de electroni dați și primiți trebuie să fie egal, înmulțiți coeficienții cu un anumit număr (care?)și însumăm ambele ecuații. Potențialele electrozilor sunt, de asemenea, însumate, dar nu le înmulțiți cu numărul de electroni implicați în proces. O valoare EMF pozitivă indică posibilitatea unei reacții. Pentru calcul Gși constantele de echilibru, înlocuiți valoarea EMF pe care ați calculat-o în formulele care au fost derivate mai devreme.
3. Este stabilă o soluție apoasă de permanganat de potasiu? Într-un alt mod, întrebarea poate fi formulată după cum urmează: va reacționa ionul permanganat cu apa pentru a forma oxigen dacă
4. Oxidarea cu oxigenul din aer într-o soluție apoasă este descrisă de ecuația:
O2 + 4H + + 4 e\u003d 2H 2 O, E= 0,82 V.
Determinați dacă este posibilă oxidarea substanțelor scrise în partea dreaptă a oricărei ecuații a sarcinii 2 cu oxigen din aer.În partea dreaptă a acestor ecuații se scriu agenți reducători. Profesorul vă va da numărul ecuației.
S-ar putea să vi se pară dificil de finalizat această sarcină. Acesta este principalul defect al caracterului tău - ți se pare că sarcina este imposibilă și renunți imediat să încerci să o rezolvi, deși ai toate cunoștințele necesare. În acest caz, ar trebui să scrieți ecuația de reacție dintre ionii de oxigen și hidrogen și ecuația care vă interesează. Vedeți care dintre reacții are o capacitate mai mare de a dona electroni (potențialul său ar trebui să fie mai negativ sau mai puțin pozitiv), rescrieți ecuația sa în direcția opusă, schimbând semnul potențialului electrodului în opus și însumați-l cu o altă ecuație. O valoare EMF pozitivă va indica faptul că reacția este posibilă.
5.
Scrieți ecuația pentru reacția dintre ionul permanganat și peroxidul de hidrogen H 2 O 2 . În reacție, se formează Mn2+ și O2. Ce cote ai avut?
Și am primit următoarea ecuație:
7H2O2 + 2 + 6H + = 2Mn2+ + 6O2 + 10H2O.
Găsiți o greșeală dacă am făcut una sau explicați de ce coeficienții dvs. sunt diferiți. Această sarcină este concepută pentru a vă testa ingeniozitatea și cunoștințele despre materialul altor secțiuni ale chimiei.
Reacția unui ion permanganat cu peroxid de hidrogen într-o soluție acidă (acid sulfuric) poate fi reprezentată prin mai multe ecuații cu coeficienți diferiți, de exemplu:
5H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 5O 2 + 8H 2 O,
7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O,
9H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 7O 2 + 12H 2 O.
Indicați motivul pentru aceasta și scrieți cel puțin încă o ecuație pentru reacția ionului permanganat cu peroxidul de hidrogen.
Dacă ați reușit să explicați motivul unui astfel de fenomen ciudat, explicați motivul posibilității de a scrie următoarele ecuații:
3H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 4O 2 + 6H 2 O,
H2O2 + 2 + 6H + = 2Mn2+ + 3O2 + 4H2O.
Reacțiile pot avea loc conform acestor două ecuații?
Răspuns. Reacția ionilor de permanganat cu peroxid de hidrogen este suprapusă de o reacție paralelă de descompunere a peroxidului de hidrogen:
2H 2 O 2 \u003d O 2 + 2H 2 O.
Puteți însuma ecuația reacției de bază cu un număr infinit al acestei ecuații și puteți obține o mulțime de ecuații cu coeficienți stoichiometrici diferiți.
6. Această sarcină poate servi ca subiect al unui eseu sau al unui raport.
Discutați posibilitatea de a trece reacția de reducere a ionilor de Fe 3+ cu peroxid de hidrogen într-o soluție apoasă:
2Fe 3+ + H 2 O 2 \u003d 2Fe 2+ + O 2 + 2H +.
Calculați f.e.m. a reacției, sa Gși constanta de echilibru, folosind potențialele standard ale electrodului:
Studiul dependenței vitezei de reacție de concentrația componentelor a arătat că odată cu creșterea concentrației de Fe 3+ sau H 2 O 2 individual, viteza de reacție se dublează. Care este ecuația cinetică a reacției? Determinați cum se va schimba viteza de reacție cu o creștere a concentrației de Fe 3+ sau H 2 O 2 de trei ori. Preziceți cum se va schimba viteza de reacție atunci când soluția este diluată de două sau zece ori cu apă.
A fost propus următorul mecanism de reacție:
H 2 O 2 \u003d H + H + (rapid),
Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (lent),
Fe 3+ + HO 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (rapid).
