Številni raziskovalci iz 19. stoletja, ki so pridobili čisti vodikov peroksid, so opozorili na nevarnosti te spojine. Torej, ko so poskušali ločiti N

V članku, posvečenem proizvodnji vodikovega peroksida, Tenard ni zelo uspešno primerjal te snovi s sirupom; morda je mislil, da čisti H

Pogosteje srečate manj koncentrirano 30% raztopino H

Encimi, ki vplivajo na reakcije vodikovega peroksida, igrajo pomembno vlogo v življenju celice. Energija se telesu dovaja z oksidacijskimi reakcijami, ki vključujejo kisik, ki prihaja iz pljuč. V teh reakcijah se H tvori vmes

H reakcija razgradnje

HO 2 . + Fe 3+

H reakcije razgradnje

O.S.ZAJCEV

KEMIJSKA KNJIGA

ZA SREDNJEŠOLSKE UČITELJE,
ŠTUDENTJE PEDAGOŠKIH UNIVERZ IN ŠOLARJI 9.–10. RAZREDA,
KI SO SE ODLOČILI POSVETITI KEMIJI IN NARAVOSLOVJU

UČBENIK NALOGE LABORATORIJSKE PRAKTIČNE ZNANSTVENE ZGODBE ZA BRANJE

Nadaljevanje. Glej št. 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 Redoks reakcije

(nadaljevanje)

NALOGE IN VPRAŠANJA

1. Z uporabo elektronsko-ionske metode za izbiro stehiometričnih koeficientov sestavite enačbe za redoks reakcije, ki potekajo po naslednjih shemah (formula vode ni navedena):

Upoštevajte, da spojine vključujejo organske snovi! Poskusite najti koeficiente z uporabo oksidacijskih stanj ali valenc.
2. Izberite poljubni reakcijski enačbi dveh elektrod:

Iz dveh zapisanih enačb elektrodnih procesov sestavite eno sumarno enačbo. Poimenuj oksidant in reducent. Izračunajte EMF reakcije, njen G in konstanto ravnovesja. Sklepajte o smeri premika ravnotežja te reakcije.

Če ste pozabili, kaj morate storiti, se spomnite, kar je bilo povedano zgoraj. Napišete kateri koli dve enačbi s tega seznama. Poglejte vrednosti njihovih elektrodnih potencialov in prepišite eno od enačb v nasprotni smeri. Katero, zakaj in zakaj? Ne pozabite, da mora biti število danih in prejetih elektronov enako, koeficiente pomnožite z določenim številom (kateri?) in seštejemo obe enačbi. Tudi potenciali elektrod se seštejejo, vendar jih ne pomnožite s številom elektronov, ki sodelujejo v procesu. Pozitivna vrednost EMF kaže na možnost reakcije. Za izračun G in ravnotežne konstante, vrednost EMF, ki ste jo izračunali, nadomestite s formulami, ki ste jih izpeljali prej.

3. Ali je vodna raztopina kalijevega permanganata stabilna? Vprašanje je mogoče formulirati drugače, kot sledi: ali bo permanganatni ion reagiral z vodo in tvoril kisik, če

4. Oksidacijo s kisikom zraka v vodni raztopini opisuje enačba:

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

Ugotovite, ali je mogoče snovi, ki so zapisane na desni strani katerekoli enačbe v nalogi 2, oksidirati s kisikom v zraku. Na desni strani teh enačb so zapisana redukcijska sredstva. Učitelj vam bo povedal številko enačbe.

Morda boste to nalogo težko dokončali. To je glavna pomanjkljivost vašega značaja - zdi se vam, da je naloga nemogoča, in takoj opustite poskus reševanja, čeprav imate vse potrebno znanje. V tem primeru bi morali napisati enačbo za reakcijo med kisikovimi in vodikovimi ioni ter enačbo, ki vas zanima. Poglejte, katera reakcija ima večjo sposobnost oddajanja elektronov (njen potencial bi moral biti bolj negativen ali manj pozitiven), prepišite njeno enačbo v nasprotni smeri, obrnite predznak potenciala elektrode, in seštejte z drugo enačbo. Pozitivna vrednost EMF bo pokazala možnost reakcije.

