Mnoho výskumníkov z 19. storočia, ktorí získali čistý peroxid vodíka, zaznamenalo nebezpečenstvo tejto zlúčeniny. Takže, keď sa pokúsili oddeliť N

V článku venovanom výrobe peroxidu vodíka Tenard veľmi úspešne neporovnal túto látku so sirupom, možno mal na mysli, že čistý H

Častejšie sa stretnete s menej koncentrovaným 30% roztokom H

Enzýmy, ktoré ovplyvňujú reakcie peroxidu vodíka, hrajú dôležitú úlohu v živote bunky. Energia je dodávaná do tela oxidačnými reakciami zahŕňajúcimi kyslík prichádzajúci z pľúc. Pri týchto reakciách sa H tvorí intermediárne

H rozkladná reakcia

HO 2 . + Fe 3+

H rozkladné reakcie

O.S.ZAYTSEV

KNIHA CHÉMIE

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

UČEBNICOVÁ ÚLOHA LABORATÓRIUM PRAKTICKÉ 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 metódy elektrón-ión na výber stechiometrických koeficientov zostavte rovnice pre redoxné reakcie, ktoré prebiehajú podľa nasledujúcich schém (vzorec vody nie je uvedený):

Upozorňujeme, že zlúčeniny obsahujú organické látky! Pokúste sa nájsť koeficienty pomocou oxidačných stavov alebo valencií.
2. Vyberte ľubovoľné dve elektródové reakčné rovnice:

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

Ak ste zabudli, čo máte robiť, pamätajte na to, čo bolo povedané vyššie. Z tohto zoznamu môžete napísať ľubovoľné dve rovnice. Pozrite sa na hodnoty ich elektródových potenciálov a prepíšte jednu z rovníc v opačnom smere. Ktorý, prečo a prečo? Pamätajte, že počty daných a prijatých elektrónov sa musia rovnať, vynásobte koeficienty určitým číslom (ktorý?) a zrátajte obe rovnice. Elektródové potenciály sú tiež sčítané, ale nenásobíte ich počtom elektrónov zúčastňujúcich sa 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? Otázku možno formulovať odlišne 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= 2H20, E= 0,82 V.

Určte, či je možné oxidovať látky napísané na pravej strane ktorejkoľvek rovnice v úlohe 2 vzdušným kyslíkom. Na pravej strane týchto rovníc sú napísané redukčné činidlá. Učiteľ vám povie 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 pre reakciu medzi iónmi kyslíka a vodíka a rovnicu, ktorá vás zaujíma. Pozrite sa, ktorá reakcia má vyššiu schopnosť darovať elektróny (jej potenciál by mal byť zápornejší alebo menej pozitívny), prepíšte jej rovnicu v opačnom smere, obrátte znamienko elektródového potenciálu a sčítajte s druhou rovnicou. Pozitívna hodnota EMF bude indikovať možnosť reakcie.

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

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

Nájdite chybu, ak som ju urobil, alebo vysvetlite, prečo sú vaše šance iné. Táto úloha je navrhnutá tak, aby otestovala vašu inteligenciu a znalosti materiálu z 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 ste dokázali 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 na paralelnú reakciu rozkladu peroxidu vodíka:

2H202 = 02 + 2H20.

Môžete sčítať základnú reakčnú rovnicu s nekonečne veľkým počtom tejto rovnice a získať mnoho rovníc s rôznymi stechiometrickými koeficientmi.

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

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

2Fe3+ + H202 = 2Fe2+ + 02 + 2H+.

