Paljud 19. sajandi teadlased, kes said puhta vesinikperoksiidi, märkisid selle ühendi ohtlikkust. Niisiis, kui nad püüdsid eraldada N

Vesinikperoksiidi tootmisele pühendatud artiklis ei võrrelnud Tenard seda ainet siirupiga, võib-olla pidas ta silmas seda, et puhas H

Sagedamini kohtate vähem kontsentreeritud 30% H lahust

Ensüümid, mis mõjutavad vesinikperoksiidi reaktsioone, mängivad olulist rolli raku elus. Keha varustatakse energiaga oksüdatsioonireaktsioonide kaudu, mis hõlmavad kopsudest tulevat hapnikku. Nendes reaktsioonides moodustub vahepeal H

H lagunemisreaktsioon

HO 2 . + Fe 3+

H lagunemisreaktsioonid

O.S.ZAYTSEV

KEEMIA RAAMAT

KESKOOLI ÕPETAJATELE,
PEDAGOOGIAÜLIKOOLIDE ÕPILASED JA 9–10 KLASSI KOOLILASED,
KES ON OTSUSTANUD PÜHENDADA ENNAST KEEMIALE JA LOODUSTEADUSELE

ÕPIK ÜLESANNE LABORATOORI PRAKTIKALISED TEADUSLOOD LUGEMISEKS

Jätkamine. Vt 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 Redoksreaktsioonid

(jätk)

ÜLESANDED JA KÜSIMUSED

1. Kasutades stöhhiomeetriliste koefitsientide valimiseks elektronioonimeetodit, koostage võrrandid redoksreaktsioonide jaoks, mis kulgevad vastavalt järgmistele skeemidele (vee valemit pole näidatud):

Pange tähele, et ühendid sisaldavad orgaanilisi aineid! Proovige leida koefitsiente oksüdatsiooniolekute või valentside abil.
2. Valige kaks elektroodi reaktsioonivõrrandit:

Koostage kahest elektroodiprotsesside kirjutatud võrrandist üks kokkuvõtlik võrrand. Nimetage oksüdeeriv aine ja redutseerija. Arvutage reaktsiooni EMF, selle G ja tasakaalukonstant. Tehke järeldus selle reaktsiooni tasakaalunihke suuna kohta.

Kui olete unustanud, mida teha, pidage meeles ülal öeldut. Sellest loendist saate kirjutada mis tahes kaks võrrandit. Vaadake nende elektroodide potentsiaalide väärtusi ja kirjutage üks võrrand ümber vastupidises suunas. Milline, miks ja miks? Pidage meeles, et antud ja vastuvõetud elektronide arv peab olema võrdne, korrutage koefitsiendid teatud arvuga (milline?) ja liita mõlemad võrrandid. Elektroodide potentsiaalid on samuti summeeritud, kuid te ei korruta neid protsessis osalevate elektronide arvuga. Positiivne EMF väärtus näitab reaktsiooni võimalust. Arvutamiseks G ja tasakaalukonstandid, asendage arvutatud EMF väärtus varem tuletatud valemitega.

3. Kas kaaliumpermanganaadi vesilahus on stabiilne? Küsimuse saab sõnastada erinevalt järgmiselt: kas permanganaadi ioon reageerib veega ja moodustab hapnikku, kui

4. Oksüdeerumist õhuhapniku toimel vesilahuses kirjeldatakse võrrandiga:

O2 + 4H + + 4 e= 2H20, E= 0,82 V.

Tehke kindlaks, kas ülesande 2 võrrandi paremale küljele kirjutatud aineid on võimalik oksüdeerida nende võrrandite paremale poolele. Õpetaja ütleb teile võrrandi numbri.

Teil võib olla raske seda ülesannet täita. See on teie iseloomu peamine viga - teile tundub, et ülesanne on võimatu ja loobute kohe selle lahendamisest, kuigi teil on kõik vajalikud teadmised. Sel juhul peaksite kirjutama hapniku ja vesinikuioonide vahelise reaktsiooni võrrandi ja teid huvitava võrrandi. Vaadake, millisel reaktsioonil on suurem võime elektrone loovutada (selle potentsiaal peaks olema negatiivsem või vähem positiivne), kirjutage selle võrrand ümber vastupidises suunas, pöörates elektroodi potentsiaali märki ja summage teise võrrandiga. Positiivne EMF väärtus näitab reaktsiooni võimalust.

5. Kirjutage permanganaadi iooni ja vesinikperoksiidi H 2 O 2 vahelise reaktsiooni võrrand. Reaktsiooni käigus tekib Mn 2+ ja O 2 . Mis koefitsiendi sa said?
Ja ma leidsin järgmise võrrandi:

7H2O2 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 6O2 + 10H2O.