5. Napišite enačbo za reakcijo med permanganatnim ionom in vodikovim peroksidom H 2 O 2. Pri reakciji nastaneta Mn 2+ in O 2 . Kakšne kvote ste dobili?
In prišel sem do naslednje enačbe:

7H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 6O 2 + 10H 2 O.

Poiščite napako, če sem jo naredil, ali pojasnite, zakaj so vaše možnosti drugačne. Ta naloga je namenjena preverjanju vaše inteligence in poznavanja snovi iz drugih področij kemije.

Reakcijo permanganatnega iona z vodikovim peroksidom v kisli raztopini (žveplova kislina) lahko predstavimo z več enačbami z različnimi koeficienti, na primer:

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 2 O.

Navedite razlog za to in napišite vsaj še eno enačbo za reakcijo permanganatnega iona z vodikovim peroksidom.

Če ste lahko razložili razlog za tako nenavaden pojav, pojasnite razlog za možnost pisanja naslednjih enačb:

3H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 4O 2 + 6H 2 O,

H 2 O 2 + 2 + 6H + = 2Mn 2+ + 3O 2 + 4H 2 O.

Ali lahko reakcije potekajo po teh dveh enačbah?

Odgovori. Reakcija permanganatnih ionov z vodikovim peroksidom je prekrita z vzporedno reakcijo razgradnje vodikovega peroksida:

2H 2 O 2 = O 2 + 2H 2 O.

Osnovno reakcijsko enačbo lahko seštejete z neskončno velikim številom te enačbe in dobite veliko enačb z različnimi stehiometričnimi koeficienti.

6. Ta naloga je lahko tema eseja ali poročila.

Razpravljajte o možnosti reakcije redukcije ionov Fe 3+ z vodikovim peroksidom v vodni raztopini:

2Fe 3+ + H 2 O 2 = 2Fe 2+ + O 2 + 2H +.

Izračunajte EMF reakcije, njen G in konstanta ravnotežja z uporabo standardnih elektrodnih potencialov:

Študija odvisnosti hitrosti reakcije od koncentracije komponent je pokazala, da se ob podvojitvi posamezne koncentracije Fe 3+ ali H 2 O 2 hitrost reakcije podvoji. Kakšna je kinetična enačba za reakcijo? Ugotovite, kako se bo spremenila hitrost reakcije, ko se koncentracija Fe 3+ ali H 2 O 2 poveča za trikrat. Predvidite, kako se bo spremenila hitrost reakcije, ko raztopino dvakrat ali desetkrat razredčite z vodo.
Predlagan je bil naslednji reakcijski mehanizem:

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

Fe 3+ + H = Fe 2+ + HO 2 (počasen),

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

Dokažite, da ta mehanizem ni v nasprotju z zgoraj obravnavano odvisnostjo hitrosti od koncentracij reaktantov. Katera stopnja je omejevalna? Kakšna je njegova molekularnost in kakšen je njen vrstni red? Kakšen je splošni vrstni red reakcije? Upoštevajte obstoj kompleksnih ionov in molekul, kot sta H in HO 2, in da vsaka reakcija proizvede dva ali celo tri delce. (Zakaj ni stopenj s tvorbo enega delca?)

7. Prevedi v ruščino.

Pomembna vrsta reakcije je reakcija prenosa elektronov, znana tudi kot oksidacijsko-redukcijska ali redoks reakcija. Pri takšni reakciji se zdi, da se eden ali več elektronov prenese iz enega atoma v drugega. Oksidacija je beseda, ki je prvotno pomenila kombinacijo s plinastim kisikom, vendar je bilo toliko drugih reakcij videti podobnih reakcijam s kisikom, da je bil izraz sčasoma razširjen na katero koli reakcijo, pri kateri snov ali vrsta izgubi elektrone. Redukcija je pridobivanje elektronov. Zdi se, da izraz izvira iz metalurške terminologije: redukcija rude na njeno kovino. Redukcija je ravno nasprotje oksidacije. Oksidacija ne more potekati brez redukcije, povezane z njo; to pomeni, da elektronov ni mogoče izgubiti, razen če jih pridobi nekaj drugega.

