Peroxid vodíka (peroxid) je bezfarebná sirupovitá kvapalina s hustotou, ktorá tuhne pri -. Ide o veľmi krehkú látku, ktorá sa môže výbuchom rozložiť na vodu a kyslík a uvoľňuje sa veľké množstvo tepla:

Vodné roztoky peroxidu vodíka sú stabilnejšie; na chladnom mieste sa dajú skladovať pomerne dlho. Perhydrol - roztok, ktorý ide do predaja - obsahuje. Rovnako ako vo vysoko koncentrovaných roztokoch peroxidu vodíka obsahuje stabilizačné prísady.

Rozklad peroxidu vodíka urýchľujú katalyzátory. Ak sa napríklad vhodí trochu oxidu manganičitého do roztoku peroxidu vodíka, dôjde k prudkej reakcii a uvoľní sa kyslík. Medzi katalyzátory, ktoré podporujú rozklad peroxidu vodíka, patrí meď, železo, mangán, ako aj ióny týchto kovov. Už stopy týchto kovov môžu spôsobiť rozklad.

Peroxid vodíka vzniká ako medziprodukt pri spaľovaní vodíka, no vplyvom vysokej teploty plameňa vodíka sa okamžite rozkladá na vodu a kyslík.

Ryža. 108. Schéma štruktúry molekuly. Uhol je blízko , uhol je blízko . Dĺžka odkazu: .

Ak je však plameň vodíka nasmerovaný na kus ľadu, vo výslednej vode možno nájsť stopy peroxidu vodíka.

Peroxid vodíka sa získava aj pôsobením atómového vodíka na kyslík.

V priemysle sa peroxid vodíka získava najmä elektrochemickými metódami, napríklad anodickou oxidáciou roztokov kyseliny sírovej alebo hydrosíranu amónneho s následnou hydrolýzou vzniknutej kyseliny peroxysírovej (pozri § 132). Procesy prebiehajúce v tomto prípade možno znázorniť pomocou diagramu:

V peroxide vodíka sú atómy vodíka kovalentne viazané na atómy kyslíka, medzi ktorými sa vyskytuje aj jednoduchá väzba. Štruktúra peroxidu vodíka môže byť vyjadrená nasledujúcim štruktúrnym vzorcom: H-O-O-H.

Molekuly majú výraznú polaritu, ktorá je dôsledkom ich priestorovej štruktúry (obr. 106).

V molekule peroxidu vodíka sú väzby medzi atómami vodíka a kyslíka polárne (v dôsledku vytesnenia spoločných elektrónov smerom ku kyslíku). Preto môže peroxid vodíka vo vodnom roztoku pod vplyvom polárnych molekúl vody odštiepiť vodíkové ióny, to znamená, že má kyslé vlastnosti. Peroxid vodíka je veľmi slabá dvojsýtna kyselina vo vodnom roztoku; rozkladá sa, aj keď v malom rozsahu, na ióny:

Disociácia na druhom stupni

prakticky netečie. Potláča ho prítomnosť vody – látky, ktorá disociuje za vzniku vodíkových iónov vo väčšej miere ako peroxid vodíka. Keď sú však vodíkové ióny viazané (napríklad, keď sa do roztoku zavádza zásada), dochádza v druhom stupni k disociácii.

Peroxid vodíka priamo reaguje s niektorými zásadami za vzniku solí.

Takže pri pôsobení peroxidu vodíka na vodný roztok hydroxidu bárnatého sa vyzráža zrazenina báryovej soli peroxidu vodíka:

Soli peroxidu vodíka sa nazývajú peroxidy alebo peroxidy. Pozostávajú z kladne nabitých iónov kovov a záporne nabitých iónov, ktorých elektronickú štruktúru možno znázorniť pomocou diagramu:

Stupeň oxidácie kyslíka v peroxide vodíka je -1, t.j. má strednú hodnotu medzi stupňom oxidácie kyslíka vo vode a v molekulárnom kyslíku (0). Preto má peroxid vodíka vlastnosti oxidačného aj redukčného činidla, t.j. vykazuje redoxnú dualitu. Napriek tomu sú pre ňu charakteristické oxidačné vlastnosti, pretože štandardný potenciál elektrochemického systému

v ktorom pôsobí ako oxidačné činidlo, je 1,776 V, pričom štandardný potenciál elektrochemického systému

v ktorom je peroxid vodíka redukčným činidlom, je 0,682 V. Inými slovami, peroxid vodíka môže oxidovať látky, ktoré nepresahujú 1,776 V, a obnoviť iba tie, ktoré majú viac ako 0,682 V. Podľa tabuľky. 18 (na strane 277) môžete vidieť, že prvá skupina zahŕňa oveľa viac látok.

