Химия и химическа технология
Статии Снимки Таблици За сайта РусскийКатализатори за разлагане на водороден пероксид
Разлагането на пероксидните съединения се случва в присъствието на някои метали (желязо, мед, манган, кобалт, хром) и техните соли, които са катализатори. Следователно концентрираният водороден прекис, надуцетната киселина и редица други пероксиди са способни да експлодират в отсъствието на органични вещества.Практическото приложение като еднокомпонентно гориво е намерило 80-90% водороден прекис. Използван е в ракетата V-2 като помощно гориво за образуване на наро-газова смес, с помощта на която се задвижват турбините на помпите, доставящи гориво на ракетния двигател. Разлагането на водороден пероксид се извършва с помощта на твърди или течни катализатори.
Оловото е един от най-активните хетерогенни катализатори. Публикувани са различни качествени характеристики на този каталитичен процес, а именно, двувалентното олово в кисел разтвор не оказва влияние върху водородния прекис; за неговото разлагане е необходима алкална среда, в която се образува оловен диоксид. В резултат на изучаването на механизма на тази катализа се стигна до заключението, че тя може да бъде описана като редокс цикъл между двувалентно олово Pb(OH). и червено олово PbzO. Условия на висока каталитична активност възникват, когато и двете вещества присъстват като твърди фази в силно алкален разтвор, образуват се по-високи оксиди. Ефектът от различни диапазони на рН може да се характеризира по следния начин. Оловен нитрат се разтваря във водороден пероксид, за да образува бистри, стабилни разтвори. При добавяне на алкали се образува белезникаво-жълта утайка и се наблюдава слаба активност. При допълнително добавяне на алкали утайката става оранжево-червена и започва бързото разлагане на пероксида. Както се оказа, количеството алкали, необходимо за достигане на тази точка, е обратно пропорционално на количеството разтворено олово, насложено върху това явление, все още не е ясно установено влиянието на стареенето. Количеството пирофосфат, необходимо за прекратяване на катализата, е приблизително еквивалентно на това, необходимо за образуване на оловен пирофосфат PbPO. Каталитичната активност достига пик при приблизително 0,2N. алкална концентрация при по-висока концентрация, разтворимостта на оловото под формата на плумбит и плумбат се увеличава и каталитичната активност намалява. Направен е опит да се докаже съществуването на цикличен окислително-редукционен процес с помощта на радиоактивни индикатори, но той завърши с неуспех поради факта, че дори при липса на водороден неоксид се осъществява обмен между двувалентен оловен йон и оловен диоксид в азотен киселина (което съответства на литературните данни) и между плумбата и плумбата в основния разтвор (което противоречи на публикуваните данни
Ефектът от увеличаване на повърхностната площ на катализатора върху неговата каталитична активност може да бъде илюстриран с пример. Водородният пероксид може да се разложи на вода и кислород. Катализаторът за този процес е платината. На гладко полирана платинена повърхност реакцията на разлагане на H2O2 почти не се ускорява. На грапава повърхност се наблюдава слабо отделяне на кислород. Прахообразната платина доста бързо разлага водородния прекис върху платиненото черно; процесът е много енергичен и добавянето на колоиден разтвор на платина води до бурна реакция, понякога придружена от експлозия.
Оловните съединения са активни катализатори на разлагане. Оловното оборудване може да се използва успешно само в условия, където има сулфати, причиняващи образуването на инертно покритие от оловен сулфат. В някои случаи оловото се използва в растения, произвеждащи водороден прекис чрез електролитен пероксодисулфатен процес и при избелване на сурова вълна в присъствието на сулфати. Въпреки това, използването на олово в контакт с всички, освен много разредени пероксидни разтвори, може да бъде опасно и следователно трябва да се избягва.
При съхранение на разтвори на водороден прекис се използват отрицателни катализатори, за да се предотврати неговото разлагане. Като такива катализатори, наречени стабилизатори, могат да се използват малки количества фосфорна киселина, салицилова, пикочна киселина (например 1 g пикочна киселина е достатъчен за 30 литра концентриран пероксид), които предпазват водородния прекис от разлагане.
Твърдият водороден прекис е необичайно инертен. Например, ако е охладено 0,5 n. разтвор на перманганат, частици ръжда или други катализатори и не позволяват на пероксида да се размрази, разлагането изобщо не се наблюдава. Разлагането започва едва след топенето.
Колкото по-чист е водородният прекис, толкова по-бавно се разлага по време на съхранение. Особено активни катализатори за разлагането на H2O2 са съединенията на някои метали (Cp, Fe, Mn и др.) и дори следи от тях, които не могат да бъдат директно определени аналитично, действат забележимо. За да се свържат тези метали с водороден пероксид като стабилизатор, често се добавя малко (от порядъка на 1 10 000) натриев пирофосфат - N34P207.
Парогенераторът е камера, в която е поставен катализаторът. Водородният пероксид се подава в камерата, където се разлага на водна пара и кислород и се отделя топлина. Течен катализатор може да се използва и за разлагане на водороден пероксид. В този случай камерата на паро-газогенератора е камера за смесване на течен катализатор с водороден прекис и разлагане на последния.
Много концентрирани (80% и повече) водни разтвори на H2O2 се използват като източници на енергия и независимо (с помощта на катализатори за бързо разлагане на H2O2 от един литър течен водороден прекис, можете да получите около 5000 литра смес от кислород, загрята до 700 ° C с водна пара) и като окислител за реактивни горива. Водородният пероксид се използва също като окислител в химическата промишленост, като суровина за производството на много пероксидни съединения, като инициатор на процеси на полимеризация и при производството на някои порести продукти. за изкуствено отлежаване на вина, боядисване на коса, отстраняване на петна и др.
Водородният пероксид се използва широко за производство на пара и газ за работата на турбопомпена система на ракетна задвижваща система. От една страна се налагат изисквания към горивото, което осигурява работата на ВЕЦ, да има достатъчно високи енергийни показатели, за да осигури работата на помпите при минимални разходи, от друга страна да има относително ниска температура на горене. Най-разпространеното като еднокомпонентно гориво за задвижване на турбопомпа е 80-85% водороден прекис. Когато 80% водороден прекис се разложи, се получава парен газ с температура 450-500 ° C. В допълнение към пероксида, при производството на парен газ се изразходва и катализатор. За разлагането на един килограм пероксид се изразходват 0,05 kg течен катализатор, който е 35% алкохолен разтвор на KaMnO4 (натриев перманганат).
Матесън и Маас определят топлината на разлагане на 10-грамови разтвори на водороден прекис в адиабатен калориметър. Като катализатор на разлагането се използва манганов диоксид. Според тези автори разлагането е приключило внезапно и авторите не са въвели корекции за остатъчния водороден прекис. Направена е корекция за водна пара и е изчислена определена част от водния еквивалент на калориметъра. Чрез линейна екстраполация на топлината на разреждане, на базата на средната стойност от четири определяния (две определяния с 38,05% пероксид и две с 97,15% пероксид), се изчислява топлината на разлагане на безводен водороден неоксид (-23,45 kcal/mol).