LABORATORIJSKE RAZISKAVE

Ponujene naloge so, tako kot doslej, kratke raziskovalne naloge. Za poskuse so bile izbrane reakcije, ki so pomembne ne le v kemiji, ampak tudi v ekologiji. Sploh ni potrebno opraviti vseh poskusov - izberite tiste, ki vas zanimajo. Priporočljivo je delo v majhnih skupinah (2-3 osebe). To skrajša čas eksperimenta, se izogne ​​napakam in, kar je najpomembnejše, vam omogoča sodelovanje v znanstveni komunikaciji, ki razvija znanstveni jezik.

1. Redoks lastnosti vodikovega peroksida.

Vodikov peroksid H 2 O 2 je najpomembnejši oksidant, ki se uporablja v vsakdanjem življenju, v tehniki in pri čiščenju vode pred organskimi onesnaževalci. Vodikov peroksid je okolju prijazen oksidant, saj njegovi produkti razgradnje - kisik in voda - ne onesnažujejo okolja. Vloga vodikovega peroksida in peroksidnih organskih spojin v bioloških oksidacijsko-redukcijskih procesih je znana.
3–6% raztopine vodikovega peroksida za gospodinjske in izobraževalne namene se običajno pripravijo iz 30% raztopine z redčenjem z vodo. Vodikov peroksid med shranjevanjem razpade, pri čemer se sprosti kisik (ni mogoče shranjevati v tesno zaprtih posodah!). Nižja kot je koncentracija vodikovega peroksida, bolj je stabilen. Za upočasnitev razgradnje dodajte fosforno, salicilno kislino in druge snovi. Na vodikov peroksid še posebej močno vplivajo soli železa, bakra, mangana in encim katalaza.
3% raztopina vodikovega peroksida se uporablja v medicini za izpiranje ust in grgranje pri stomatitisu in vnetem grlu.
Imenuje se 30% raztopina vodikovega peroksida perhidrol. Perhidrol ni eksploziven. Ko perhidrol pride na kožo, povzroči opekline, pekoč občutek, srbenje in mehurje, koža pa pobeli. Opečeno mesto je treba hitro sprati z vodo. Perhidrol se uporablja v medicini za zdravljenje gnojnih ran in za zdravljenje dlesni pri stomatitisu. V kozmetologiji se uporablja za odstranjevanje starostnih peg na koži obraza. Madežev vodikovega peroksida na oblačilih ni mogoče odstraniti. Vodikov peroksid se v tekstilni industriji uporablja za beljenje volne in svile, pa tudi krzna.
Proizvodnja koncentriranih (90–98 %) raztopin vodikovega peroksida nenehno narašča. Takšne raztopine hranimo v aluminijastih posodah z dodatkom natrijevega pirofosfata Na 4 P 2 O 7 . Koncentrirane raztopine lahko eksplozivno razpadejo. Koncentrirana raztopina vodikovega peroksida na oksidnem katalizatorju pri 700 °C razpade na vodno paro in kisik, ki služi kot oksidant za gorivo v reaktivnih motorjih.

Vodikov peroksid lahko kaže tako oksidativne kot redukcijske lastnosti.
Vloga oksidanta za vodikov peroksid je bolj značilna:

H 2 O 2 + 2H + + 2 e= 2H 2 O,

na primer v reakciji:

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

Vodikov peroksid kot redukcijsko sredstvo:
1) v kislem okolju:

H 2 O 2 – 2 e= O2 + 2H+;

2) v bazičnem (alkalnem) okolju:

H 2 O 2 + 2OH - – 2 e= O 2 + 2H 2 O.

Primeri reakcij:
1) v kislem okolju:

2KMnO 4 + 5H 2 O 2 + 3H 2 SO 4 = K 2 SO 4 + 2MnSO 4 + 5O 2 + 8H 2 O;

2) v glavnem okolju:

2KMnO 4 + H 2 O 2 + 2KOH = 2K 2 MnO 4 + O 2 + 2H 2 O

Oksidacijske lastnosti vodikovega peroksida so bolj izrazite v kislem okolju, redukcijske lastnosti pa v alkalnem okolju.