Leidke viga, kui ma selle tegin, või selgitage, miks teie koefitsiendid on erinevad. Selle ülesande eesmärk on testida teie intelligentsust ja teadmisi teistest keemiaosadest pärit materjalide kohta.

Permanganaadi iooni reaktsiooni vesinikperoksiidiga happelises lahuses (väävelhape) saab esitada mitme erineva koefitsiendiga võrrandiga, näiteks:

5H2O2 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O,

7H2O2 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 6O2 + 10H2O,

9H2O2 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 7O2 + 12H2O.

Märkige selle põhjus ja kirjutage veel vähemalt üks võrrand permanganaadi iooni ja vesinikperoksiidi reaktsiooni kohta.

Kui suutsite selgitada sellise kummalise nähtuse põhjust, selgitage järgmiste võrrandite kirjutamise võimaluse põhjust:

3H2O2 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 4O2 + 6H2O,

H2O2 + 2 + 6H+ = 2Mn2+ + 3O2 + 4H2O.

Kas reaktsioonid võivad toimuda nende kahe võrrandi järgi?

Vastus. Permanganaadi ioonide reaktsioon vesinikperoksiidiga on kattuvad vesinikperoksiidi lagunemise paralleelreaktsiooniga:

2H2O2 = O2 + 2H2O.

Saate põhireaktsiooni võrrandi liita lõpmatult suure arvu võrrandiga ja saada palju erineva stöhhiomeetrilise koefitsiendiga võrrandeid.

6. See ülesanne võib olla essee või aruande teema.

Arutage Fe 3+ ioonide redutseerimisreaktsiooni võimalust vesinikperoksiidiga vesilahuses:

2Fe 3+ + H2O2 = 2Fe 2+ + O2 + 2H+.

Arvutage reaktsiooni EMF, selle G ja tasakaalukonstant, kasutades standardseid elektroodipotentsiaale:

Reaktsioonikiiruse sõltuvuse komponentide kontsentratsioonist uuring näitas, et kui Fe 3+ või H 2 O 2 individuaalne kontsentratsioon kahekordistub, siis reaktsioonikiirus kahekordistub. Mis on reaktsiooni kineetiline võrrand? Määrake, kuidas muutub reaktsiooni kiirus, kui Fe 3+ või H 2 O 2 kontsentratsioon suureneb kolm korda. Ennustage, kuidas muutub reaktsioonikiirus, kui lahus lahjendatakse kaks või kümme korda veega.
Välja on pakutud järgmine reaktsioonimehhanism:

H 2 O 2 = H + H + (kiire),

Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (aeglane),

Fe 3+ + HO 2 = Fe 2+ + H + + O 2 (kiire).

Tõesta, et see mehhanism ei ole vastuolus ülaltoodud kiiruse sõltuvusega reagentide kontsentratsioonidest. Milline etapp piirab? Mis on selle molekulaarsus ja milline on selle järjestus? Milline on reaktsiooni üldine järjekord? Pange tähele komplekssete ioonide ja molekulide, nagu H ja HO 2, olemasolu ning seda, et iga reaktsioon tekitab kaks või isegi kolm osakest. (Miks pole ühe osakese moodustumise etappe?)

7. Tõlgi vene keelde.

Oluline reaktsioonitüüp on elektronide ülekandereaktsioon, tuntud ka kui oksüdatsiooni-redutseerimis- või redoksreaktsioon. Sellises reaktsioonis näib, et üks või mitu elektroni kandub ühelt aatomilt teisele. Oksüdatsioon on sõna, mis algselt tähendas kombinatsiooni gaasilise hapnikuga, kuid nii palju muid reaktsioone nähti sarnanevat reaktsioonidega hapnikuga, et terminit laiendati lõpuks, viidates mis tahes reaktsioonile, mille käigus aine või liik kaotab elektrone. Reduktsioon on võimenduselektronid. Tundub, et see termin pärineb metallurgia terminoloogiast: maagi redutseerimine selle metalliks. Redutseerimine on just oksüdatsiooni vastand. Oksüdatsioon ei saa toimuda ilma sellega seotud redutseerimiseta; see tähendab, et elektronid ei saa kaduda, kui neid ei võida miski muu.