Реакциите на разлагане са характерни за пропелентните компоненти, които са ендотермични вещества. По правило те могат да се съхраняват дълго време без разлагане при нормални температури, но с повишаване на температурата или под въздействието на катализатор започва разлагането, което се самоускорява под въздействието на отделената топлина. Така хидразинът, нагрят до 350°C, напълно се разлага на азот и амоняк и много по-интензивно в присъствието на оксиди на желязо, хром, мед и други катализатори. Водородният пероксид е характерно вещество, способно да се разлага с отделяне на топлина. В чиста форма той е доста стабилен и само при нагряване над 140 ° C започва да се разлага на вода и кислород с отделяне на топлина. Абсолютно чистата H2O2 може да се нагрее до кипене (151,4°C) и да се дестилира без разлагане, но дори и най-малките драскотини по стените на съда, в който се нагрява водороден прекис, могат да го доведат до разлагане. Скоростта на разлагане на пероксида зависи от неговата концентрация, стойност на pH, температура, естество и количество примеси или стабилизатори, катализиращи разлагането, физичната и химичната природа на повърхността на съдовете, съдържащи H2O2.
Елементарният въглерод не влиза в стехиометрична реакция с водороден пероксид, въпреки че разлагането, което се случва в този случай, причинява известна промяна в повърхността на въглерода. Руп и Шли съобщават, че водородният прекис окислява карбонат до мравчена киселина и формалдехид, по-късно
Цинкът има необичайните свойства да може да функционира едновременно като катализатор и стабилизатор. Както е посочено на страница 451, цинкът в разтвор на 90% водороден прекис има стабилизиращ ефект. Наблюдавано е 1153], че това действие отслабва с намаляване на концентрацията на водороден пероксид и това в разтвори със съдържание под 40 тегл. % водороден пероксид цинк вече действа като катализатор на разлагане. Това каталитично действие е открито и в смеси с други катализатори. Weiss 156] показа, че металният цинк разлага водородния прекис с отделяне на водород и кислород. Досега не е предложен механизъм, който да обясни това двойно действие на цинка. Влиянието на кадмия е изследвано само в слаби разтвори и или му се приписват слаби каталитични свойства, или се счита за напълно неефективен.
След екстракция, разтворът на антрахион съдържа около 0,1-0,3% вода, малки количества водороден прекис (като типична концентрация е дадена концентрация от 0,17 g/kg), както и различни окислени органични вещества, като органични киселини, алдехиди, кетони, д. Тези съединения могат да отровят катализатора за хидрогениране на никел и поради това трябва да бъдат отстранени преди рециркулация. Съгласно немския процес работният разтвор се изсушава с воден разтвор на калиев карбонат с концентрация 33% (тегловно), като този разтвор извлича и част от водородния прекис. Органичните вещества и следите от вода се отстраняват чрез адсорбция върху глинестия слой. Остатъчният водороден пероксид се подлага на разлагане върху слой от никел-сребърен катализатор и понякога малко количество (около 10%) от редуцирания разтвор от хидрогенатора се добавя към връщащата течност, преди да се подаде към носителя с катализатор за по-добро отстраняване на водороден прекис и разтворен кислород. В този случай се образува малко количество вода, която остава в работния разтвор.
Водородният пероксид се използва като еднокомпонентно гориво заедно с воден разтвор на калциев или натриев перманганат като катализатор. Такова гориво е използвано за самолети Focke-Wulf и Henkel с тяга на двигателя 300, 500 и 1000 kg и пускови установки за ракетни самолети.В тези системи каталитичното разлагане на водороден прекис се извършва с едновременно подаване на H2O2 и концентриран разтвор на KaMnO2 към LRE камерата или Ca(MnO 4)2. Реакцията започва бързо с плавно повишаване на налягането до 50-70 kg/cm2 за 0,01-0,02 сек.
Парен газ за задвижване на турбината се получава или от специален компонент, който не е компонент на горивото на двигателя, или от компоненти, върху които работи ракетният двигател. Водородният пероксид често се използва като източник на пара газ. За да се получи парен газ от водороден прекис, той се подлага на разлагане в парогенератор с помощта на катализатори - вещества, които насърчават разлагането.
Под действието на кислород и влага върху много метали се образуват малки количества водороден прекис, който се определя качествено чрез колориметричен метод, например с титанова сол, или чрез ефекта на Ръсел. Този ефект се основава на факта, че фотографските плочи са много чувствителни към много малки количества водороден прекис. Така Ръсел показа, че редица вещества, включително различни метали, особено след свежо полиране на повърхността, дават фотографски изображения, когато се държат близо до фотографска плоча на тъмно. Доказано е, че това се дължи на отделянето на водороден прекис. Водороден пероксид по един от посочените методи е открит при окисляването на следните метали цинк, олово, калай, сребро, живак, мед, алуминий, кадмий, магнезий и желязо. Вероятно се образува и при окисляването на много други метали. Много е трудно да се открие върху метали, които са активни катализатори за разлагането на водороден пероксид, като желязо, мед и олово. Очевидно концентрацията на водороден пероксид, която се получава при автоокислението на металите, се определя от относителните скорости на реакциите на образуване и разлагане.Откриването на водороден пероксид от един или друг автор зависи от чувствителността на използваната от него техника, т.к. както и за условията на експеримента. По-високи концентрации на водороден пероксид се намират върху повърхностите на прясно смлян метал, а също и (поне в случай на алуминий) в слабо или умерено кисели или слабо алкални водни разтвори. В процеса на окисление металът придобива отрицателен потенциал. Анодната поляризация на метала потиска образуването на водороден прекис, катодната поляризация насърчава това образуване. Не е възможно да се каже точно дали присъствието както на вода, така и на кислород е необходимо за образуването на водороден прекис, но е много вероятно да е необходимо. В един експеримент проба от алуминий в сух азот произвежда слабо фотографско изображение, но вероятно е адсорбирала кислород и вода (или само вода) от въздуха преди излагане на инертна атмосфера.
Способността на водородния пероксид да се разлага в присъствието на катализатори позволява на двигателите, работещи с този окислител, да нямат специално устройство за запалване за стартиране. При водороден пероксид е възможно така нареченото термично стартиране на двигателя. Водородният пероксид се подава в предкамерата (малък обем, който комуникира с основната горивна камера), където се разлага под въздействието на катализатор, разположен тук. Горещи газообразни продукти на разлагане на водороден прекис влизат в основната горивна камера на двигателя. След като в горивната камера се създаде необходимото налягане за нормално изгаряне на горивото, в него се подава горим компонент.