Príklady reakcií, v ktorých slúži ako oxidačné činidlo, sú oxidácia dusitanu draselného

a izolácia jódu z jodidu draselného:

Používa sa na bielenie tkanín a kožušín, používa sa v medicíne (3% roztok - dezinfekčný prostriedok), v potravinárstve (na konzervovanie potravín), v poľnohospodárstve na morenie semien, ako aj pri výrobe množstva organických zlúčenín, polyméry, porézne materiály. Ako silné oxidačné činidlo sa peroxid vodíka používa v raketovej technike.

Peroxid vodíka sa používa aj na obnovu starých olejomalieb, ktoré časom stmavli v dôsledku premeny bieleho olova na čierny sulfid olovnatý pod vplyvom stôp sírovodíka vo vzduchu. Keď sa takéto maľby umyjú peroxidom vodíka, sulfid olovnatý sa oxiduje na biely síran olovnatý:

O.S.ZAYTSEV

NÁUČNÁ KNIHA Z CHÉMIE

PRE UČITEĽOV STREDNÝCH ŠKOL,
ŠTUDENTI PEDAGOGICKÝCH VYSOKÝCH ŠKOL A ŠKOLÁCI 9.–10.
ROZHODLI SA VENOVAŤ CHÉMII A PRÍRODOVEDE

UČEBNICOVÁ ÚLOHA LABORATÓRNE PRAXE VEDECKÉ ROZPRÁVKY NA ČÍTANIE

Pokračovanie. Pozri č. 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 Redoxné reakcie

(pokračovanie)

ÚLOHY A OTÁZKY

1. Pomocou elektrón-iónovej metódy výberu stechiometrických koeficientov zostavte rovnice redoxných reakcií, ktoré prebiehajú podľa nasledujúcich schém (vzorec vody nie je uvedený):

Upozorňujeme, že medzi zlúčeninami sú organické látky! Pokúste sa nájsť koeficienty pomocou oxidačných stavov alebo valencií.
2. Vyberte si ľubovoľné dve rovnice elektródových reakcií:

Zostavte jednu súhrnnú rovnicu z dvoch napísaných rovníc elektródových procesov. Vymenujte oxidačné činidlo a redukčné činidlo. Vypočítajte emf reakcie, jeho G a rovnovážna konštanta. Urobte záver o smere posunu v rovnováhe tejto reakcie.

Ak ste zabudli, čo máte robiť, pamätajte na to, čo bolo povedané vyššie. Vypíšte ľubovoľné dve rovnice z tohto zoznamu. Pozrite sa na hodnoty ich elektródových potenciálov a prepíšte jednu z rovníc v opačnom smere. Čo, prečo a prečo? Pamätajte, že počty daných a prijatých elektrónov sa musia rovnať, vynásobte koeficienty určitým číslom (ktorý?) a spočítajte obe rovnice. Elektródové potenciály sú tiež sčítané, ale nevynásobíte ich počtom elektrónov zapojených do procesu. Pozitívna hodnota EMF indikuje možnosť reakcie. Pre výpočet G a rovnovážne konštanty, nahraďte hodnotu EMF, ktorú ste vypočítali, do vzorcov, ktoré boli odvodené skôr.

3. Je vodný roztok manganistanu draselného stabilný? Iným spôsobom možno otázku formulovať takto: bude manganistanový ión reagovať s vodou za vzniku kyslíka, ak

4. Oxidácia vzdušným kyslíkom vo vodnom roztoku je opísaná rovnicou:

02 + 4H++ 4 e\u003d 2H20, E= 0,82 V.

Určte, či je možné vzdušným kyslíkom oxidovať látky napísané na pravej strane ktorejkoľvek rovnice úlohy 2. Na pravej strane týchto rovníc sú napísané redukčné činidlá. Učiteľ vám dá číslo rovnice.

Možno bude pre vás ťažké splniť túto úlohu. Toto je hlavná chyba vašej postavy - zdá sa vám, že úloha je nemožná a okamžite sa vzdáte pokusu o jej vyriešenie, hoci máte všetky potrebné znalosti. V tomto prípade by ste mali napísať rovnicu reakcie medzi iónmi kyslíka a vodíka a rovnicu, ktorá vás zaujíma. Pozrite sa, ktorá z reakcií má vyššiu schopnosť darovať elektróny (jej potenciál by mal byť zápornejší alebo menej pozitívny), prepíšte jej rovnicu opačným smerom, zmeňte znamienko elektródového potenciálu na opačné a spočítajte to inou rovnicou. Pozitívna hodnota EMF bude znamenať, že reakcia je možná.