LABORATOORNE UURIMUS

Sulle pakutavad ülesanded, nagu varemgi, on lühikesed uurimistööd. Katseteks valiti reaktsioonid, mis on olulised mitte ainult keemias, vaid ka ökoloogias. Kõiki katseid pole üldse vaja lõpetada - valige need, mis teid huvitavad. Soovitav on töötada väikestes rühmades (2-3 inimest). See vähendab katseaega, väldib vigu ja, mis kõige tähtsam, võimaldab osaleda teadussuhtluses, mis arendab teaduskeelt.

1. Vesinikperoksiidi redoksomadused.

Vesinikperoksiid H 2 O 2 on kõige olulisem oksüdeerija, mida kasutatakse igapäevaelus, tehnoloogias ja vee puhastamisel orgaanilistest saasteainetest. Vesinikperoksiid on keskkonnasõbralik oksüdeerija, kuna selle lagunemissaadused – hapnik ja vesi – ei saasta keskkonda. Vesinikperoksiidi ja peroksiidi orgaaniliste ühendite roll bioloogilistes oksüdatsiooni-redutseerimisprotsessides on teada.
Vesinikperoksiidi 3–6% lahused majapidamises ja õppetöös valmistatakse tavaliselt 30% lahusest veega lahjendades. Vesinikperoksiid laguneb ladustamise ajal, vabastades hapniku (ei saa hoida tihedalt suletud anumates!). Mida madalam on vesinikperoksiidi kontsentratsioon, seda stabiilsem see on. Lagunemise aeglustamiseks lisage fosforit, salitsüülhapet ja muid aineid. Eriti tugevalt mõjutavad vesinikperoksiidi raua, vase, mangaani ja ensüümi katalaasi soolad.
3% vesinikperoksiidi lahust kasutatakse meditsiinis stomatiidi ja kurguvalu korral suu pesemiseks ja kuristamiseks.
30% vesinikperoksiidi lahust nimetatakse perhüdrool. Perhüdrool ei ole plahvatusohtlik. Kui perhüdrool satub nahale, põhjustab see põletusi, põletust, sügelust ja villide teket ning nahk muutub valgeks. Põletatud ala tuleb kiiresti veega loputada. Perhüdrooli kasutatakse meditsiinis mädaste haavade raviks ja igemete raviks stomatiidi korral. Kosmetoloogias kasutatakse seda näonaha vanuselaikude eemaldamiseks. Vesinikperoksiidi plekke riietelt ei saa eemaldada. Vesinikperoksiidi kasutatakse tekstiilitööstuses villa ja siidi, aga ka karusnahkade pleegitamiseks.
Vesinikperoksiidi kontsentreeritud (90–98%) lahuste tootmine kasvab pidevalt. Selliseid lahuseid hoitakse alumiiniummahutites, millele on lisatud naatriumpürofosfaati Na 4 P 2 O 7 . Kontsentreeritud lahused võivad plahvatuslikult laguneda. Vesinikperoksiidi kontsentreeritud lahus oksiidkatalüsaatoril laguneb 700 °C juures veeauruks ja hapnikuks, mis toimib reaktiivmootorites kütuse oksüdeerijana.

Vesinikperoksiidil võib olla nii oksüdeerivaid kui ka redutseerivaid omadusi.
Vesinikperoksiidi oksüdeeriva aine roll on tüüpilisem:

H2O2 + 2H + + 2 e= 2H20,

näiteks reaktsioonis:

2KI + H 2 O 2 + H 2 SO 4 = I 2 + K 2 SO 4 + 2H 2 O.

Vesinikperoksiid redutseerijana:
1) happelises keskkonnas:

H 2 O 2 – 2 e= O2 + 2H+;

2) põhilises (aluselises) keskkonnas:

H 2 O 2 + 2OH - – 2 e= O2 + 2H2O.

Näited reaktsioonidest:
1) happelises keskkonnas:

2KMnO4 + 5H2O2 + 3H2SO4 = K2S04 + 2MnS04 + 5O2 + 8H2O;

2) põhikeskkonnas:

2KMnO4 + H2O2 + 2KOH = 2K2MnO4 + O2 + 2H2O

Vesinikperoksiidi oksüdeerivad omadused on rohkem väljendunud happelises keskkonnas ja redutseerivad omadused leeliselises keskkonnas.

1a. Vesinikperoksiidi lagunemine.

Valage katseklaasi 2–3 ml vesinikperoksiidi lahust ja soojendage lahust veevannis. Gaasi vabastamine peaks algama. (Milline?) Tõestage katseliselt, et see on täpselt see gaas, mida ootasite saada.
Tilgutage mangaandioksiidi tera teise katseklaasi vesinikperoksiidi lahusega. Tõesta, et eraldub sama gaas.
Kirjutage vesinikperoksiidi lagunemise võrrand ja eraldi elektronide vastuvõtmise ja vabanemise võrrandid. Mis tüüpi redoksreaktsioon see on?
Arvutage reaktsiooni EMF, kui:

Kummal neist kahest reaktsioonist on suurem võime elektrone loovutada ja see tuleks ümber kirjutada vastupidises suunas? Arvutage reaktsiooni emf väärtusest G reaktsiooni- ja tasakaalukonstant.