Vypočítajte EMF reakcie, jej G a rovnovážna konštanta pri použití štandardných elektródových potenciálov:

Štúdia závislosti rýchlosti reakcie od koncentrácie zložiek ukázala, že pri zdvojnásobení individuálnej koncentrácie Fe 3+ alebo H 2 O 2 sa rýchlosť reakcie zdvojnásobí. Aká je kinetická rovnica reakcie? Určte, ako sa zmení rýchlosť reakcie, keď sa koncentrácia Fe 3+ alebo H 2 O 2 zvýši trikrát. Predpovedajte, ako sa zmení rýchlosť reakcie, keď sa roztok dvakrát alebo desaťkrát zriedi vodou.
Bol navrhnutý nasledujúci reakčný mechanizmus:

H202 = 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 uvažovanou závislosťou rýchlosti od koncentrácií reaktantov. Ktoré štádium je limitujúce? Aká je jeho molekulová hmotnosť a aké je jej poradie? Aké je všeobecné poradie reakcie? Všimnite si existenciu komplexných iónov a molekúl, ako sú H a H02, a že každá reakcia produkuje dve alebo dokonca tri častice. (Prečo neexistujú štádiá s tvorbou jednej častice?)

7. Preložiť do ruštiny.

Dôležitým typom reakcie je reakcia prenosu elektrónov, tiež známa 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 ako kombinácia s plynným kyslíkom, ale bolo vidno toľko ďalších reakcií, ktoré sa podobajú reakciám s kyslíkom, že tento 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 vôbec potrebné dokončiť všetky experimenty - vyberte si tie, ktoré vás zaujímajú. Odporúča sa pracovať v malých skupinách (2-3 osoby). To skracuje čas experimentu, vyhýba sa chybám a čo je najdôležitejšie, umožňuje vám zapojiť sa do vedeckej komunikácie, ktorá rozvíja vedecký jazyk.

1. Redoxné vlastnosti peroxidu vodíka.

Peroxid vodíka H 2 O 2 je najdôležitejšie oxidačné činidlo, ktoré sa používa v každodennom živote, v technike a 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 biologických oxidačno-redukčných procesoch je známa.
3–6 % roztoky peroxidu vodíka na domáce a vzdelávacie účely sa zvyčajne pripravujú z 30 % roztoku zriedením vodou. Peroxid vodíka sa počas skladovania rozkladá a uvoľňuje kyslík (neskladovať v tesne uzavretých nádobách!). Čím nižšia je koncentrácia peroxidu vodíka, tým je stabilnejšia. Na spomalenie rozkladu pridajte kyselinu fosforečnú, salicylovú a ďalšie látky. Zvlášť silný účinok na peroxid vodíka majú soli železa, medi, mangánu a enzým kataláza.
3% roztok peroxidu vodíka sa používa v medicíne na umývanie úst a kloktanie pri stomatitíde a bolesti hrdla.
30% roztok peroxidu vodíka sa nazýva perhydrol. Perhydrol nie je výbušný. Keď sa perhydrol dostane na pokožku, spôsobí popáleniny, pálenie, svrbenie a pľuzgiere a koža zbelie. Popálené miesto treba rýchlo opláchnuť vodou. Perhydrol sa používa v medicíne na liečbu hnisavých rán a na liečbu ďasien pri stomatitíde. V kozmeteológii sa používa na odstránenie stareckých škvŕn na koži tváre. Škvrny peroxidu vodíka na oblečení sa nedajú odstrániť. Peroxid vodíka v textilnom priemysle sa používa na bielenie vlny a hodvábu, ako aj kožušín.
Výroba koncentrovaných (90–98 %) roztokov peroxidu vodíka neustále rastie. Takéto roztoky sa skladujú 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= 2H20,

napríklad v reakcii:

2KI + H202 + H2S04 = I2 + K2S04 + 2H20.

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

H202 – 2 e= 02 + 2H+;

2) v základnom (alkalickom) prostredí:

H202 + 2OH - - 2 e= 02 + 2H20.

Príklady reakcií:
1) v kyslom prostredí:

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

2) v hlavnom prostredí:

2KMnO4 + H202 + 2KOH = 2K2Mn04 + O2 + 2H20

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

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. (Ktorý?) Experimentálne dokážte, že je to presne ten plyn, ktorý ste očakávali získať.
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 prijatie a uvoľnenie 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 opačným smerom? Z hodnoty emf reakcie vypočítajte G reakčná a rovnovážna konštanta.