Като полимеризационни катализатори най-често се използват водоразтворими пероксидни съединения, които при разлагането дават свободни радикали. Такива съединения са водороден пероксид, калиев пероксид, персулфати и перборати. Пероксидното съединение, разтворимо в мономера, е бензоил пероксид. Установено е също, че диазоаминобензенът активно полимеризира бутадиена. Като реакционни катализатори се използват третични амини, разтворими в поне един от полимеризируемите компоненти.
Формалдехид Водороден пероксид Полимер P a 3 J Продукти на разлагане Кадмий или цинков хелат в среда на алкилиден диацетат, 10-80° C 1 0 със същия катализатор
Катализаторът може да се използва както под формата на воден разтвор, инжектиран през дюза в разлагащата камера едновременно с водороден пероксид, така и в твърда форма. В последния случай керамична дюза се импрегнира с катализатор, върху който попада разпръснат водороден прекис. 1 kg твърд катализатор може да разложи до 2000 kg 80% водороден прекис.
Водородният пероксид е добър окислител, особено в алкален разтвор. Излишният пероксид обикновено се разлага чрез кипене на алкален разтвор. Разлагането се ускорява чрез въвеждането на катализатори, като соли на никел, йодид, платинено черно. Шулек и Шчакач отстраняват излишния окислител с хлорна вода и се въвежда калиев цианид, за да се унищожи излишният хлор.
Тези методи се използват за приготвяне на порести еластомери и термопласти, които не са засегнати от продукти на разграждане. Използват се голям брой порообразуващи вещества, от които най-разпространени са натриевият и амониевият бикарбонати, амониевият нитрат, калциевият карбонат, диазопроизводните и диизоцианатите. Наситен с газ активен въглен е предложен като агент за образуване на пори. В процеса на Telely за производство на порест каучук източникът на газ е водороден прекис, който се разлага с освобождаването на кислород под действието на дрождев катализатор. равномерно разпределен навсякъде пластмасовата маса преди да настъпи отделяне на газ.
Понастоящем има няколко начина за получаване на пероцетна киселина, използвана за епоксидиране на различни ненаситени съединения. Изборът на метод зависи от позицията в молекулата на двойната връзка, която се окислява. Има два основни метода на епоксидиране, използвани в индустрията. Първо, водороден пероксид се добавя към смес от оцетна киселина, ненаситено съединение и киселинен катализатор. Пероцетната киселина, образувана като междинен продукт, окислява олефина до съединение, съдържащо епоксидни групи. При друг метод ацеталдехидът се окислява с въздух в подходящ разтворител до ацеталдехид моноперацетат, който при термично разлагане дава пероцетна киселина. Оцетната киселина и ацеталдехидът, образувани като странични продукти, се отстраняват чрез дестилация във вакуум. Тъй като епоксидирането превръща пероцетната киселина в оцетна киселина, процесът превръща ацеталдехида в оцетна киселина като страничен продукт.
Връзката между хомогенна и хетерогенна катализа е проучена слабо, главно защото елементите, способни да предизвикат и двата вида катализа, не са изследвани в целия диапазон от променливи (например pH и концентрация), които определят състоянието на катализатор. Като катализатор, в който може да се наблюдава преходът от хомогенен механизъм към хетерогенен, може да се нарече желязо. В кисел разтвор реакцията е чисто хомогенна. Въпреки това, ако pH се увеличи, започва да се появява колоиден материал и в същото време има промяна в скоростта (виж фиг. 76 на страница 440). При още по-високо pH може да се наблюдава образуването на макроскопска утайка, както и други кинетични промени. Скоростта на катализа също може да бъде повлияна от промени във физическата форма (наличие на опора за катализатора, синтероване на катализатора или промяна в кристалната структура). Въпреки че pH, при който започва да се появява колоидно вещество, все още не е напълно определено, няма съмнение, че преходът от хомогенно към хетерогенно разлагане с повишаване на pH не подлежи на никакво съмнение. Все още обаче има значителни несигурности относно естеството на промяната на механизма. В някои случаи и двата вида разлагане могат да бъдат качествено обяснени с един и същ механизъм, като циклично окисление и редукция. В същото време, образуването на комплекс или утаяването на катализатор в колоидно или твърдо състояние може да определи t-фракцията от общото количество наличен катализатор, което е в състояние действително да участва в реакцията и по този начин да повлияе на наблюдаваната скорост на разлагане. Такъв случай на образуване на комплекс възниква при катализа на полимеризацията чрез действието на пероксиди. При чисто хетерогенна катализа наблюдаваната скорост зависи от степента на дисперсия на твърдия катализатор, тъй като тази дисперсия определя размера на повърхността в контакт със средата. Напротив, напълно възможно е при прехода от хомогенна система към хетерогенна естеството на реакцията, на която се подлага водородният прекис, също да се промени радикално, например йонният механизъм може да се превърне в радикален. Възможно е при промяна на условията да има относително фина градация при прехода от един механизъм към друг. Когато се изясняват разликите между хомогенна и хетерогенна катализа, винаги трябва да се вземе предвид възможният ефект на адсорбцията от разтвор върху хомогенната катализа. По този начин едновалентното сребро, което няма каталитични свойства в хомогенна дисперсия, лесно се адсорбира от стъклото. В адсорбирано състояние той може да придобие каталитични свойства в резултат или на истинска редукция до метал, или само на поляризация. Последващата употреба на стъклената повърхност в контакт с по-алкален разтвор може също да активира адсорбираното сребро. Това е особено забележимо при повърхността на стъкления електрод.
Ефектът на тези фактори върху металното олово е силно изразен. Ако полирано олово, лишено от оксиден филм, е потопено във водороден прекис, тогава неговата активност се оказва много ниска. Постепенно се образува бяла утайка, която след натрупване се превръща в червено олово, последвано от бързо проявление на каталитична активност. Ако металното олово се потопи за кратко в разтвор на водороден прекис и незабавно се отстрани, тогава малко количество течност, прилепнала към метала, остава в спокойно състояние за кратък период от време, а след това, след образуването на филм от червено олово Pb304 върху метала, той рязко се откъсва от повърхността под действието на бурно разлагане. В този процес настъпва разтваряне на олово, което несъмнено е свързано с наблюдаваното разрушаване на пасивността на оловото под действието на водороден прекис, но пероксидът не влияе върху растежа на дендритите върху него. Описано е практическото приложение на оловните катализатори за разлагане на концентриран водороден пероксид в системи, използвани за производство на електроенергия.