Võrrelge tulemusi G Ja termodünaamiliste andmete põhjal saadud tasakaalukonstant:

Kas teie arvutuste tulemused on samad? Kui tulemustes on mõningaid lahknevusi, proovige leida põhjused.

1b. Vesinikperoksiidi tuvastamine.

Väävelhappega lahjendatud ja hapendatud kaaliumjodiidi lahusele (2–3 ml) lisatakse mõni tilk vesinikperoksiidi lahust. Lahus muutub kollakaspruuniks. Kui sellele lisada paar tilka tärkliselahust, muutub segu värvus koheselt siniseks. Kirjutage reaktsioonivõrrand (Te teate, millised ained tekkisid!).
Arvutage reaktsiooni EMF, et veenduda reaktsiooni võimalikkuses (valige vajalik reaktsioon):

1. sajand Must pliisulfiid ja vesinikperoksiid.

Vanameistrid maalisid oma maalid pliivalge baasil valmistatud värvidega, mis sisaldasid valget aluselist karbonaati 2PbCO 3 Pb(OH) 2. Aja jooksul muutub pliivalge mustaks ja sellel põhinevad värvid muudavad vesiniksulfiidi toimel värvi ning moodustub must pliisulfiid PbS. Kui maali hoolikalt pühkida lahjendatud vesinikperoksiidi lahusega, muutub pliisulfiid valgeks pliisulfaadiks PbSO 4 ja maal taastub peaaegu täielikult oma esialgse välimusega.

Valage katseklaasi 1–2 ml plii nitraadi Pb(NO 3) 2 või pliiatsetaadi Pb(CH 3 COO) 2 0,1 M lahust. (müüakse apteekides pliikreemina). Valage veidi vesiniksulfiidi või naatriumsulfiidi lahust. Saadud mustast sademest tühjendage lahus ja töödelge seda vesinikperoksiidi lahusega. Kirjutage reaktsioonivõrrandid.
Kõik pliiühendid on mürgised!

1 aasta Vesinikperoksiidi lahuse valmistamine hüdroperiidist.

Kui teil ei õnnestunud vesinikperoksiidi lahust saada, võite laboritöödeks kasutada hüdroperiiti, mille tablette saab apteegist osta.

Hüdroperiit on vesinikperoksiidi kompleksühend uureaga (uureaga) NH 2 CONH 2 H 2 O 2. Vees lahustatuna saadakse vesinikperoksiidi ja uurea NH 2 CONH 2 lahus. Hüdroperiidi lahust kasutatakse vesinikperoksiidi lahuse asemel antiseptikuna ja juuste värvimisel. Suu ja kurgu loputamiseks lahustage 1 tablett klaasis vees (0,25% vesinikperoksiidi lahus). Üks hüdroperiidi tablett kaalub 1,5 g ja vastab 15 ml-le
(1 supilusikatäis) 3% vesinikperoksiidi lahus.

Arvutage, mitu hüdroperiidi tabletti tuleks lahustada 100 ml vees, et saada ligikaudu 1% vesinikperoksiidi lahus. Kui palju hapnikku (n.o.) saab ühest hüdroperiidi tabletist?
Määrake eksperimentaalselt, mitu milliliitrit hapnikku saab ühest hüdroperiidi tabletist. Pakkuge välja seadme disain ja pange see kokku. Vähendage eralduva hapniku mahtu normaalsetele tingimustele. Täpsemate arvutustulemuste saamiseks võite võtta arvesse lahuse kohal oleva vee aururõhku, mis toatemperatuuril (20 °C) on ligikaudu võrdne 2300 Pa-ga.

Vesinikperoksiid (peroksiid) on värvitu siirupjas vedelik, mille tihedus tahkub temperatuuril -. See on väga habras aine, mis võib plahvatuslikult laguneda veeks ja hapnikuks, eraldades suurel hulgal soojust:

Vesinikperoksiidi vesilahused on stabiilsemad; jahedas kohas säilivad need päris kaua. Perhüdrol, müügil olev lahus, sisaldab. See, nagu ka väga kontsentreeritud vesinikperoksiidi lahused, sisaldab stabiliseerivaid lisandeid.