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

Sú výsledky vašich výpočtov rovnaké? Ak sú vo výsledkoch nejaké nezrovnalosti, skúste nájsť príčiny.

1b. Detekcia peroxidu vodíka.

Pridajte niekoľko kvapiek roztoku peroxidu vodíka do roztoku (2–3 ml) jodidu draselného zriedeného a okysleného kyselinou sírovou. Roztok sa zmení na žltohnedý. Keď sa k nej pridá niekoľko kvapiek škrobového roztoku, farba zmesi sa okamžite zmení na modrú. Napíšte rovnicu reakcie (poznáte vzniknuté látky!).
Vypočítajte EMF reakcie, aby ste sa uistili, že reakcia je možná (vyberte reakciu, ktorú potrebujete):

1. storočie Čierny sulfid olovnatý a peroxid vodíka.

Starí majstri maľovali svoje obrazy farbami pripravenými na báze olovnatej beloby, medzi ktoré patril aj biely zásaditý uhličitan 2PbCO 3 Pb(OH) 2. Olovená beloba časom sčernie a farby na jej základe 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 lekárňach ako olovrant). Nalejte trochu roztoku sírovodíka alebo sulfidu sodného. Vypustite roztok z výslednej čiernej zrazeniny a spracujte ho roztokom peroxidu vodíka. Napíšte reakčné rovnice.
Všetky zlúčeniny olova sú jedovaté!

1 rok 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 močovinou (močovinou) NH 2 CONH 2 H 2 O 2. Po rozpustení vo vode sa získa roztok peroxidu vodíka a močoviny NH2CONH2. Roztok hydroperitu sa používa namiesto roztoku peroxidu vodíka ako antiseptikum a pri farbení 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 sa získal približne 1 % roztok peroxidu vodíka. Aký objem kyslíka (n.o.) možno získať z jednej tablety hydroperitu?
Experimentálne zistite, koľko mililitrov kyslíka možno získať z jednej tablety hydroperitu. Navrhnite dizajn zariadenia a zostavte ho. Znížte objem uvoľneného kyslíka na normálne podmienky. Na získanie presnejších výsledkov výpočtu môžete vziať do úvahy tlak pár vody nad roztokom, ktorý sa pri izbovej teplote (20 °C) rovná približne 2300 Pa.

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

Vodné roztoky peroxidu vodíka sú stabilnejšie; na chladnom mieste sa dajú skladovať pomerne dlho. Perhydrol, roztok, ktorý sa predáva, obsahuje. Rovnako ako vysoko koncentrované roztoky peroxidu vodíka obsahuje stabilizačné prísady.

Rozklad peroxidu vodíka urýchľujú katalyzátory. Ak napríklad vhodíte 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 však nasmerujete plameň vodíka na kúsok ľadu, vo výslednej vode sa môžu nachádzať stopy peroxidu vodíka.

Peroxid vodíka vzniká aj pôsobením atómového vodíka na kyslík.

V priemysle sa peroxid vodíka vyrába najmä elektrochemickými metódami, napríklad anodickou oxidáciou roztokov kyseliny sírovej alebo hydrogensíranu amónneho s následnou hydrolýzou vzniknutej kyseliny peroxodisírovej (pozri § 132). Procesy vyskytujúce sa v tomto prípade môžu byť znázornené nasledujúcim diagramom:

V peroxide vodíka sú atómy vodíka kovalentne viazané na atómy kyslíka, medzi ktorými je tiež 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 zdieľaných elektrónov smerom ku kyslíku). Preto môže peroxid vodíka vo vodnom roztoku pod vplyvom molekúl polárnych vôd odštiepiť vodíkové ióny, t.j. má kyslé vlastnosti. Peroxid vodíka je veľmi slabá dvojsýtna kyselina vo vodnom roztoku, rozkladá sa, aj keď v malom rozsahu, na ióny:

Druhá fáza disociácie

prakticky žiadne netesnosti. Potláča ho prítomnosť vody, látky, ktorá disociuje za vzniku vodíkových iónov vo väčšej miere ako peroxid vodíka. Keď sa však vodíkové ióny naviažu (napríklad keď sa do roztoku zavedie zásada), v druhom kroku dôjde k disociácii.