Demonstrați că acest mecanism nu contrazice dependența de mai sus a vitezei de concentrațiile reactanților. Care este stadiul limitativ? Care este molecularitatea sa și care este ordinea sa? Care este ordinea generală a reacției? Acordați atenție existenței unor ioni și molecule complexe precum H și HO 2 și la faptul că în fiecare reacție se formează două sau chiar trei particule. (De ce nu există etape cu formarea unei particule?)
7. Traduceți în rusă.
Un tip de reacție important este reacția de transfer de electroni, cunoscută și sub denumirea de reacție de oxidare-reducere sau redox. Într-o astfel de reacție, unul sau mai mulți electroni par să fie transferați de la un atom la altul. Oxidarea este un cuvânt înțeles inițial combinație cu oxigenul gazos, dar s-au văzut atât de multe alte reacții ca reacții cu oxigenul încât termenul a fost în cele din urmă extins pentru a se referi la orice reacție în care o substanță sau o specie pierde electroni. Reducerea este un câștig de electroni. Termenul pare să-și aibă originile în terminologia metalurgică: reducerea unui minereu la metalul său. Reducerea este exact opusul oxidării. O oxidare nu poate avea loc fără a avea o reducere cuplată cu ea; adică electronii nu pot fi pierduți decât dacă îi câștigă altceva.
CERCETARE DE LABORATOR
Sarcinile care vi se oferă, așa cum era înainte, sunt lucrări scurte de cercetare. Pentru experimente au fost selectate reacții care sunt importante nu numai în chimie, ci și în ecologie. Nu este necesar să finalizați toate experimentele - alegeți-le pe cele care vă interesează. Este de dorit să lucrați în grupuri mici (2-3 persoane fiecare). Acest lucru reduce timpul de experiment, evită greșelile și, cel mai important, vă permite să participați la comunicarea științifică, care dezvoltă discursul științific.
1. Proprietățile redox ale peroxidului de hidrogen.
Peroxidul de hidrogen H 2 O 2 este cel mai important agent oxidant care se foloseste in viata de zi cu zi, in tehnologie, in purificarea apei de contaminanti organici. Peroxidul de hidrogen este un agent oxidant prietenos cu mediul, deoarece produșii săi de descompunere - oxigenul și apa - nu poluează mediul. Este cunoscut rolul peroxidului de hidrogen și al compușilor organici peroxidici în procesele de oxidare-reducere biologică.
Soluțiile 3-6% de peroxid de hidrogen pentru scopuri casnice și educaționale sunt de obicei preparate dintr-o soluție de 30% prin diluare cu apă. Peroxidul de hidrogen se descompune în timpul depozitării odată cu eliberarea de oxigen (nu depozitati in recipiente bine inchise!). Cu cât concentrația de peroxid de hidrogen este mai mică, cu atât este mai stabilă. Pentru a încetini descompunerea, se folosesc aditivi de acizi fosforici, salicilici și alte substanțe. Sărurile de fier, cupru, mangan și enzima catalază au un efect deosebit de puternic asupra peroxidului de hidrogen.
O soluție de 3% de peroxid de hidrogen în medicină este utilizată pentru spălarea gurii și gargara cu stomatită și dureri în gât.
Se numește soluție de peroxid de hidrogen 30%. perhidrol. Perhidrolul nu este exploziv. Intrând pe piele, perhidrolul provoacă arsuri, arsuri, mâncărime și vezicule, în timp ce pielea devine albă. Zona arsă trebuie clătită rapid cu apă. Perhidrolul în medicină este utilizat pentru a trata rănile purulente și pentru a trata gingiile cu stomatită. În cosmetologie, este folosit pentru a îndepărta petele de vârstă de pe pielea feței. Petele de peroxid de hidrogen de pe haine nu pot fi îndepărtate. Peroxidul de hidrogen este folosit în industria textilă pentru a înălbi lâna și mătasea, precum și blănurile.
Producția de soluții concentrate de peroxid de hidrogen (90–98%) este în continuă creștere. Depozitați astfel de soluții în vase de aluminiu cu adaos de pirofosfat de sodiu Na 4 P 2 O 7 . Soluțiile concentrate se pot descompune exploziv. O soluție concentrată de peroxid de hidrogen pe un catalizator de oxid la 700 ° C se descompune în vapori de apă și oxigen, care servește ca oxidant pentru combustibil în motoarele cu reacție.
Peroxidul de hidrogen poate prezenta atât proprietăți oxidante, cât și reducătoare.
Rolul unui agent de oxidare pentru peroxidul de hidrogen este mai tipic:
H2O2 + 2H + + 2 e\u003d 2H 2 O,
de exemplu in react:
2KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 \u003d I 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O.
Peroxid de hidrogen ca agent reducător:
1) într-un mediu acid:
H2O2-2 e\u003d O 2 + 2H +;
2) în mediul de bază (alcalin):
H2O2 + 2OH--2 e\u003d O 2 + 2H 2 O.