Vesinikperoksiidi lagunemist kiirendavad katalüsaatorid. Kui viskate näiteks vesinikperoksiidi lahusesse veidi mangaandioksiidi, tekib äge reaktsioon ja eraldub hapnik. Vesinikperoksiidi lagunemist soodustavate katalüsaatorite hulka kuuluvad vask, raud, mangaan, aga ka nende metallide ioonid. Juba nende metallide jäljed võivad põhjustada lagunemist.

Vesinikperoksiid tekib vaheproduktina vesiniku põlemisel, kuid vesiniku leegi kõrge temperatuuri tõttu laguneb see koheselt veeks ja hapnikuks.

Riis. 108. Molekuli ehituse skeem. Nurk on lähedal, nurk on lähedal. Linkide pikkused: .

Kui aga suunata vesiniku leegi jäätükile, võib tekkinud veest leida vesinikperoksiidi jälgi.

Vesinikperoksiid tekib ka aatomi vesiniku toimel hapnikule.

Tööstuses toodetakse vesinikperoksiidi peamiselt elektrokeemiliste meetoditega, näiteks väävelhappe või ammooniumvesiniksulfaadi lahuste anoodilise oksüdeerimisega, millele järgneb saadud peroksodiväävelhappe hüdrolüüs (vt § 132). Sel juhul toimuvaid protsesse saab kujutada järgmise diagrammiga:

Vesinikperoksiidis on vesinikuaatomid kovalentselt seotud hapnikuaatomitega, mille vahel on ka lihtside. Vesinikperoksiidi struktuuri saab väljendada järgmise struktuurivalemiga: H-O-O-H.

Molekulidel on märkimisväärne polaarsus, mis tuleneb nende ruumilisest struktuurist (joonis 106).

Vesinikperoksiidi molekulis on vesiniku ja hapniku aatomite vahelised sidemed polaarsed (jagatud elektronide nihkumise tõttu hapniku suunas). Seetõttu võib vesinikperoksiid vesilahuses polaarsete veemolekulide mõjul vesinikioone eraldada, st tal on happelised omadused. Vesinikperoksiid on vesilahuses väga nõrk kahealuseline hape, mis laguneb, kuigi vähesel määral, ioonideks:

Dissotsiatsiooni teine ​​etapp

praktiliselt ei leki. Seda pärsib vesi – aine, mis dissotsieerub, moodustades vesinikioone suuremal määral kui vesinikperoksiid. Kui aga vesinikuioonid seonduvad (näiteks kui lahusesse viiakse leelist), toimub dissotsiatsioon teises etapis.

Vesinikperoksiid reageerib otse mõne alusega, moodustades soolad.

Seega, kui vesinikperoksiid mõjutab baariumhüdroksiidi vesilahust, sadestub vesinikperoksiidi baariumsoola sade:

Vesinikperoksiidi sooli nimetatakse peroksiidideks või peroksiidideks. Need koosnevad positiivselt laetud metalliioonidest ja negatiivselt laetud ioonidest, mille elektroonilist struktuuri saab kujutada diagrammiga:

Hapniku oksüdatsiooniaste vesinikperoksiidis on -1, st sellel on vee ja molekulaarse hapniku oksüdatsiooniastme vahepealne väärtus (0). Seetõttu on vesinikperoksiidil nii oksüdeerija kui ka redutseerija omadused, st sellel on redoks-duaalsus. Sellegipoolest iseloomustavad seda rohkem oksüdeerivad omadused, kuna elektrokeemilise süsteemi standardpotentsiaal

milles see toimib oksüdeeriva ainena, on võrdne 1,776 V, samas kui elektrokeemilise süsteemi standardpotentsiaal

milles vesinikperoksiid on redutseerija, on võrdne 0,682 V. Teisisõnu võib vesinikperoksiid oksüdeerida aineid, mis ei ületa 1,776 V, ja redutseerida ainult neid, mis ületavad 0,682 V. Vastavalt tabelile. 18 (lk 277) näete, et esimesse rühma kuulub palju rohkem aineid.

Näited reaktsioonidest, milles see toimib oksüdeeriva ainena, hõlmavad kaaliumnitriti oksüdatsiooni

ja joodi eraldamine kaaliumjodiidist:

Seda kasutatakse kangaste ja karusnahkade pleegitamiseks, meditsiinis (3% lahus on desinfektsioonivahend), toiduainetööstuses (toiduainete konserveerimiseks), põllumajanduses seemnete töötlemiseks, samuti mitmete orgaaniliste ühendite tootmisel. , polümeerid ja poorsed materjalid. Vesinikperoksiidi kasutatakse raketitööstuses tugeva oksüdeeriva ainena.