1a. Razgradnja vodikovega peroksida.

V epruveto vlijemo 2–3 ml raztopine vodikovega peroksida in raztopino segrejemo v vodni kopeli. Sprostitev plina se mora začeti. (Kateri?) Eksperimentalno dokažite, da je to natanko tisti plin, ki ste ga pričakovali.
V drugo epruveto z raztopino vodikovega peroksida spustimo zrno manganovega dioksida. Dokaži, da se sprošča isti plin.
Napiši enačbo za razgradnjo vodikovega peroksida in posebej enačbi za sprejem in sprostitev elektronov. Kakšna vrsta redoks reakcije je to?
Izračunajte EMF reakcije, če:

Katera od teh dveh reakcij ima večjo sposobnost oddajanja elektronov in jo je treba prepisati v nasprotni smeri? Iz vrednosti reakcijske emf izračunajte G reakcija in konstanta ravnovesja.

Primerjaj rezultate z G in konstanta ravnotežja, dobljena iz termodinamičnih podatkov:

Ali so rezultati vaših izračunov enaki? Če pride do neskladja v rezultatih, poskusite poiskati razloge.

1b. Odkrivanje vodikovega peroksida.

Dodajte nekaj kapljic raztopine vodikovega peroksida v raztopino (2–3 ml) kalijevega jodida, razredčenega in nakisanega z žveplovo kislino. Raztopina postane rumeno-rjava. Ko ji dodamo nekaj kapljic raztopine škroba, se barva zmesi takoj obarva modro. Napiši reakcijsko enačbo (saj poznate nastale snovi!).
Izračunajte EMF reakcije, da se prepričate, da je reakcija možna (izberite reakcijo, ki jo potrebujete):

1. stoletje Črni svinčev sulfid in vodikov peroksid.

Stari mojstri so slikali z barvami, pripravljenimi na osnovi svinčenega belila, ki je vseboval beli bazični karbonat 2PbCO 3 Pb(OH) 2. Sčasoma svinčeno belilo počrni, barve na njegovi osnovi pa zaradi delovanja vodikovega sulfida spremenijo barvo in nastane črni svinčev sulfid PbS. Če sliko previdno obrišemo z razredčeno raztopino vodikovega peroksida, se svinčev sulfid spremeni v beli svinčev sulfat PbSO 4 in slika se skoraj v celoti vrne v prvotni videz.

V epruveto vlijemo 1–2 ml 0,1 M raztopine svinčevega nitrata Pb(NO 3) 2 ali svinčevega acetata Pb(CH 3 COO) 2 (prodaja se v lekarnah kot svinčeni losjon). Nalijte malo raztopine vodikovega sulfida ali natrijevega sulfida. Odcedite raztopino iz nastale črne oborine in jo obdelajte z raztopino vodikovega peroksida. Napiši reakcijske enačbe.
Vse spojine svinca so strupene!

1 leto Priprava raztopine vodikovega peroksida iz hidroperita.

Če niste uspeli dobiti raztopine vodikovega peroksida, lahko za laboratorijsko delo uporabite hidroperit, katerega tablete lahko kupite v lekarni.

Hidroperit je kompleksna spojina vodikovega peroksida s sečnino (sečnino) NH 2 CONH 2 H 2 O 2. Pri raztapljanju v vodi dobimo raztopino vodikovega peroksida in sečnine NH 2 CONH 2. Raztopina hidroperita se uporablja namesto raztopine vodikovega peroksida kot antiseptik in pri barvanju las. Za izpiranje ust in žrela 1 tableto raztopite v kozarcu vode (0,25% raztopina vodikovega peroksida). Ena tableta hidroperita tehta 1,5 g in ustreza 15 ml
(1 žlica) 3% raztopine vodikovega peroksida.

