Пероксид водорода
Строение и свойства
Молекула \(\ce{H2O2}\) не плоская: связи O–H лежат в двух плоскостях, образующих угол около 111° — «раскрытая книга». Связь O–O слабая (около 210 кДж/моль) — отсюда неустойчивость и окислительная сила.
Чистый \(\ce{H2O2}\) — бесцветная сиропообразная жидкость (т. кип. 150 °C), смешивается с водой в любых отношениях. Слабая кислота: \(\ce{H2O2 <=> H+ + HO2-}\), \(pK_a = 11{,}6\); с гидроксидом бария даёт осадок \(\ce{BaO2}\).
history_eduТенар и «окисленная вода»
Луи Жак Тенар в 1818 году получил пероксид водорода действием кислоты на пероксид бария и назвал его «окисленной водой». Он же заметил, что платина, серебро и оксид марганца разлагают это вещество, сами не изменяясь, — одно из первых наблюдений катализа.
scienceРазложение пероксида водорода
- \(\ce{2H2O2 ->[MnO2] 2H2O + O2 ^}\) — бурное выделение газа.
- \(\ce{2H2O2 ->[каталаза] 2H2O + O2 ^}\) — фермент крови: одна молекула каталазы разлагает миллионы молекул в секунду; поэтому перекись «шипит» на ране.
- \(\ce{2H2O2 ->[Fe^2+/Fe^3+] 2H2O + O2}\) — через радикалы \(\ce{HO*}\) (реактив Фентона окисляет органику).
boltСтабилизаторы
Товарный пероксид водорода содержит стабилизаторы — фосфаты, станнат натрия, связывающие следы ионов металлов, которые катализируют разложение. Хранят его в тёмной посуде.
Окислитель и восстановитель
Окислитель (особенно в кислой среде, \(E^\circ = 1{,}78\) В): \(\ce{H2O2 + 2KI + H2SO4 -> I2 + K2SO4 + 2H2O}\); \(\ce{PbS + 4H2O2 -> PbSO4 + 4H2O}\) — реставрация картин; \(\ce{2Cr(OH)3 + 3H2O2 + 4NaOH -> 2Na2CrO4 + 8H2O}\) — в щелочной среде.
Восстановитель (с сильными окислителями, \(E^\circ(\ce{O2/H2O2}) = 0{,}68\) В): \(\ce{2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 -> 2MnSO4 + 5O2 + K2SO4 + 8H2O}\); \(\ce{Ag2O + H2O2 -> 2Ag + O2 + H2O}\); \(\ce{Cl2 + H2O2 -> 2HCl + O2}\) — удаление остатков хлора в отбелке.
infoПочему пероксид разлагается сам
\(E^\circ(\ce{H2O2/H2O}) = 1{,}78\) В > \(E^\circ(\ce{O2/H2O2}) = 0{,}68\) В — по правилу Латимера (урок 82) пероксид диспропорционирует. Термодинамика «за», мешает только кинетика; катализатор снимает запрет.
scienceПромышленное получение (антрахиноновый процесс)
- Антрахинон восстанавливают водородом на палладии до антрагидрохинона.
- Антрагидрохинон окисляют кислородом воздуха: образуется \(\ce{H2O2}\) и снова антрахинон.
Итог: \(\ce{H2 + O2 -> H2O2}\) — водород и кислород соединяются, а органическое вещество работает как переносчик. Так производят почти весь пероксид водорода в мире.
Определение содержания
Концентрацию пероксида водорода определяют титрованием перманганатом в сернокислой среде:
Индикатор не нужен: первая лишняя капля перманганата окрашивает раствор в розовый цвет.
Второй способ — иодометрия: \(\ce{H2O2 + 2I- + 2H+ -> I2 + 2H2O}\), выделившийся иод титруют тиосульфатом (\(\ce{I2 + 2S2O3^2- -> 2I- + S4O6^2-}\)). На 1 моль \(\ce{H2O2}\) — 2 моль тиосульфата.
bolt«Объёмная» концентрация
В технике концентрацию пероксида выражают «объёмами»: «10-объёмный» раствор выделяет при разложении 10 объёмов кислорода (н. у.) на 1 объём раствора. Это около 3 % по массе.
edit_noteАптечная перекись
3 %-й раствор: в 100 г — 3,0 г \(\ce{H2O2}\) (0,088 моль). При разложении — 0,044 моль \(\ce{O2}\), почти 1 л газа. Не храните перекись в плотно закрытом прозрачном флаконе на солнце!
push_pinГлавное
\(\ce{H2O2}\) — неплоская молекула («раскрытая книга», двугранный угол около 111°), слабая кислота (\(pK_a = 11{,}6\)). Кислород \(-1\) — промежуточная степень окисления: окислитель (\(E^\circ(\ce{H2O2/H2O}) = 1{,}78\) В) и восстановитель (\(E^\circ(\ce{O2/H2O2}) = 0{,}68\) В); термодинамически неустойчив к диспропорционированию \(\ce{2H2O2 -> 2H2O + O2}\), которое катализируют \(\ce{MnO2}\), ионы металлов, каталаза. Промышленность — антрахиноновый процесс. Содержание определяют перманганатометрически: \(\ce{2MnO4- + 5H2O2 + 6H+ -> 2Mn^2+ + 5O2 + 8H2O}\).
Закрепите теорию: 9 заданий с проверкой и подсказками, урок зачитывается от 70 %.