Vesinikperoksiidi kasutatakse ka vanade õlimaalide uuendamiseks, mis on aja jooksul tumenenud valge plii muutumise tõttu mustaks pliisulfiidiks õhus leiduvate vesiniksulfiidi jälgede mõjul. Kui selliseid maale pestakse vesinikperoksiidiga, oksüdeeritakse pliisulfiid valgeks pliisulfaadiks:

Ja loodusvarad

Keemia ja ökoloogia osakond

LAGUNEMISREAKTSIOONI KIIRUSE UURIMINE

VESINIKPEROKSIID KATALÜÜSIJA KOOSALUSES

GASOMEETRILISEL MEETODIL.

erialal "Füüsikaline ja kolloidne keemia"

erialale 060301.65 − Apteek

Veliki Novgorod

1 Töö eesmärk………………………………………………………………………………..3

2 Teoreetilised põhiprintsiibid…………………………………………….3

4 Eksperimentaalne osa…………………………………………………………4

4.1 Vesinikperoksiidi lagunemine mangaandioksiidi MnO2 juuresolekul………………………………………………………………………………………….4

4.2 Vesinikperoksiidi lagunemine katalüsaatori juuresolekul temperatuuril T2................................... ................................................................ ................................................6

5 Nõuded aruande sisule…………………………………………………..6

6 Näidistesti küsimused ja ülesanded……………………………7

1 TÖÖ EESMÄRGID

1. Määrake kiiruskonstant, reaktsiooni järjekord, poolestusaeg temperatuuril T1.

2. Koostage vabanenud O2 koguse ja aja graafik ja määrake poolväärtusaeg graafiliselt.

3. Määrata reaktsiooni aktivatsioonienergia, arvutada reaktsioonikiiruse temperatuurikoefitsient.

2 TEOREETILISED PÕHISÄTTED

Vesinikperoksiidi kasutamine paljudes tehnoloogilistes protsessides, meditsiinis ja põllumajanduses põhineb selle oksüdeerivatel omadustel. H2O2 lagunemisprotsess vesilahustes toimub spontaanselt ja seda saab esitada võrrandiga:

Н2О2®Н2О +1/2 О2

Protsessi saab kiirendada katalüsaatori abil. Need võivad olla anioonid ja katioonid, näiteks CuSO4 (homogeenne katalüüs). Tahketel katalüsaatoritel (kivisüsi, metallid, soolad ja metallioksiidid) on ka H2O2 lagunemist kiirendav toime. H2O2 lagunemise heterogeense katalüütilise reaktsiooni kulgu mõjutavad keskkonna pH, pinna seisund ja katalüütilised mürgid, näiteks C2H5OH, CO, HCN, H2S.

Taimede, loomade ja inimeste rakkudes toimub ka vesinikperoksiidi katalüütiline lagunemine. Protsess viiakse läbi ensüümide katalaas ja peroksidaas toimel, millel erinevalt mittebioloogilise iseloomuga katalüsaatoritest on erakordselt kõrge katalüütiline aktiivsus ja toime spetsiifilisus.

H2O2 lagunemisega kaasneb O2 eraldumine. Vabanenud hapniku maht on võrdeline lagunenud vesinikperoksiidi kogusega. Töös kasutatakse gasomeetrilist meetodit.

3 OHUTUSNÕUDED

Selle laboritöö tegemisel peate järgima keemialabori töö üldreegleid.

4 EKSPERIMENTAALNE OSA

4.1 Vesinikperoksiidi lagunemine mangaandioksiidi juuresolekulMnO2 .

Enne katse alustamist on vaja ette valmistada katalüsaator: määrida väike klaaspulgatükk BF-liimi või tärklisepastaga. Liimiga on vaja määrida ainult ots, kellaklaasile valada veidi MnO2 pulbrit, pulga ots puudutada pulbriga, et klaasile jääks väike kogus MnO2. Liimi kuivatatakse mitu minutit (1-2 minutit). Rõhk H2O2 kogumise süsteemi sees tuleb viia atmosfäärirõhuni: avada reaktsioonitoru kork ja seada tasanduskolbi abil veetase büretis nulli.

H2O2 lagunemiskiiruse mõõtmise seadme diagramm on näidatud joonisel 1.

vesi

katseklaas H2O2-ga

Gif" width="10">.gif" width="10"> katalüsaator

Joonis 1 – Seade H2O2 lagunemise kineetika uurimiseks.