Izračunajte, koliko tablet hidroperita je treba raztopiti v 100 ml vode, da dobite približno 1% raztopino vodikovega peroksida. Kakšno količino kisika (n.o.) lahko dobimo iz ene tablete hidroperita?
Eksperimentalno določite, koliko mililitrov kisika lahko dobite iz ene tablete hidroperita. Predlagajte načrt za napravo in jo sestavite. Zmanjšajte količino sproščenega kisika na normalne pogoje. Za natančnejše rezultate izračuna lahko upoštevate parni tlak vode nad raztopino, ki je pri sobni temperaturi (20 °C) približno enak 2300 Pa.

Vodikov peroksid (peroksid) je brezbarvna, sirupasta tekočina z gostoto, ki se strdi pri -. To je zelo krhka snov, ki lahko eksplozivno razpade na vodo in kisik, pri čemer se sprosti velika količina toplote:

Vodne raztopine vodikovega peroksida so stabilnejše; v hladnem prostoru jih lahko hranimo precej dolgo. Perhidrol, raztopina, ki gre v prodajo, vsebuje. Tako kot visoko koncentrirane raztopine vodikovega peroksida vsebuje dodatke za stabilizacijo.

Razgradnjo vodikovega peroksida pospešijo katalizatorji. Če na primer v raztopino vodikovega peroksida vržete malo manganovega dioksida, pride do burne reakcije in sprosti se kisik. Katalizatorji, ki spodbujajo razgradnjo vodikovega peroksida, vključujejo baker, železo, mangan, pa tudi ione teh kovin. Že sledi teh kovin lahko povzročijo razpad.

Vodikov peroksid nastane kot vmesni produkt pri zgorevanju vodika, vendar zaradi visoke temperature vodikovega plamena takoj razpade na vodo in kisik.

riž. 108. Shema zgradbe molekule. Kot je blizu , kot je blizu . Dolžine povezav: .

Če pa vodikov plamen usmerite na kos ledu, lahko v nastali vodi najdete sledi vodikovega peroksida.

Vodikov peroksid nastaja tudi z delovanjem atomskega vodika na kisik.

V industriji se vodikov peroksid proizvaja predvsem z elektrokemijskimi metodami, na primer z anodno oksidacijo raztopin žveplove kisline ali amonijevega hidrogensulfata, ki ji sledi hidroliza nastale peroksodižveplove kisline (glej § 132). Procese, ki se v tem primeru pojavljajo, je mogoče predstaviti z naslednjim diagramom:

V vodikovem peroksidu so atomi vodika kovalentno vezani na atome kisika, med katerimi je tudi enostavna vez. Strukturo vodikovega peroksida lahko izrazimo z naslednjo strukturno formulo: H-O-O-H.

Molekule imajo pomembno polarnost, kar je posledica njihove prostorske strukture (slika 106).

V molekuli vodikovega peroksida so vezi med vodikovimi in kisikovimi atomi polarne (zaradi izpodrivanja skupnih elektronov proti kisiku). Zato lahko vodikov peroksid v vodni raztopini pod vplivom polarnih molekul vode odcepi vodikove ione, kar pomeni, da ima kisle lastnosti. Vodikov peroksid je zelo šibka dvobazična kislina v vodni raztopini, vendar v majhni meri razpade na ione:

Druga stopnja disociacije

praktično ne pušča. Zavira ga prisotnost vode, snovi, ki disociira in tvori vodikove ione v večji meri kot vodikov peroksid. Ko pa se vodikovi ioni vežejo (na primer, ko v raztopino vnesemo alkalijo), pride do disociacije v drugem koraku.

Vodikov peroksid reagira neposredno z nekaterimi bazami in tvori soli.

Ko torej vodikov peroksid deluje na vodno raztopino barijevega hidroksida, se oborina barijeve soli vodikovega peroksida obori:

Soli vodikovega peroksida imenujemo peroksidi ali peroksidi. Sestavljeni so iz pozitivno nabitih kovinskih ionov in negativno nabitih ionov, katerih elektronsko strukturo lahko predstavimo z diagramom:

Stopnja oksidacije kisika v vodikovem peroksidu je -1, kar pomeni, da ima vmesno vrednost med stopnjo oksidacije kisika v vodi in molekularnega kisika (0). Zato ima vodikov peroksid tako lastnosti oksidanta kot reducenta, kar pomeni, da ima redoks dvojnost. Kljub temu so zanj bolj značilne oksidacijske lastnosti, saj je standardni potencial elektrokemičnega sistema

v katerem deluje kot oksidant, je enak 1,776 V, medtem ko je standardni potencial elektrokemijskega sistema

v katerem je vodikov peroksid redukcijsko sredstvo, je enak 0,682 V. Z drugimi besedami, vodikov peroksid lahko oksidira snovi, ki ne presegajo 1,776 V, in zmanjša le tiste, ki presegajo 0,682 V. Glede na tabelo. 18 (na strani 277) vidite, da je v prvi skupini veliko več snovi.