Peroxid vodíka priamo reaguje s niektorými zásadami za vzniku solí.

Keď teda peroxid vodíka pôsobí na vodný roztok hydroxidu bárnatého, vyzráža sa zrazenina bárnatej soli peroxidu vodíka:

Soli peroxidu vodíka sa nazývajú peroxidy alebo peroxidy. Pozostávajú z kladne nabitých iónov kovov a záporne nabitých iónov, ktorých elektrónová štruktúra môže byť znázornená diagramom:

Oxidačný stupeň kyslíka v peroxide vodíka je -1, t.j. má strednú hodnotu medzi oxidačným stupňom kyslíka vo vode a v molekulárnom kyslíku (0). Preto má peroxid vodíka vlastnosti ako oxidačného činidla, tak aj redukčného činidla, t.j. vykazuje redoxnú dualitu. Napriek tomu sa vyznačuje skôr oxidačnými vlastnosťami, pretože štandardný potenciál elektrochemického systému

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

v ktorom je peroxid vodíka redukčným činidlom, sa rovná 0,682 V. Inými slovami, peroxid vodíka môže oxidovať látky, ktoré nepresahujú 1,776 V, a redukovať iba tie, ktoré presahujú 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, zahŕňajú oxidáciu dusitanu draselného

a oddelenie jódu od jodidu draselného:

Používa sa na bielenie tkanín a kožušín, používa sa v medicíne (3% roztok je dezinfekčný prostriedok), v potravinárskom priemysle (na konzervovanie potravín), v poľnohospodárstve na ošetrenie semien, ako aj pri výrobe množstva organických zlúčenín. polyméry a porézne materiály. Peroxid vodíka sa používa ako silné oxidačné činidlo 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:

A prírodné zdroje

Katedra chémie a ekológie

ŠTÚDIUM RÝCHLOSTI ROZKLADNEJ REAKCIE

PEROXID VODÍKA V PRÍTOMNOSTI KATALYZÁTORA

GAZOMETRICKOU METÓDOU.

v odbore "Fyzikálna a koloidná chémia"

pre odbornosť 060301,65 − Lekáreň

Veľký Novgorod

1 Účel práce………………………………………………………………………………..3

2 Základné teoretické princípy……………………………………………….3

4 Experimentálna časť ……………………………………………………… 4

4.1 Rozklad peroxidu vodíka v prítomnosti oxidu manganičitého MnO2………..……………………………………………………………………………………….4

4.2 Rozklad peroxidu vodíka v prítomnosti katalyzátora pri teplote T2................................ ...................................................... ...................................... 6

5 Požiadavky na obsah správy………………………………………………..6

6 Vzorové testové otázky a úlohy…………………………………7

1 CIELE PRÁCE

1. Určte rýchlostnú konštantu, poradie reakcie, polčas rozpadu pri teplote T1.

2. Zostrojte graf množstva uvoľneného O2 v závislosti od času a graficky určte polčas rozpadu.

3. Určte aktivačnú energiu reakcie, vypočítajte teplotný koeficient rýchlosti reakcie.

2 ZÁKLADNÉ TEORETICKÉ USTANOVENIA

Použitie peroxidu vodíka v mnohých technologických procesoch, medicíne a poľnohospodárstve je založené na jeho oxidačných vlastnostiach. Proces rozkladu H2O2 vo vodných roztokoch prebieha spontánne a možno ho znázorniť rovnicou:

Н2О2®Н2О +1/2 О2

Proces je možné urýchliť použitím katalyzátora. Môžu to byť anióny a katióny, napríklad CuSO4 (homogénna katalýza). Urýchľujúci účinok na rozklad H2O2 majú aj pevné katalyzátory (uhlie, kovy, soli a oxidy kovov). Priebeh heterogénnej katalytickej reakcie rozkladu H2O2 ovplyvňuje pH média, stav povrchu a katalytické jedy, napríklad C2H5OH, CO, HCN, H2S.