5. Napíšte rovnicu pre reakciu manganistanu a peroxidu vodíka H 2 O 2 . Pri reakcii vzniká Mn2+ a O2. Aké šance ste dostali?
A dostal som nasledujúcu rovnicu:

7H202 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 602 + 10H20.

Nájdite chybu, ak som nejakú urobil, alebo vysvetlite, prečo sú vaše koeficienty odlišné. Táto úloha je navrhnutá tak, aby otestovala vašu vynaliezavosť a znalosti z materiálu iných sekcií chémie.

Reakciu manganistanu s peroxidom vodíka v kyslom roztoku (kyselina sírová) možno znázorniť niekoľkými rovnicami s rôznymi koeficientmi, napríklad:

5H202 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 502 + 8H20,

7H202 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 602 + 10H20,

9H202 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 702 + 12H20.

Uveďte dôvod a napíšte ešte aspoň jednu rovnicu pre reakciu manganistanu s peroxidom vodíka.

Ak sa vám podarilo vysvetliť dôvod takého zvláštneho javu, vysvetlite dôvod možnosti napísať nasledujúce rovnice:

3H202 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 402 + 6H20,

H202 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 302 + 4H20.

Môžu reakcie prebiehať podľa týchto dvoch rovníc?

Odpoveď. Reakcia manganistanových iónov s peroxidom vodíka je superponovaná paralelnou rozkladnou reakciou peroxidu vodíka:

2H202 \u003d 02 + 2H20.

Môžete sčítať základnú reakčnú rovnicu s nekonečným počtom tejto rovnice a získať veľa rovníc s rôznymi stechiometrickými koeficientmi.

6. Táto úloha môže slúžiť ako téma eseje alebo správy.

Diskutujte o možnosti prechodu redukčnej reakcie iónov Fe 3+ s peroxidom vodíka vo vodnom roztoku:

2Fe3+ + H202 \u003d 2Fe2+ + O2 + 2H+.

Vypočítajte emf reakcie, jeho G a rovnovážnej konštanty s použitím štandardných elektródových potenciálov:

Štúdium závislosti rýchlosti reakcie na koncentrácii zložiek ukázalo, že so zvýšením koncentrácie Fe 3+ alebo H 2 O 2 jednotlivo sa rýchlosť reakcie zdvojnásobuje. Aká je kinetická rovnica reakcie? Určte, ako sa zmení rýchlosť reakcie s trojnásobným zvýšením koncentrácie Fe 3+ alebo H 2 O 2 . Predpovedajte, ako sa zmení rýchlosť reakcie, keď sa roztok dvakrát alebo desaťkrát zriedi vodou.
Bol navrhnutý nasledujúci reakčný mechanizmus:

H202 \u003d H + H + (rýchlo),

Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO2 (pomaly),

Fe3+ + H02 = Fe2+ + H + + O2 (rýchlo).

Dokážte, že tento mechanizmus nie je v rozpore s vyššie uvedenou závislosťou rýchlosti od koncentrácií reaktantov. Čo je to obmedzujúce štádium? Aká je jeho molekulová hmotnosť a aké je jej poradie? Aké je všeobecné poradie reakcie? Venujte pozornosť existencii takých zložitých iónov a molekúl ako H a HO 2 a skutočnosti, že pri každej reakcii vznikajú dve alebo dokonca tri častice. (Prečo neexistujú štádiá s tvorbou jednej častice?)

7. Preložiť do ruštiny.

Dôležitým typom reakcie je reakcia prenosu elektrónov, známa tiež ako oxidačno-redukčná alebo redoxná reakcia. Zdá sa, že pri takejto reakcii dochádza k prenosu jedného alebo viacerých elektrónov z jedného atómu na druhý. Oxidácia je slovo pôvodne označované kombináciou s plynným kyslíkom, ale bolo vidno toľko ďalších reakcií, ktoré sa podobajú reakciám s kyslíkom, že termín bol nakoniec rozšírený na akúkoľvek reakciu, pri ktorej látka alebo druh stráca elektróny. Redukcia je zisk elektrónov. Zdá sa, že tento termín má svoj pôvod v metalurgickej terminológii: redukcia rudy na jej kov. Redukcia je presný opak oxidácie. Oxidácia nemôže prebehnúť bez toho, aby s ňou nebola spojená redukcia; to znamená, že elektróny nemožno stratiť, pokiaľ ich nezíska niečo iné.