Primeri reakcij, v katerih služi kot oksidacijsko sredstvo, vključujejo oksidacijo kalijevega nitrita

in ločevanje joda od kalijevega jodida:

Uporablja se za beljenje tkanin in krzna, uporablja se v medicini (3% raztopina je razkužilo), v živilski industriji (za konzerviranje prehrambenih izdelkov), v kmetijstvu za obdelavo semen, pa tudi pri proizvodnji številnih organskih spojin. , polimeri in porozni materiali. Vodikov peroksid se uporablja kot močno oksidacijsko sredstvo v raketni tehniki.

Vodikov peroksid se uporablja tudi za obnavljanje starih oljnih slik, ki so sčasoma potemnele zaradi pretvorbe svinčevega belega v črni svinčev sulfid pod vplivom sledi vodikovega sulfida v zraku. Ko takšne slike speremo z vodikovim peroksidom, se svinčev sulfid oksidira v beli svinčev sulfat:

In naravni viri

Katedra za kemijo in ekologijo

PREUČEVANJE HITROSTI REAKCIJE RAZGRADNJE

VODIKOV PEROKSID V PRISOTNOSTI KATALIZATORJA

Z GASOMETRIČNO METODO.

v disciplini "Fizikalna in koloidna kemija"

za specialnost 060301.65 − Farmacija

Veliki Novgorod

1 Namen dela…………………………………………………………………………………..3

2 Osnovna teoretična načela………………………………………….3

4 Eksperimentalni del…………………………………………………………4

4.1 Razgradnja vodikovega peroksida v prisotnosti manganovega dioksida MnO2………..…………………………………………………………………………….4

4.2 Razgradnja vodikovega peroksida v prisotnosti katalizatorja pri temperaturi T2.................................. ................ ................................. ...................... 6

5 Zahteve glede vsebine poročila……………………………………………..6

6 Vzorci testnih vprašanj in nalog……………………………7

1 CILJI DELA

1. Določite konstanto hitrosti, vrstni red reakcije, razpolovni čas pri temperaturi T1.

2. Izdelajte graf odvisnosti količine sproščenega O2 od časa in grafično določite razpolovni čas.

3. Določite aktivacijsko energijo reakcije, izračunajte temperaturni koeficient hitrosti reakcije.

2 OSNOVNE TEORETIČNE DOLOČBE

Uporaba vodikovega peroksida v številnih tehnoloških procesih, medicini in kmetijstvu temelji na njegovih oksidativnih lastnostih. Proces razgradnje H2O2 v vodnih raztopinah poteka spontano in ga lahko predstavimo z enačbo:

Н2О2®Н2О +1/2 О2

Postopek lahko pospešimo s pomočjo katalizatorja. To so lahko anioni in kationi, na primer CuSO4 (homogena kataliza). Na razgradnjo H2O2 pospešeno vplivajo tudi trdni katalizatorji (premog, kovine, soli in kovinski oksidi). Na potek heterogene katalitične reakcije razgradnje H2O2 vplivajo pH medija, stanje površine in katalitični strupi, na primer C2H5OH, CO, HCN, H2S.

V celicah rastlin, živali in ljudi pride tudi do katalitskega razpada vodikovega peroksida. Proces poteka pod delovanjem encimov katalaze in peroksidaze, ki imata za razliko od katalizatorjev nebiološke narave izjemno visoko katalitično aktivnost in specifičnost delovanja.

Razgradnjo H2O2 spremlja sproščanje O2. Količina sproščenega kisika je sorazmerna s količino razkrojenega vodikovega peroksida. Delo uporablja plinometrično metodo.