V bunkách rastlín, zvierat a ľudí tiež dochádza ku katalytickému rozkladu peroxidu vodíka. Proces sa uskutočňuje pôsobením enzýmov katalázy a peroxidázy, ktoré na rozdiel od katalyzátorov nebiologickej povahy majú mimoriadne vysokú katalytickú aktivitu a špecifickosť účinku.

Rozklad H2O2 je sprevádzaný uvoľňovaním O2. Objem uvoľneného kyslíka je úmerný množstvu rozloženého peroxidu vodíka. Práca využíva gazometrickú metódu.

3 BEZPEČNOSTNÉ POŽIADAVKY

Pri vykonávaní tejto laboratórnej práce musíte dodržiavať všeobecné pravidlá práce v chemickom laboratóriu.

4 EXPERIMENTÁLNA ČASŤ

4.1 Rozklad peroxidu vodíka v prítomnosti oxidu manganičitéhoMnO2 .

Pred začatím experimentu je potrebné pripraviť katalyzátor: namažte malý kúsok sklenenej tyčinky lepidlom BF alebo škrobovou pastou. Lepidlom je potrebné namazať len koniec, na sklíčko hodiniek nasypať trochu prášku MnO2, dotknúť sa koncom tyčinky prášku tak, aby na sklíčku zostalo malé množstvo MnO2. Lepidlo sa suší niekoľko minút (1-2 minúty). Tlak vo vnútri systému na zachytávanie H2O2 sa musí upraviť na atmosférický tlak: otvorte zátku reakčnej trubice a pomocou vyrovnávacej banky nastavte hladinu vody v byrete na nulu.

Schéma zariadenia na meranie rýchlosti rozkladu H2O2 je na obr.1.

voda

skúmavka s H2O2

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

Obr. 1 – Zariadenie na štúdium kinetiky rozkladu H2O2.

Pomocou pipety alebo odmerného valca odmerajte 2 ml 3 % roztoku H2O2 a nalejte do skúmavky 1. Ak sa experiment vykonáva pri izbovej teplote, pripravte si stopky a tabuľku na zaznamenávanie experimentálnych údajov kúsok sklenenej tyčinky do skúmavky. Reakčnú nádobu uzavrite zátkou. Zaznamenajte objem uvoľneného kyslíka najskôr po 30 sekundách, potom je možné interval predĺžiť na 1 minútu.

Pri znižovaní hladiny kvapaliny v byrete sa vyrovnávacia banka znižuje tak, aby sa hladina kvapaliny v byrete a banke nemenila, rozdiel hladín je minimálny.

Reakcia sa považuje za ukončenú, keď hladina kvapaliny v byrete prestane klesať.

Objem kyslíka zodpovedajúci úplnému rozkladu H2O2 –V¥ možno získať, ak sa reakčná nádoba vloží do pohára horúcej vody. Po ochladení skúmavky na izbovú teplotu. Potom sa stanoví objem O2 zodpovedajúci úplnému rozkladu H2O2.

Tabuľka – Experimentálne údaje

Za predpokladu, že reakcia je prvého poriadku, rýchlostná konštanta reakcie sa vypočíta pomocou kinetickej rovnice prvého poriadku:

Na základe výsledkov experimentu sa vypočíta priemerná hodnota konštanty reakčnej rýchlosti.