Често е трудно да се определи дали пероксидите, изолирани от реакционната смес, са водороден пероксид или дали са органични пероксиди, доскоро бяха правени малко опити за определяне на структурата на тези пероксиди. Заключенията относно естеството на пероксидите могат да се направят въз основа на следните доказателства: 1) съставът на газа и течността, образувани по време на разлагането на пероксида (например водородният прекис дава кислород и вода; хидроксиалкил хидропероксидът, когато се разлага с алкали , дава водород и киселина; метиловият хидропероксид, когато се разлага от платинено черно, дава въглероден диоксид) 2) различни цветни реакции, например реакции с използване на титанова сол, която се счита за много специфична за водороден прекис (виж глава 10) 3) реакция характеристики с кисел разтвор на калиев йодид (метил хидропероксид, например, реагира само в присъствието на сулфат на желязо като катализатор, но не реагира в присъствието на амониев молибдат, освен това скоростта на окисление на йодида до йод значително зависи от естеството на пероксида) 4) образуването на неразтворими неорганични пероксиди, като калциев пероксид или натриев пероксоборат, с въвеждането на подходящи добавки към продукта, което доказва наличието на водороден пероксид или хидроксиалкил хидропероксиди 5) сравнение на спектрите на абсорбция с тези спектри за известни пероксиди 6) определяне на коефициентите на разпределение с етер 7) методи на хроматографско разделяне 8) определяне на скоростта на термично разлагане на различни пероксиди при температурата на реакционната зона и 9) полярографски методи
В един конкретен случай, когато присъствието на нитрат в 30% (тегловно) разтвор на водороден пероксид се оказа вредно, той се отстранява от него главно чрез адсорбция върху активен въглен със сравнително малко разлагане на пероксида. Като лабораторен метод се предлага също пречистване на водороден пероксид чрез бързо добавяне, при разбъркване, първо разтвор на железен хлорид, а след това калциев карбонат и бързо филтриране на сместа през тигел на Gooch. Следващото добавяне на концентрирана сярна киселина премахва остатъчния жълт цвят и утаява калция. Първите две добавени вещества вероятно образуват утайка от воден железен хидроксид (II), който, имайки висок адсорбционен капацитет, може да улавя малки количества примеси. Въпреки това, съединенията на желязото са мощни катализатори на разлагане и дори малки количества, останали след споменатата обработка, могат да причинят значително разлагане. Трудно е да си представим, че този вид техника, съчетана с въвеждането на неприемливо замърсяване, има някакви предимства пред метода на утаяване с калаен оксид хидрат. В най-добрия случай може да настъпи забележимо разлагане на пероксида; в най-лошия случай този процес е свързан с опасността, свързана с добавянето на каталитично активни вещества към пероксида, особено ако те се въвеждат в забележима концентрация. Следователно описаният метод в никакъв случай не може да бъде препоръчан.
И сифони могат да се получат от различни компании, произвеждащи водороден прекис, и тук не се спираме на тези въпроси. Най-важните предпазни мерки са: 1) избягване на контакт на пероксида с активни катализатори, като материали, съдържащи желязо, мед, манган и повечето други метали, както и прах и алкални съединения, които могат да причинят бързо разлагане 2) избягване на контакт с органични вещества които могат да се запалят или образуват експлозивни смеси с концентриран водороден прекис 3) винаги осигурявайте адекватна вентилация на оборудването, в което може да се съхранява водороден прекис, или временно 4) избягвайте прекомерно високи температури. Физиологичните ефекти на водородния пероксид са описани на страница 153. Пероксидът с концентрация от около 50 тегл.% или по-малко обикновено не възпламенява незабавно случайно разлят горим материал, като например дрехи, но ако се остави да изсъхне, тогава, тъй като водата се изпарява по-лесно, концентрацията на пероксид се увеличава, което понякога води до самозапалване. Замърсените материали, съдържащи каталитични примеси или други горими вещества, като дърво или дрехи, особено вълна, често се запалват спонтанно, когато са изложени на концентриран водороден прекис. Във всички случаи разлят пероксид трябва да се измие с много вода.
В някои индустриални центрове човек трябва да се сблъска с трудността да се елиминират отпадъчните води, съдържащи водороден пероксид, като се изхвърлят във водни обекти. По този начин, концентрации на водороден пероксид над 40 mg / l имат токсичен ефект върху малките пъстърви, по-ниските концентрации са напълно безвредни за период от 48 часа. Най-добрият метод за освобождаване на водата от остатъчния водороден прекис зависи от естеството на другите отпадъци, съдържащи се във водата, така че в присъствието на редуциращи агенти (хидразин или метилов алкохол), например в отпадни води от ракетна изпитателна станция, е желателно е първо да се предизвика взаимодействие между пероксида и тези вещества. Тъй като водородният прекис лесно се разлага в алкална среда, както и под действието на различни метални катализатори, според един от методите за третиране на остатъчния пероксид, се предлага да се добави вар към водата, за да се доведе pH до 11, а след това въведете разтворима манганова сол, като хлорид, така че концентрацията на манган да е около 4 mg/l. При това рН манганът очевидно се превръща във фина утайка от хидрат на манганов оксид, който е много ефективен катализатор. Сместа трябва да се разбърква до пълното разлагане на пероксида и след като утайката се утаи, отпадъчните води трябва да се изхвърлят в резервоара. Утаената утайка вероятно може да се използва повторно.
Принципът на прехвърляне на заряд, разбира се, е от голямо значение, но тези явления все още не са съвсем ясни и не са свързани в последователна надеждна теория. Например, бариевият пероксид, почти целият изграден от йони, е стабилен. Работите, цитирани по-долу, показват, че въвеждането на електрон-донорни заместители в ацил пероксидите ускорява разлагането. Очевидно всяко такова сравнение е валидно само за подобни процеси, т.е. за разрушаване на същата връзка в една и съща среда поради само хомогенен или хетерогенен процес, включващ същия или еквивалентен реагент, инициатор и дикатализатор. По този начин, ако се вземе предвид хомогенното разлагане в газовата фаза, тогава органичните пероксиди очевидно са по-малко стабилни от водородния пероксид. Напротив, примерът на реакциите с железен йон показва, че водородният прекис е най-реактивният от всички изследвани пероксиди. По-специално, трябва да се прави разлика между чувствителността на всеки пероксид към експлозия или детонация и скоростта, с която той реагира при строго определени условия. Основи на общата химия, том 2 издание 3 (1973) -- [
И природни ресурси
Катедра по химия и екология
ИЗУЧВАНЕ НА СКОРОСТТА НА РЕАКЦИЯТА НА РАЗГЛАДАНЕ
ВОДОРОДЕН ПЕРОКСИД В ПРИСЪСТВИЕ НА КАТАЛИЗАТОР
ГАЗОВ МЕТОД.
в дисциплината "Физична и колоидна химия"
за специалност 060301.65 − Фармация
Велики Новгород
1 Целта на работата…………………………………………………………………………………..3
2 Основни теоретични положения……………………………………………………….3
4 Експериментална част…………………………………………………………………4
4.1 Разлагане на водороден пероксид в присъствието на манганов диоксид MnO2 ………..……………………………………………………………………………….4
4.2 Разлагане на водороден пероксид в присъствието на катализатор при температура Т2 ................................ .............................. ................... ................................................6
5 Изисквания към съдържанието на доклада…………………………………………………………..6
6 Примерни контролни въпроси и задачи………………………………………………7
1 ЦЕЛИ НА РАБОТАТА
1. Определете скоростната константа, реда на реакцията, времето на полуразпад при температура T1.