Exemple de reactii:
1) într-un mediu acid:
2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = K2SO4 + 2MnS04 + 5O2 + 8H2O;
2) în mediul principal:
2KMnO 4 + H 2 O 2 + 2KOH \u003d 2K 2 MnO 4 + O 2 + 2H 2 O
Proprietățile oxidante ale peroxidului de hidrogen sunt mai pronunțate într-un mediu acid, în timp ce proprietățile reducătoare sunt mai pronunțate într-un mediu alcalin.
1a. Descompunerea peroxidului de hidrogen.
Se toarnă 2-3 ml de soluție de peroxid de hidrogen într-o eprubetă și se încălzește soluția într-o baie de apă. Ar trebui să înceapă eliberarea de gaz. (Ce?) Demonstrați experimental că acesta este exact gazul pe care vă așteptați să îl primiți.
Puneți un grăunte de dioxid de mangan într-o altă eprubetă cu o soluție de peroxid de hidrogen. Demonstrați că se eliberează același gaz.
Scrieți ecuația pentru descompunerea peroxidului de hidrogen și separat ecuațiile pentru primirea și returnarea electronilor. Ce tip de reacție redox este aceasta?
Calculați EMF al reacției dacă:
Care dintre aceste două reacții are capacitatea mai mare de a dona electroni și ar trebui rescrisă în direcția opusă? Din valoarea EMF a reacției, calculați G reacții și constanta de echilibru.
Compara rezultatele cu Gși constanta de echilibru obtinuta din datele termodinamice:
S-au potrivit calculele tale? Dacă există o discrepanță în rezultate, încercați să găsiți motivele.
1b. Detectarea peroxidului de hidrogen.
La o soluție de iodură de potasiu diluată și acidulată cu acid sulfuric (2-3 ml) se adaugă câteva picături de soluție de peroxid de hidrogen. Soluția va deveni galben-maro. Când se adaugă câteva picături de soluție de amidon, culoarea amestecului devine instantaneu albastru. Scrieți ecuația reacției (substanțe formate, știți!).
Calculați EMF al reacției pentru a vă asigura că reacția este posibilă (selectați reacția de care aveți nevoie):
1c. Sulfura de plumb negru și peroxid de hidrogen.
Vechii maeștri și-au pictat picturile cu vopsele preparate pe bază de alb de plumb, care includea carbonatul bazic alb 2PbCO 3 Pb(OH) 2 . În timp, albul de plumb devine negru, iar vopselele pe baza lor își schimbă culoarea datorită acțiunii hidrogenului sulfurat și se formează sulfura de plumb neagră PbS. Dacă pictura este șters cu atenție cu o soluție diluată de peroxid de hidrogen, sulfura de plumb se transformă în sulfat de plumb alb PbSO 4 și pictura revine aproape complet la aspectul inițial.
Se toarnă 1–2 ml dintr-o soluție 0,1M de nitrat de plumb Pb (NO 3) 2 sau acetat de plumb Pb (CH 3 COO) 2 într-o eprubetă. (vândut într-o farmacie ca loțiune cu plumb). Adăugați niște soluție de hidrogen sulfurat sau de sulfură de sodiu. Scurgeți soluția din precipitatul negru rezultat și acționați asupra acesteia cu o soluție de peroxid de hidrogen. Scrieți ecuațiile de reacție.
Toți compușii de plumb sunt otrăvitori!
1 g Prepararea unei soluții de peroxid de hidrogen din hidroperită.
Dacă nu ați reușit să obțineți o soluție de peroxid de hidrogen, atunci pentru lucrări de laborator puteți utiliza hidroperită, ale cărei tablete pot fi cumpărate de la o farmacie.
Hidroperitul este un compus complex de peroxid de hidrogen cu carbamidă (uree) NH 2 CONH 2 H 2 O 2 . Când se dizolvă în apă, se obține o soluție de peroxid de hidrogen și carbamidă NH 2 CONH 2. O soluție de hidroperit este folosită în locul unei soluții de peroxid de hidrogen ca antiseptic și pentru vopsirea părului. Pentru a clăti gura și gâtul, dizolvați 1 tabletă într-un pahar cu apă (soluție de peroxid de hidrogen 0,25%). O tabletă de hidroperită cântărește 1,5 g și corespunde la 15 ml
(1 lingură) soluție de peroxid de hidrogen 3%.
Calculați câte tablete de hidroperită trebuie dizolvate în 100 ml apă pentru a obține aproximativ 1% soluție de peroxid de hidrogen. Ce volum de oxigen (N.O.) poate fi obținut dintr-o tabletă de hidroperită?
Determinați empiric câți mililitri de oxigen pot fi obținuți dintr-o tabletă de hidroperită. Propuneți designul dispozitivului și asamblați-l. Aduceți volumul de oxigen eliberat în condiții normale. Pentru a obține rezultate de calcul mai precise, puteți lua în considerare presiunea de vapori a apei peste soluție, care la temperatura camerei (20 ° C) este de aproximativ 2300 Pa.