Mõõtke pipeti või mõõtesilindriga 2 ml 3% H2O2 lahust ja valage see katseklaasi 1. Kui katse viiakse läbi toatemperatuuril, valmistage ette stopper ja tabel katseandmete salvestamiseks klaaspulgatükk katseklaasi. Sulgege reaktsioonianum korgiga. Registreerige vabanenud hapniku maht kõigepealt 30 sekundi pärast, seejärel võib intervalli suurendada 1 minutini.

Kui vedeliku tase büretis väheneb, langetatakse tasanduskolbi nii, et vedeliku tase büretis ja kolvis ei muutu, tasemete erinevus on minimaalne.

Reaktsioon loetakse lõppenuks, kui vedeliku tase büretis lakkab langemast.

H2O2 –V¥ täielikule lagunemisele vastava hapnikumahu saab, kui reaktsioonianum asetada klaasi kuuma vette. Pärast katseklaasi jahutamist toatemperatuurini. Seejärel määratakse O2 maht, mis vastab H2O2 täielikule lagunemisele.

Tabel – katseandmed

Eeldades, et reaktsioon on esimest järku, arvutatakse reaktsiooni kiiruskonstant esimest järku kineetilise võrrandi abil:

Katse tulemuste põhjal arvutatakse reaktsioonikiiruse konstandi keskmine väärtus.

Vesinikperoksiidi poolestusaeg arvutatakse järgmise võrrandi abil:

t0,5 = 0,693/k, kasutades kiiruskonstandi keskmist väärtust.

Kiirusekonstant ja poolestusaeg määratakse graafiliselt, kasutades sõltuvust Vt = f (t) ja ln(V¥ – Vt) = f (t), mis on esitatud joonistel 2 ja 1. 3. Võrrelge kahe meetodiga – analüütilise ja graafilise – saadud tulemusi.

V¥https://pandia.ru/text/80/128/images/image032_11.gif" width="211" height="12">.gif" width="616" height="64">

t, piparmünt t, min

Riis. 2 – Sõltuvus Vt = f(t) Joonis 3 – Sõltuvus ln(V¥ – Vt) = f(t)

4.2 Vesinikperoksiidi lagunemine katalüsaatori juuresolekul temperatuuril T2

Katset korratakse, asetades reaktsiooninõu veevanni või veeklaasi temperatuuril T2 (vastavalt õpetaja juhistele). Andmed sisestatakse tabelisse:

Teades kiiruskonstante k1 ja k2 kahel erineval temperatuuril, saame Arrheniuse võrrandi abil arvutada aktiveerimisenergia Ea:

Ea =

Lisaks saate Van't Hoffi reegli abil arvutada temperatuurikoefitsiendi:

k2/k1 = γ ∆t/10

5 ARUANDE SISU NÕUDED

Aruanne peab sisaldama:

1. töö eesmärk;

2. peroksiidi lagunemisel eralduva hapniku mahu mõõtmise tulemused;

3. vesinikperoksiidi reaktsioonikiiruse konstandi ja poolestusaja (poolkonversiooni) arvutamine;

4. sõltuvuse Vt = f(t) graafik ja vesinikperoksiidi poolestusaja graafilise määramise tulemused;

5. ln(V¥ – Vt) = f(t) graafik reaktsiooni kiiruskonstandi määramiseks;

6. kõrgendatud temperatuuridel peroksiidi lagunemisel eralduva hapniku mahu mõõtmise ja reaktsioonikiiruse konstandi arvutamise tulemused;

7. aktiveerimisenergia arvutamine Arrheniuse võrrandi abil ja reaktsioonikiiruse temperatuurikoefitsiendi arvutamine van’t Hoffi reegli abil;

8. järeldused.

6 NÄIDISTESTIKÜSIMUST JA -ÜLESANDET

1. Reaktsioonikiiruse konstant sõltub:

a) reaktiivide laad;

b) temperatuur;

c) reaktiivide kontsentratsioonid;

d) reaktsiooni algusest möödunud aeg.

2. Reaktsiooni järjekord

a) formaalne väärtus;

b) määratakse ainult katseliselt;

c) on teoreetiliselt arvutatav;

d) võrdub võrrandis υ = k · CAp · CBq eksponentide p + q summaga.

3. Keemilise reaktsiooni aktiveerimisenergia

a) liigne energia võrreldes molekulide keskmise energiaga, mis on vajalik molekulidevahelise kokkupõrke aktiveerumiseks;

b) sõltub reaktiivide olemusest;

c) mõõdetuna J/mol;

d) suureneb, kui süsteemi sisestatakse katalüsaator.