LABORATÓRNY VÝSKUM

Úlohy, ktoré vám boli ponúknuté, sú rovnako ako predtým krátke výskumné práce. Pre experimenty boli vybrané reakcie, ktoré sú dôležité nielen v chémii, ale aj v ekológii. Nie je potrebné dokončiť všetky experimenty - vyberte si tie, ktoré vás zaujímajú. Je žiaduce pracovať v malých skupinách (každý 2-3 ľudia). Tým sa skráti čas experimentu, predíde sa chybám a čo je najdôležitejšie, umožní vám to zapojiť sa do vedeckej komunikácie, ktorá rozvíja vedeckú reč.

1. Redoxné vlastnosti peroxidu vodíka.

Peroxid vodíka H 2 O 2 je najdôležitejšie oxidačné činidlo, ktoré sa používa v každodennom živote, v technike, pri čistení vody od organických nečistôt. Peroxid vodíka je ekologické oxidačné činidlo, pretože produkty jeho rozkladu – kyslík a voda – neznečisťujú životné prostredie. Úloha peroxidu vodíka a peroxidových organických zlúčenín v procesoch biologickej oxidácie-redukcie je známa.
3–6 % roztoky peroxidu vodíka pre domáce a vzdelávacie účely sa zvyčajne pripravujú z 30 % roztoku zriedením vodou. Peroxid vodíka sa počas skladovania rozkladá za uvoľňovania kyslíka (neskladujte v tesne uzavretých nádobách!). Čím nižšia je koncentrácia peroxidu vodíka, tým je stabilnejšia. Na spomalenie rozkladu sa používajú prísady kyseliny fosforečnej, salicylovej a iných látok. Zvlášť silný účinok na peroxid vodíka majú soli železa, medi, mangánu a enzým kataláza.
3% roztok peroxidu vodíka v medicíne sa používa na umývanie úst a kloktanie pri stomatitíde a bolestiach hrdla.
30% roztok peroxidu vodíka sa nazýva perhydrol. Perhydrol nie je výbušný. Perhydrol, ktorý sa dostane na pokožku, spôsobuje popáleniny, pálenie, svrbenie a pľuzgiere, pričom koža zbelie. Popálené miesto treba rýchlo opláchnuť vodou. Perhydrol v medicíne sa používa na liečbu hnisavých rán a na liečbu ďasien so stomatitídou. V kozmeteológii sa používa na odstránenie stareckých škvŕn na koži tváre. Škvrny peroxidu vodíka na oblečení sa nedajú odstrániť. Peroxid vodíka sa používa v textilnom priemysle na bielenie vlny a hodvábu, ako aj kožušín.
Výroba koncentrovaných (90–98 %) roztokov peroxidu vodíka neustále rastie. Takéto roztoky skladujte v hliníkových nádobách s prídavkom pyrofosforečnanu sodného Na4P207. Koncentrované roztoky sa môžu explozívne rozkladať. Koncentrovaný roztok peroxidu vodíka na oxidovom katalyzátore sa pri 700 °C rozkladá na vodnú paru a kyslík, ktorý slúži ako okysličovadlo paliva v prúdových motoroch.

Peroxid vodíka môže vykazovať oxidačné aj redukčné vlastnosti.
Úloha oxidačného činidla pre peroxid vodíka je typickejšia:

H202 + 2H++ 2 e\u003d 2H20,

napríklad v reakcii:

2KI + H202 + H2S04 \u003d I2 + K2S04 + 2H20.

Peroxid vodíka ako redukčné činidlo:
1) v kyslom prostredí:

H202-2 e\ 02 + 2H+;

2) v základnom (alkalickom) médiu:

H202 + 2OH--2 e\u003d O2 + 2H20.

Príklady reakcií:
1) v kyslom prostredí:

2KMn04 + 5H202 + 3H2S04 = K2S04 + 2MnS04 + 502 + 8H20;

2) v hlavnom prostredí:

2KMnO4 + H202 + 2KOH \u003d 2K2Mn04 + O2 + 2H20

Oxidačné vlastnosti peroxidu vodíka sú výraznejšie v kyslom prostredí, kým redukčné sú výraznejšie v alkalickom.

1a. Rozklad peroxidu vodíka.