2. Построете графика на зависимостта на количеството освободен O2 от времето, определете графично периода на полуразпад.
3. Определете енергията на активиране на реакцията, изчислете температурния коефициент на скоростта на реакцията.
2 ОСНОВНИ ТЕОРЕТИЧНИ ПОЛОЖЕНИЯ
Използването на водороден прекис в много технологични процеси, медицина и селско стопанство се основава на неговите окислителни свойства. Процесът на разлагане на H2O2 във водни разтвори протича спонтанно и може да бъде представен с уравнението:
H2O2®H2O +1/2 O2
Процесът може да се ускори с катализатор. Това могат да бъдат аниони и катиони, като CuSO4 (хомогенна катализа). Твърдите катализатори (въглища, метали, соли и метални оксиди) също имат ускоряващ ефект върху разлагането на H2O2. Ходът на хетерогенна каталитична реакция на разлагане на H2O2 се влияе от pH на средата, състоянието на повърхността и каталитичните отрови, например C2H5OH, CO, HCN, H2S.
В клетките на растения, животни и хора се извършва и каталитично разлагане на водороден прекис. Процесът се осъществява под действието на ензими каталаза и пероксидаза, които за разлика от небиологичните катализатори имат изключително висока каталитична активност и специфичност на действие.
Разлагането на H2O2 е придружено от освобождаване на O2. Обемът на освободения кислород е пропорционален на количеството разложен водороден прекис. Хартията използва газометричен метод.
3 ИЗИСКВАНИЯ ЗА БЕЗОПАСНОСТ
При извършване на тази лабораторна работа е необходимо да се спазват общите правила за работа в химическа лаборатория.
4 ЕКСПЕРИМЕНТАЛНО
4.1 Разлагане на водороден пероксид в присъствието на манганов диоксидMNO2 .
Преди да започнете експеримента, е необходимо да подготвите катализатор: намажете малко парче стъклена пръчка с BF лепило или нишестена паста. Необходимо е да намажете само края с лепило, да изсипете малко прах MnO2 върху стъклото на часовника, да докоснете края на пръчката до праха, така че малко количество MnO2 да остане върху стъклото. Лепилото Изсушете няколко минути (1-2 минути). Налягането вътре в системата за събиране на H2O2 трябва да се доведе до атмосферно налягане: отворете запушалката на реакционната тръба, използвайте балансираща бутилка, за да настроите нивото на водата в бюретата на нула.
Схемата на уреда за измерване скоростта на разлагане на H2O2 е показана на фиг.1.
вода
 |
епруветка с H2O2
Gif" width="10">.gif" width="10"> катализатор
Фиг.1 - Инструмент за изследване на кинетиката на разлагането на H2O2.
2 ml от 3% разтвор на H2O2 се измерват с пипета или мерителен цилиндър, изсипват се в епруветка 1. Ако експериментът се провежда при стайна температура, пригответе хронометър, таблица за записване на експериментални данни, Потопете нанесения катализатор върху парче стъклен прът в епруветката. Затворете реакционния съд със запушалка. Обемът на освободения кислород се записва първо след 30 s, след което интервалът може да се увеличи до 1 минута.
Тъй като нивото на течността в бюретата намалява, изравнителната бутилка се понижава, така че нивото на течността в бюретата и бутилката да не се променя, разликата в нивото е минимална.
Реакцията се счита за завършена, когато нивото на течността в бюретата спре да пада.
Обемът на кислорода, съответстващ на пълното разлагане на H2O2 -V¥, може да се получи, ако реакционният съд се постави в чаша с гореща вода. След охлаждане на тръбата до стайна температура. След това се определя обемът на O2, съответстващ на пълното разлагане на H2O2.
Таблица - Експериментални данни
Ако приемем, че редът на реакцията е първи, константата на скоростта на реакцията се изчислява от кинетично уравнение от първи ред:
Въз основа на резултатите от експеримента се изчислява средната стойност на константата на скоростта на реакцията.
Времето на полуразпад на водородния пероксид се изчислява от уравнението:
t0,5 = 0,693/k като се използва средната скоростна константа.
Определете скоростната константа и времето на полуразпад графично, като използвате зависимостта Vt= f (t) и ln(V¥ - Vt) = f (t), които са показани на фиг. 2 и фиг. 3. Сравнете резултатите, получени по два метода – аналитичен и графичен.
V¥https://pandia.ru/text/80/128/images/image032_11.gif" width="211" height="12">.gif" width="616" height="64">
t, min t, min
Ориз. 2 – Зависимост Vt = f(t) Фиг.3 – Зависимост ln(V¥ – Vt) = f(t)
4.2 Разлагане на водороден пероксид в присъствието на катализатор при температура Т2
Експериментът се повтаря, като реакционният съд се постави във водна баня или в чаша вода при температура Т2 (по указание на учителя). Данните се въвеждат в таблицата:
Познавайки константите на скоростта k1 и k2 при две различни температури, можем да изчислим енергията на активиране Ea, използвайки уравнението на Арениус:
Ea = 
Освен това можете да изчислите температурния коефициент, като използвате правилото на Van't Hoff:
k2/k1 = γ ∆t/10
5 ИЗИСКВАНИЯ КЪМ СЪДЪРЖАНИЕТО НА ДОКЛАДА
Докладът трябва да съдържа:
1. цел на работата;
2. резултати от измерване на обема на кислорода, освободен при разлагането на пероксида;
3. изчисляване на константата на скоростта на реакцията и на полуразпада (полуразпада) на водородния пероксид;
4. графика на зависимостта Vt = f(t) и резултатите от графичното определяне на времето на полуразпад на водородния прекис;
5. графика на зависимостта ln(V¥ – Vt) = f(t) за определяне на константата на скоростта на реакцията;
6. резултати от измерване на обема кислород, отделен при разлагането на пероксида при повишена температура и изчисляване на константата на скоростта на реакцията;
7. изчисляване на енергията на активиране по уравнението на Арениус и изчисляване на температурния коефициент на скоростта на реакцията по правилото на Van't Hoff;
8. заключения.
6 ПРИМЕРНИ ВЪПРОСИ И ВЪПРОСИ
1. Константата на скоростта на реакцията зависи от:
а) естеството на реагентите;
б) температура;
в) концентрации на реактиви;
г) времето, изминало от началото на реакцията.
2. Ред на реакция
а) формална стойност;
б) се определя само експериментално;
в) може да се изчисли теоретично;
d) е равна на сумата от експонентите p + q, в уравнението υ = k · CAp · CBq.
3. Енергия на активиране на химична реакция
а) излишната енергия спрямо средната енергия на молекулите, необходима за активизиране на сблъсъка между молекулите;
б) зависи от естеството на реагентите;
в) измерено в J/mol;
г) нараства с въвеждането на катализатор в системата.