Polčas rozpadu peroxidu vodíka sa vypočíta pomocou rovnice:

t0,5 = 0,693/k pri použití priemernej hodnoty rýchlostnej konštanty.

Rýchlostná konštanta a polčas rozpadu sú určené graficky pomocou závislosti Vt = f (t) a ln(V¥ – Vt) = f (t), ktoré sú znázornené na obr. 2 a obr. 3. Porovnajte výsledky získané dvomi metódami – analytickou a grafickou.

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

t, mint t, min

Ryža. 2 – Závislosť Vt = f(t) Obr. 3 – Závislosť ln(V¥ – Vt) = f(t)

4.2 Rozklad peroxidu vodíka v prítomnosti katalyzátora pri teplote T2

Pokus sa opakuje umiestnením reakčnej nádoby do vodného kúpeľa alebo pohára vody s teplotou T2 (podľa pokynov učiteľa). Údaje sa zapisujú do tabuľky:

Keď poznáme rýchlostné konštanty k1 a k2 pri dvoch rôznych teplotách, môžeme vypočítať aktivačnú energiu Ea pomocou Arrheniovej rovnice:

Ea =

Okrem toho môžete vypočítať teplotný koeficient pomocou Van't Hoffovho pravidla:

k2/k1 = γ ∆t/10

5 POŽIADAVKY NA OBSAH SPRÁVY

Správa musí obsahovať:

1. účel práce;

2. výsledky merania objemu uvoľneného kyslíka pri rozklade peroxidu;

3. výpočet reakčnej rýchlostnej konštanty a polčasu (polovičnej konverzie) peroxidu vodíka;

4. graf závislosti Vt = f(t) a výsledky grafického určenia polčasu rozpadu peroxidu vodíka;

5. graf ln(V¥ – Vt) = f(t) na určenie konštanty rýchlosti reakcie;

6. výsledky meraní objemu uvoľneného kyslíka pri rozklade peroxidu pri zvýšených teplotách a výpočet rýchlostnej konštanty reakcie;

7. výpočet aktivačnej energie pomocou Arrheniovej rovnice a výpočet teplotného koeficientu rýchlosti reakcie pomocou van’t Hoffovho pravidla;

8. závery.

6 VZOROVÝCH TESTOVACÍCH OTÁZOK A ÚLOH

1. Konštanta reakčnej rýchlosti závisí od:

a) povaha činidiel;

b) teplota;

c) koncentrácie činidiel;

d) čas, ktorý uplynul od začiatku reakcie.

2. Poradie reakcie

a) formálna hodnota;

b) stanovené len experimentálne;

c) možno vypočítať teoreticky;

d) sa rovná súčtu exponentov p + q v rovnici υ = k · CAp · CBq.

3. Aktivačná energia chemickej reakcie

a) nadmerná energia v porovnaní s priemernou energiou molekúl potrebnou na to, aby sa zrážka medzi molekulami stala aktívnou;

b) závisí od povahy činidiel;

c) merané v J/mol;

d) sa zvyšuje, keď sa do systému zavedie katalyzátor.

4. Polčas rozpadu určitého rádioaktívneho izotopu je 30 dní. Vypočítajte čas, po ktorom bude množstvo izotopu 10 % pôvodného.

5. Reakcia prvého rádu pri určitej teplote prebieha o 25 % za 30 minút. Vypočítajte polčas rozpadu východiskovej látky.

6. Koľkokrát sa zvýši rýchlosť reakcie pri zvýšení teploty o 40 K, ak je teplotný koeficient rýchlosti reakcie 3?

7. So zvýšením teploty o 40K sa rýchlosť určitej reakcie zvýšila 39,06-krát. Určte teplotný koeficient rýchlosti reakcie.

Rozklad peroxidu vodíka pod vplyvom katalyzátora a v prítomnosti tekutého mydla je jedným z najkrajších chemických experimentov. V ruskojazyčnej literatúre tento experiment nemá konkrétny názov, v anglicky písaných zdrojoch sa nazýva Elephant's Toothpaste, čo vo voľnom preklade znie ako Slonia zubná pasta.