Do skúmavky nalejte 2–3 ml roztoku peroxidu vodíka a roztok zohrejte vo vodnom kúpeli. Malo by sa začať uvoľňovať plyn. (Čo?) Experimentálne dokážte, že je to presne ten plyn, ktorý ste očakávali.
Do ďalšej skúmavky s roztokom peroxidu vodíka kvapnite zrnko oxidu manganičitého. Dokážte, že sa uvoľňuje rovnaký plyn.
Napíšte rovnicu pre rozklad peroxidu vodíka a zvlášť rovnice pre príjem a návrat elektrónov. O aký typ redoxnej reakcie ide?
Vypočítajte EMF reakcie, ak:

Ktorá z týchto dvoch reakcií má väčšiu schopnosť darovať elektróny a mala by byť prepísaná v opačnom smere? Z hodnoty EMF reakcie vypočítajte G reakcie a rovnovážna konštanta.

Porovnajte výsledky s G a rovnovážna konštanta získaná z termodynamických údajov:

Zhodovali sa vaše výpočty? Ak sú vo výsledkoch nejaké nezrovnalosti, skúste nájsť príčiny.

1b. Detekcia peroxidu vodíka.

Do zriedeného a okysleného roztoku kyseliny sírovej (2-3 ml) jodidu draselného pridajte niekoľko kvapiek roztoku peroxidu vodíka. Roztok sa zmení na žltohnedý. Keď sa k nej pridá niekoľko kvapiek škrobového roztoku, farba zmesi sa okamžite zmení na modrú. Napíšte rovnicu reakcie (formované látky viete!).
Vypočítajte EMF reakcie, aby ste sa uistili, že reakcia je možná (vyberte reakciu, ktorú potrebujete):

1c. Čierny sulfid olovnatý a peroxid vodíka.

Starí majstri maľovali svoje obrazy farbami pripravenými na báze olovnatej beloby, ktorá obsahovala biely zásaditý uhličitan 2PbCO 3 Pb(OH) 2 . Olovená beloba časom sčernie a farby na nich založené pôsobením sírovodíka menia farbu a vzniká čierny sírnik olovnatý PbS. Ak sa obraz opatrne utrie zriedeným roztokom peroxidu vodíka, sulfid olovnatý sa zmení na biely síran olovnatý PbSO 4 a obraz sa takmer úplne vráti do pôvodného vzhľadu.

Do skúmavky nalejte 1–2 ml 0,1 M roztoku dusičnanu olovnatého Pb (NO 3) 2 alebo octanu olovnatého Pb (CH 3 COO) 2 (predáva sa v lekárni ako olovrant). Pridajte trochu roztoku sírovodíka alebo sulfidu sodného. Zo vzniknutej čiernej zrazeniny scedíme roztok a pôsobíme naň roztokom peroxidu vodíka. Napíšte reakčné rovnice.
Všetky zlúčeniny olova sú jedovaté!

1 g Príprava roztoku peroxidu vodíka z hydroperitu.

Ak sa vám nepodarilo získať roztok peroxidu vodíka, potom na laboratórne práce môžete použiť hydroperit, ktorého tablety sa dajú kúpiť v lekárni.

Hydroperit je komplexná zlúčenina peroxidu vodíka s karbamidom (močovinou) NH 2 CONH 2 H 2 O 2 . Po rozpustení vo vode sa získa roztok peroxidu vodíka a karbamidu NH2CONH2. Roztok hydroperitu sa používa namiesto roztoku peroxidu vodíka ako antiseptikum a na farbenie vlasov. Na vypláchnutie úst a hrdla rozpustite 1 tabletu v pohári vody (0,25 % roztok peroxidu vodíka). Jedna tableta hydroperitu váži 1,5 g a zodpovedá 15 ml
(1 polievková lyžica) 3% roztok peroxidu vodíka.

Vypočítajte, koľko tabliet hydroperitu by sa malo rozpustiť v 100 ml vody, aby ste získali približne 1 % roztok peroxidu vodíka. Aký objem kyslíka (N.O.) možno získať z jednej tablety hydroperitu?
Empiricky určte, koľko mililitrov kyslíka možno získať z jednej tablety hydroperitu. Navrhnite dizajn zariadenia a zostavte ho. Uveďte objem uvoľneného kyslíka do normálnych podmienok. Ak chcete získať presnejšie výsledky výpočtu, môžete vziať do úvahy tlak pary vody nad roztokom, ktorý je pri izbovej teplote (20 ° C) približne 2300 Pa.