4. Времето на полуразпад на определен радиоактивен изотоп е 30 дни. Изчислете времето, след което количеството на изотопа ще бъде 10% от първоначалното.
5. Реакцията от първи ред при определена температура протича с 25% за 30 минути. Изчислете полуживота на изходния материал.
6. Колко пъти ще се увеличи скоростта на реакцията с повишаване на температурата с 40K, ако температурният коефициент на скоростта на реакцията е 3?
7. С повишаване на температурата с 40K скоростта на определена реакция се увеличава с 39,06 пъти. Определете температурния коефициент на скоростта на реакцията.
Водородният пероксид (пероксид) е безцветна сиропирана течност с плътност, която се втвърдява при -. Това е много крехко вещество, което може да се разложи с експлозия във вода и кислород и се отделя голямо количество топлина:
Водните разтвори на водороден пероксид са по-стабилни; на хладно място могат да се съхраняват доста дълго време. Перхидрол - разтвор, който се продава - съдържа. Той, както и в силно концентрирани разтвори на водороден прекис, съдържа стабилизиращи добавки.
Разлагането на водородния прекис се ускорява от катализаторите. Ако, например, малко манганов диоксид се хвърли в разтвор на водороден прекис, тогава настъпва бурна реакция и се отделя кислород. Катализаторите, които насърчават разлагането на водородния прекис, включват мед, желязо, манган, както и йони на тези метали. Вече следи от тези метали могат да причинят разпад.
Водородният пероксид се образува като междинен продукт по време на горенето на водорода, но поради високата температура на водородния пламък веднага се разлага на вода и кислород.
Ориз. 108. Схема на структурата на молекулата. Ъгълът е близо до , ъгълът е близо до . Дължини на връзките:.
Въпреки това, ако водороден пламък е насочен към парче лед, в получената вода могат да бъдат открити следи от водороден прекис.
Водородният пероксид се получава и чрез действието на атомарния водород върху кислорода.
В промишлеността водородният прекис се получава главно чрез електрохимични методи, например анодно окисляване на разтвори на сярна киселина или амониев хидросулфат, последвано от хидролиза на получената пероксисулфурна киселина (виж § 132). Процесите, протичащи в този случай, могат да бъдат представени с диаграма:
При водородния пероксид водородните атоми са ковалентно свързани с кислородните атоми, между които също възниква проста връзка. Структурата на водородния прекис може да се изрази със следната структурна формула: H-O-O-H.
Молекулите имат значителна полярност, което е следствие от тяхната пространствена структура (фиг. 106).
В молекулата на водороден пероксид връзките между водородните и кислородните атоми са полярни (поради изместването на общите електрони към кислорода). Следователно, във воден разтвор, под въздействието на полярни водни молекули, водородният прекис може да отцепи водородните йони, тоест има киселинни свойства. Водородният пероксид е много слаба двуосновна киселина във воден разтвор; той се разлага, макар и в малка степен, на йони:
Дисоциация на втория етап
практически не тече. Потиска се от наличието на вода – вещество, което се дисоциира, за да образува водородни йони в по-голяма степен от водородния прекис. Въпреки това, когато водородните йони са свързани (например, когато алкалите се въвеждат в разтвор), настъпва дисоциация във втория етап.
Водородният пероксид реагира директно с някои основи, за да образува соли.
И така, под действието на водороден пероксид върху воден разтвор на бариев хидроксид, утайката от бариевата сол на водороден пероксид се утаява:
Солите на водородния прекис се наричат пероксиди или пероксиди. Те се състоят от положително заредени метални йони и отрицателно заредени йони, чиято електронна структура може да бъде представена със схемата:
Степента на окисление на кислорода във водородния прекис е -1, т.е. има междинна стойност между степента на окисление на кислорода във водата и в молекулния кислород (0). Следователно водородният пероксид има свойствата както на окислител, така и на редуциращ агент, т.е. проявява редокс двойственост. Въпреки това окислителните свойства са по-характерни за него, тъй като стандартният потенциал на електрохимичната система
в който той действа като окислител, е 1,776 V, докато стандартният потенциал на електрохимичната система
в който водородният прекис е редуциращ агент, е 0,682 V. С други думи, водородният прекис може да окислява вещества, които не надвишават 1,776 V, и да възстанови само тези, които са повече от 0,682 V. Според табл. 18 (на страница 277) можете да видите, че първата група включва много повече вещества.
Примери за реакции, при които той служи като окислител, са окисляването на калиев нитрит
и изолиране на йод от калиев йодид:
Използва се за избелване на тъкани и кожи, използва се в медицината (3% разтвор - дезинфектант), в хранително-вкусовата промишленост (за консервиране на храни), в селското стопанство за обработка на семена, както и в производството на редица органични съединения, полимери, порести материали. Като силен окислител водородният прекис се използва в ракетната технология.
Водородният прекис се използва и за подновяване на стари картини с маслени бои, които с времето са потъмнели поради превръщането на бялото олово в черен оловен сулфид под въздействието на следи от сероводород във въздуха. Когато такива картини се измиват с водороден прекис, оловен сулфид се окислява до бял оловен сулфат:
О.С.ЗАЙЦЕВ
УЧЕБНА КНИГА ПО ХИМИЯ
ЗА УЧИТЕЛИ В СРЕДНО УЧИЛИЩЕ,
УЧЕНИЦИ НА ПЕДАГОГИЧЕСКИ УНИВЕРСИТЕТИ И УЧЕНИЦИ ОТ 9-10 КЛАС,
РЕШИХА ДА СЕ ОТВЕЧЕМ НА ХИМИЯТА И ПРИРОДНИТЕ НАУКИ
УЧЕБНИК ЗАДАЧА ЛАБОРАТОРНА ПРАКТИКА НАУЧНИ РАЗПОВЕСТИ ЗА ЧЕТЕНЕ
Продължение. Виж 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 Редокс реакции
(продължение)
ЗАДАЧИ И ВЪПРОСИ
1. Използвайки електронно-йонния метод за избор на стехиометрични коефициенти, съставете уравненията на редокс реакциите, които протичат съгласно следните схеми (формулата на водата не е посочена):
Моля, имайте предвид, че сред съединенията има органични вещества! Опитайте се да намерите коефициенти, използвайки степени на окисление или валентности.
2.
Изберете произволни две уравнения на електродните реакции:
Съставете едно обобщено уравнение от двете написани уравнения на електродните процеси. Назовете окислителя и редуктора. Изчислете ЕДС на реакцията, нейната ги равновесната константа. Направете заключение за посоката на изместване на равновесието на тази реакция.