4. Teatud radioaktiivse isotoobi poolestusaeg on 30 päeva. Arvutage aeg, mille möödudes on isotoobi kogus 10% algsest.

5. Esimest järku reaktsioon teatud temperatuuril kulgeb 25% võrra 30 minutiga. Arvutage lähteaine poolväärtusaeg.

6. Mitu korda suureneb reaktsiooni kiirus, kui temperatuur tõuseb 40K võrra, kui reaktsioonikiiruse temperatuuritegur on 3?

7. Temperatuuri tõusuga 40K võrra suurenes teatud reaktsiooni kiirus 39,06 korda. Määrake reaktsioonikiiruse temperatuuritegur.

Vesinikperoksiidi lagunemine katalüsaatori mõjul ja vedelseebi juuresolekul on üks ilusamaid keemilisi katseid. Venekeelses kirjanduses pole sellel eksperimendil konkreetset nimetust ingliskeelsetes allikates Elephant's Toothpaste, mis lõdvalt tõlgituna kõlab nagu; Elevandi hambapasta.

Katse jaoks vajate 30-50% vesinikperoksiidi (perhüdrooli), veidi vedelat pesuainet (mis annab palju stabiilset vahtu) ja vesinikperoksiidi lagunemise katalüsaatorit. Peroksiidi kokkupuutel katalüsaatoriga eraldub aktiivselt hapnik ja vedelseebi olemasolu tõttu tekib (lühiajaliselt) palju vahtu. Tihti lisatakse segule värvaineid, mis värvivad vahu erinevat värvi. Kolvi või silindri avast välja paiskuv vahujuga meenutab sageli „elevanti hambapastat”.

Vesinikperoksiidi lagundamisel võib katalüsaatorina kasutada erinevaid aineid ja segusid, näiteks vase ammoniaaki, kaaliumjodiidi ja isegi pärmi suspensiooni.

Olen seda katset juba varem läbi viinud, kuid ei viitsinud oma vanu märkmeid vaadata ja selle tulemusel esimene katsetus ei õnnestunud. Võtsin 7,5 g vasksulfaati, lisasin sellele 30 ml kontsentreeritud ammoniaagi lahust ja segasin hoolikalt. Lahus valati liitrisesse kolbi, lisati 50 ml Gala vedelat nõudepesuvahendit ja 80 ml destillaati ning segati uuesti. Valasin kolbi 100 ml külmkapist võetud perhüdrooli. Õigemini proovisin seda valada: algas äge reaktsioon, mille tulemusena ei olnud mul aega umbes 1/3 perhüdroolist lisada. Toimus peroksiidi kiire lagunemine, kuid katse osutus vastikuks: vahtu oli vähe.

Siis vaatasin vanu plaate. Selgus, et eelmisel korral võtsin aineid täiesti erinevas koguses:

"300 ml koonilisse kolbi valage 10-20 ml vedelat Gala nõudepesuvahendit (või mis tahes sarnast pesuvahendit). Teises kolbi lahustage 3-4 g vasksulfaati liigses tugevas ammoniaagilahuses (lisage ammoniaaki kuni vask sulfaat lahustub täielikult).

CuSO 4 + 6NH 3 + 2H 2 O = (OH) 2 + (NH 4) 2 SO 4

Valage vase ammoniaagi lahus pesuainekolbi ja segage hästi. Asetage kolb lauale ja lisage sellele kiiresti 50-100 ml 30-50% vesinikperoksiidi lahust. Toimub tugev gaasi eraldumine. Kolbist purskab välja vahuallikas. Kogu kolbi ümbritsev ruum täitub mõne sekundiga suure vahutükiga. Vahust tõuseb aur - vesinikperoksiidi lagunemisreaktsioon kulgeb koos soojuse vabanemisega. Meie katsetes oli saadud vahu kõrgus ja laius umbes 60 cm.

Ehk siis vasest ammoniaaki ja vedelseepi tuli vähem võtta.

Teiseks katseks võtsin 300 ml koonilise kolbi, 2 g vasksulfaati, millele lisasin 20% kontsentreeritud ammoniaagi lahust. Pärast vasksulfaadi lahustamist lisage 20 ml Gala vedelat nõudepesuvahendit ja segage. Võtsin 70 ml vesinikperoksiidi, kuid jõudsin lisada ainult 50 ml - algas aktiivne vahu moodustumine.

Kolvist välja tulnud vaht meenutas tõesti tuubust välja pigistatud hambapastat. Tänu vase ammoniaagile sirutuvad piki vahtu sinised triibud. Katse osutus hästi, kuid lagunemine oli aeglane ja võttis rohkem kui 2,5 minutit.

Mulle meenus, et tegin artiklis kirjeldatud katse