Na experiment potrebujete 30-50% peroxid vodíka (perhydrol), trochu tekutého čistiaceho prostriedku (ktorý poskytuje veľa stabilnej peny) a katalyzátor rozkladu peroxidu vodíka. Pri kontakte peroxidu s katalyzátorom sa aktívne uvoľňuje kyslík a v dôsledku prítomnosti tekutého mydla sa vytvára veľa peny (krátkodobo). Do zmesi sa často pridávajú farbivá, ktoré penu farbia do rôznych farieb. Prúd peny, ktorý vyteká z otvoru banky alebo valca, často skutočne pripomína „sloniu zubnú pastu“.

Ako katalyzátor na rozklad peroxidu vodíka sa môžu použiť rôzne látky a zmesi, napríklad: amoniak meďnatý, jodid draselný a dokonca aj suspenzia kvasiniek.

Tento experiment som už vykonal v minulosti, ale neobťažoval som sa pozrieť si svoje staré poznámky, a preto prvý experiment nevyšiel. Vzal som 7,5 g síranu meďnatého, pridal som k nemu 30 ml koncentrovaného roztoku amoniaku a dôkladne premiešal. Roztok sa naleje do litrovej banky, pridá sa 50 ml tekutého prostriedku na umývanie riadu Gala a 80 ml destilátu a znova sa premieša. Do banky som nalial 100 ml perhydrolu vybratého z chladničky. Alebo skôr som to skúsil naliať: začala prudká reakcia, v dôsledku čoho som nemal čas pridať asi 1/3 perhydrolu. Došlo k rýchlemu rozkladu peroxidu, ale experiment dopadol nechutne: peny bolo málo.

Potom som si pozrel staré záznamy. Ukázalo sa, že naposledy som užil úplne iné množstvá látok:

"Do kónickej banky s objemom 300 ml nalejte 10-20 ml tekutého prostriedku na umývanie riadu Gala (alebo akéhokoľvek podobného saponátu). V inej banke rozpustite 3-4 g síranu meďnatého v nadbytku silného roztoku amoniaku (amoniak pridávajte, kým sa meď síran sa úplne rozpustí. Vznikne modrý medený (II) amoniak:

CuS04 + 6NH3 + 2H20 = (OH)2 + (NH4)2S04

Nalejte roztok medeného amoniaku do banky s čistiacim prostriedkom a dobre premiešajte. Položte banku na stôl a rýchlo do nej pridajte 50-100 ml 30-50% roztoku peroxidu vodíka. Dôjde k silnému uvoľneniu plynu. Z banky vytryskne fontána peny. Celý priestor okolo banky sa za pár sekúnd vyplní veľkou hrudkou peny. Z peny bude stúpať para - rozkladná reakcia peroxidu vodíka prebieha s uvoľňovaním tepla. V našich experimentoch bola výška a šírka výslednej peny asi 60 cm.“

Inými slovami, bolo treba odobrať menej medeného amoniaku a tekutého mydla.

Na druhý pokus som si zobral 300 ml kužeľovú banku, 2 g síranu meďnatého, do ktorého som pridal 20% koncentrovaný roztok amoniaku. Po rozpustení síranu meďnatého pridajte 20 ml tekutého prostriedku na umývanie riadu Gala a premiešajte. Vzal som si 70 ml peroxidu vodíka, ale podarilo sa mi pridať len 50 ml - začala sa aktívna tvorba peny.

Pena, ktorá vychádzala z banky, skutočne pripomínala zubnú pastu, ktorá bola vytlačená z tuby. Vďaka medenému čpavku sa pozdĺž peny tiahnu pruhy modrej farby. Experiment dopadol dobre, ale rozklad bol pomalý a trval viac ako 2,5 minúty.

Spomenul som si, že som vykonal experiment opísaný v článku