Ако сте забравили какво да направите, запомнете казаното по-горе. Изписвате произволни две уравнения от този списък. Погледнете стойностите на техните електродни потенциали и пренапишете едно от уравненията в обратна посока. Какво, защо и защо?Не забравяйте, че броят на дадените и получените електрони трябва да бъде равен, умножете коефициентите по определен брой (който?)и сумирайте двете уравнения. Електродните потенциали също се сумират, но не ги умножавате по броя на електроните, участващи в процеса. Положителната стойност на EMF показва възможността за реакция. За изчисление ги равновесните константи, заменете стойността на ЕМП, която сте изчислили, във формулите, които са получени по-рано.
3. Стабилен ли е водният разтвор на калиев перманганат? По друг начин въпросът може да се формулира по следния начин: ще реагира ли перманганатният йон с вода, за да образува кислород, ако
4. Окислението с кислород във въздуха във воден разтвор се описва с уравнението:
O2 + 4H + + 4 д\u003d 2H 2 O, Е= 0,82 V.
Определете дали е възможно да се окислят веществата, записани от дясната страна на което и да е уравнение на задача 2, с кислород от въздуха. Редуциращите агенти са записани от дясната страна на тези уравнения. Учителят ще ви даде номера на уравнението.
Може да ви е трудно да изпълните тази задача. Това е основният недостатък на вашия характер - струва ви се, че задачата е невъзможна и веднага се отказвате от опитите да я решите, въпреки че имате всички необходими знания. В този случай трябва да напишете уравнението на реакцията между кислородните и водородните йони и уравнението, което ви интересува. Вижте коя от реакциите има по-висока способност да дарява електрони (потенциалът му трябва да бъде по-отрицателен или по-малко положителен), пренапишете уравнението му в обратна посока, променяйки знака на потенциала на електрода на противоположния, и го сумирайте с друго уравнение. Положителната стойност на EMF ще покаже, че реакцията е възможна.
5.
Напишете уравнението за реакцията между перманганатния йон и водороден пероксид H 2 O 2 . При реакцията се образуват Mn 2+ и O 2. Какви коефициенти получихте?
И получих следното уравнение:
7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2O.
Намерете грешка, ако съм допуснал такава, или обяснете защо вашите коефициенти са различни. Тази задача е предназначена да тества вашата изобретателност и познания по материала от други раздели по химия.
Реакцията на перманганатен йон с водороден пероксид в кисел разтвор (сярна киселина) може да бъде представена с няколко уравнения с различни коефициенти, например:
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 2O.
Посочете причината за това и напишете поне още едно уравнение за реакцията на перманганатния йон с водороден пероксид.
Ако сте успели да обясните причината за такова странно явление, обяснете причината за възможността да напишете следните уравнения:
3H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 4O 2 + 6H 2 O,
H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 3O 2 + 4H 2O.
Могат ли реакциите да протичат според тези две уравнения?
Отговор.Реакцията на перманганатни йони с водороден пероксид се наслагва от паралелна реакция на разлагане на водороден пероксид:
2H 2 O 2 \u003d O 2 + 2H 2 O.
Можете да сумирате основното уравнение на реакцията с безкраен брой от това уравнение и да получите много уравнения с различни стехиометрични коефициенти.
6. Тази задача може да послужи като тема на есе или доклад.
Обсъдете възможността за преминаване на редукционната реакция на йони Fe 3+ с водороден пероксид във воден разтвор:
2Fe 3+ + H 2 O 2 \u003d 2Fe 2+ + O 2 + 2H +.
Изчислете ЕДС на реакцията, нейната ги равновесната константа, като се използват стандартните електродни потенциали:
Изследването на зависимостта на скоростта на реакцията от концентрацията на компонентите показа, че с увеличаване на концентрацията на Fe 3+ или H 2 O 2 поотделно скоростта на реакцията се удвоява. Какво е кинетичното уравнение на реакцията? Определете как скоростта на реакцията ще се промени с увеличаване на концентрацията на Fe 3+ или H 2 O 2 три пъти. Предскажете как ще се промени скоростта на реакцията, когато разтворът се разреди два или десет пъти с вода.
Предложен е следният реакционен механизъм:
H 2 O 2 \u003d H + H + (бързо),
Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (бавен),
Fe 3+ + HO 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (бързо).
Докажете, че този механизъм не противоречи на горната зависимост на скоростта от концентрациите на реагентите. Какъв е ограничителният етап? Каква е неговата молекулярност и какъв е неговият ред? Какъв е общият ред на реакцията? Обърнете внимание на съществуването на такива сложни йони и молекули като H и HO 2 и на факта, че при всяка реакция се образуват две или дори три частици. (Защо няма етапи с образуването на една частица?)
7. Преведете на руски.
Важен тип реакция е реакцията на пренос на електрон, известна още като окислително-редукционна или редокс реакция. При такава реакция изглежда, че един или повече електрони се прехвърлят от един атом на друг. Окислението е дума, която първоначално е означавала комбинация с газ кислород, но толкова много други реакции приличат на реакции с кислород, че терминът в крайна сметка е разширен, за да се отнася до всяка реакция, при която вещество или вид губят електрони. Намаляването е усилване на електроните. Терминът изглежда произхожда от металургичната терминология: редуцирането на руда до нейния метал. Редукцията е точно обратното на окисляването. Окислението не може да се осъществи, без да има редукция, съчетана с него; тоест електроните не могат да бъдат загубени, освен ако нещо друго не ги спечели.
ЛАБОРАТОРНО ИЗСЛЕДВАНЕ
Предложените ви задачи, както и преди, са кратки научни статии. За експериментите са избрани реакции, които са важни не само в химията, но и в екологията. Не е необходимо да завършите всички експерименти - изберете тези, които ви интересуват. Желателно е да се работи в малки групи (по 2-3 човека). Това намалява времето на експеримента, избягва грешки и най-важното ви позволява да участвате в научна комуникация, която развива научната реч.
1. Редокс свойства на водородния прекис.
Водородният пероксид H 2 O 2 е най-важният окислител, който се използва в ежедневието, в технологиите, при пречистването на водата от органични замърсители. Водородният пероксид е екологично чист окислител, т.к продуктите от разпадането му - кислород и вода - не замърсяват околната среда. Известна е ролята на водородния прекис и пероксидните органични съединения в процесите на биологична окислително-редукционна.
3-6% разтвори на водороден прекис за битови и образователни цели обикновено се приготвят от 30% разтвор чрез разреждане с вода. Водородният пероксид се разлага по време на съхранение с отделяне на кислород (не съхранявайте в плътно затворени контейнери!). Колкото по-ниска е концентрацията на водороден прекис, толкова по-стабилен е той. За забавяне на разлагането се използват добавки от фосфорна, салицилова киселини и други вещества. Солите на желязото, медта, мангана и ензима каталаза имат особено силен ефект върху водородния прекис.
3% разтвор на водороден прекис в медицината се използва за измиване на устата и гаргара при стоматит и възпалено гърло.
30% разтвор на водороден прекис се нарича перхидрол. Перхидролът не е експлозивен. Попадайки върху кожата, перхидролът причинява изгаряния, парене, сърбеж и образуване на мехури, докато кожата побелява. Изгореното място трябва да се изплакне бързо с вода. Перхидролът в медицината се използва за лечение на гнойни рани и за лечение на венците при стоматит. В козметологията се използва за премахване на старчески петна по кожата на лицето. Петната от водороден пероксид върху дрехите не могат да бъдат премахнати. Водородният пероксид се използва в текстилната индустрия за избелване на вълна и коприна, както и кожи.
Производството на концентрирани (90-98%) разтвори на водороден прекис непрекъснато нараства. Съхранявайте такива разтвори в алуминиеви съдове с добавка на натриев пирофосфат Na 4 P 2 O 7 . Концентрираните разтвори могат да се разлагат експлозивно. Концентриран разтвор на водороден пероксид върху оксиден катализатор се разлага при 700 °C на водна пара и кислород, който служи като окислител за горивото в реактивните двигатели.
Водородният пероксид може да проявява както окислителни, така и редуциращи свойства.
Ролята на окислителя за водородния прекис е по-типична:
H2O2 + 2H + + 2 д\u003d 2H 2 O,
например в реакция:
2KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 \u003d I 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O.
Водороден пероксид като редуциращ агент:
1) в кисела среда:
H2O2-2 д\u003d O 2 + 2H +;
2) в основната (алкална) среда:
H2O2 + 2OH - - 2 д\u003d O 2 + 2H 2 O.
Примери за реакции:
1) в кисела среда:
2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2O;
2) в основната среда:
2KMnO 4 + H 2 O 2 + 2KOH \u003d 2K 2 MnO 4 + O 2 + 2H 2 O
Окислителните свойства на водородния прекис са по-изразени в кисела среда, докато редуциращите свойства са по-силно изразени в алкална.
1а. Разлагане на водороден прекис.
Изсипете 2-3 ml разтвор на водороден прекис в епруветка и загрейте разтвора на водна баня. Изпускането на газ трябва да започне. (Какво?)Докажете експериментално, че това е точно газът, който сте очаквали да получите.
Пуснете зрънце манганов диоксид в друга епруветка с разтвор на водороден прекис. Докажете, че се отделя същия газ.
Напишете уравнението за разлагане на водороден прекис и отделно уравненията за приемане и връщане на електрони. Какъв тип редокс реакция е това?
Изчислете ЕМП на реакцията, ако:
Коя от тези две реакции има по-голяма способност да дарява електрони и трябва да бъде пренаписана в обратна посока? Изчислете от стойността на ЕМП на реакцията греакции и равновесната константа.
Сравнете резултатите с ги равновесна константа, получена от термодинамични данни:
Съвпаднаха ли изчисленията ви? Ако има някакво несъответствие в резултатите, опитайте се да намерите причините.
1б. Откриване на водороден прекис.
Към разреден и подкиселен със сярна киселина разтвор (2-3 ml) калиев йодид се добавят няколко капки разтвор на водороден прекис. Разтворът ще стане жълто-кафяв. Когато към него се добавят няколко капки разтвор на нишесте, цветът на сместа моментално става син. Напишете уравнението на реакцията (образувани вещества, които знаете!).
Изчислете ЕМП на реакцията, за да сте сигурни, че реакцията е възможна (изберете реакцията, от която се нуждаете):
1в. Черен оловен сулфид и водороден прекис.
Старите майстори рисуват картините си с бои, приготвени на базата на оловно бяло, което включва белия основен карбонат 2PbCO 3 Pb(OH) 2 . С течение на времето оловното бяло става черно, а боите на тяхна основа променят цвета си поради действието на сероводород и се образува черен оловен сулфид PbS. Ако картината се избърше внимателно с разреден разтвор на водороден прекис, оловният сулфид се превръща в бял оловен сулфат PbSO 4 и картината почти напълно се връща към първоначалния си вид.
Изсипете 1–2 ml от 0,1 М разтвор на оловен нитрат Pb (NO 3) 2 или оловен ацетат Pb (CH 3 COO) 2 в епруветка (продава се в аптека като оловен лосион). Добавете малко разтвор на сероводород или натриев сулфид. Изцедете разтвора от получената черна утайка и действайте върху нея с разтвор на водороден прекис. Напишете уравнения на реакциите.
Всички оловни съединения са отровни!
1g Приготвяне на разтвор на водороден прекис от хидроперит.
Ако не сте успели да получите разтвор на водороден прекис, тогава за лабораторна работа можете да използвате хидроперит, чиито таблетки могат да бъдат закупени в аптека.
Хидроперитът е сложно съединение на водороден прекис с карбамид (урея) NH 2 CONH 2 H 2 O 2 . При разтваряне във вода се получава разтвор на водороден прекис и карбамид NH 2 CONH 2. Като антисептик и за боядисване на косата вместо разтвор на водороден прекис се използва разтвор на хидроперит. За да изплакнете устата и гърлото, разтворете 1 таблетка в чаша вода (0,25% разтвор на водороден прекис). Една таблетка хидроперит тежи 1,5 g и отговаря на 15 ml
(1 супена лъжица) 3% разтвор на водороден прекис.
Изчислете колко таблетки хидроперит трябва да се разтворят в 100 ml вода, за да се получи приблизително 1% разтвор на водороден прекис. Какъв обем кислород (NO) може да се получи от една таблетка хидроперит?
Определете емпирично колко милилитра кислород могат да бъдат получени от една таблетка хидроперит. Предложете дизайна на устройството и го сглобете. Доведете обема на освободения кислород до нормални условия. За да получите по-точни резултати от изчисленията, можете да вземете предвид парното налягане на водата над разтвора, което при стайна температура (20 ° C) е приблизително 2300 Pa.
Цел и задачи 1. Цел: Да се установи кои продукти съдържат катализатори, които ускоряват разграждането на водородния пероксид и кои не. 2. Задачи: o Разберете какво е катализатор o Проведете експеримент с водороден прекис и разберете кои продукти са катализатор. 1. Цел: Да разберем кои продукти съдържат катализатори, които ускоряват разграждането на водородния прекис и кои не. 2. Задачи: o Разберете какво е катализатор o Проведете експеримент с водороден прекис и разберете кои продукти са катализатор.
Какви продукти са катализатори? 1. Взехме хематоген, накапахме водороден прекис и видяхме, че се отделя кислород. водороден пероксид се разлага. 2. Взехме и други храни, като сурово месо, сурови картофи, цвекло, хляб, чесън, банан, какао и открихме, че те също съдържат катализатор.
Заключение В хода на работата установихме, че продуктите, съдържащи катализатори за разлагане на водородния прекис са: хематоген, сурово месо, сурови картофи, цвекло, хляб, чесън, банан, какао. Те не са: ябълка, чаени листа, бисквитки, портокал/мандарина, наденица, пушено месо, кетчуп, мед, шоколадови бонбони. Научихме също какво е катализатор и как да проведем този експеримент.