3 VARNOSTNE ZAHTEVE

Pri izvajanju tega laboratorijskega dela morate upoštevati splošna pravila dela v kemijskem laboratoriju.

4 EKSPERIMENTALNI DEL

4.1 Razgradnja vodikovega peroksida v prisotnosti manganovega dioksidaMnO2 .

Pred začetkom poskusa je potrebno pripraviti katalizator: majhen kos steklene paličice namastiti z BF lepilom ali škrobno pasto. Z lepilom je treba namazati le konec, na urno steklo nasuti malo prahu MnO2, s koncem paličice se dotakniti prahu, da na steklu ostane majhna količina MnO2. Lepilo se suši nekaj minut (1-2 minuti). Tlak v sistemu za zbiranje H2O2 je treba znižati na atmosferski tlak: odprite zamašek reakcijske cevi in ​​z izravnalno bučko nastavite nivo vode v bireti na nič.

Shema naprave za merjenje hitrosti razgradnje H2O2 je prikazana na sliki 1.

vodo

epruveto s H2O2

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

Slika 1 – Naprava za preučevanje kinetike razgradnje H2O2.

S pipeto ali merilnim valjem odmerimo 2 ml 3 % raztopine H2O2 in jo vlijemo v epruveto 1. Če poskus izvajamo pri sobni temperaturi, pripravimo štoparico in tabelo za zapisovanje eksperimentalnih podatkov kos steklene palice v epruveto. Zaprite reakcijsko posodo z zamaškom. Najprej zabeležite količino sproščenega kisika po 30 sekundah, nato pa lahko interval povečate na 1 minuto.

Ko se nivo tekočine v bireti zniža, se izravnalna bučka zniža, tako da se nivo tekočine v bireti in bučki ne spremeni, razlika v nivojih je minimalna.

Reakcija se šteje za zaključeno, ko nivo tekočine v bireti preneha padati.

Volumen kisika, ki ustreza popolni razgradnji H2O2 –V¥, lahko dobite, če reakcijsko posodo postavite v kozarec vroče vode. Po ohladitvi epruvete na sobno temperaturo. Nato se določi prostornina O2, ki ustreza popolni razgradnji H2O2.

Tabela - Eksperimentalni podatki

Ob predpostavki, da je reakcija prvega reda, se konstanta hitrosti reakcije izračuna z uporabo kinetične enačbe prvega reda:

Na podlagi rezultatov poskusa se izračuna povprečna vrednost konstante hitrosti reakcije.

Razpolovna doba vodikovega peroksida se izračuna po enačbi:

t0,5 = 0,693/k z uporabo povprečne vrednosti konstante hitrosti.

Konstanto hitrosti in razpolovno dobo določimo grafično z uporabo odvisnosti Vt = f (t) in ln(V¥ – Vt) = f (t), ki sta predstavljeni na sl. 2 in sl. 3. Primerjajte rezultate, dobljene z dvema metodama - analitično in grafično.

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

t, meta t, min

riž. 2 – Odvisnost Vt = f(t) Slika 3 – Odvisnost ln(V¥ – Vt) = f(t)

4.2 Razgradnja vodikovega peroksida v prisotnosti katalizatorja pri temperaturi T2

Poskus ponovimo tako, da reakcijsko posodo postavimo v vodno kopel ali kozarec vode s temperaturo T2 (po navodilu učitelja). Podatki se vnesejo v tabelo:

Če poznamo konstanti hitrosti k1 in k2 pri dveh različnih temperaturah, lahko izračunamo aktivacijsko energijo Ea z uporabo Arrheniusove enačbe:

Ea =

Poleg tega lahko izračunate temperaturni koeficient z uporabo Van't Hoffovega pravila:

k2/k1 = γ ∆t/10

5 ZAHTEVE ZA VSEBINO POROČILA

Poročilo mora vsebovati:

1. namen dela;

2. rezultate merjenja volumna kisika, ki se sprosti pri razpadu peroksida;

3. izračun konstante hitrosti reakcije in razpolovne dobe (polovične pretvorbe) vodikovega peroksida;

4. graf odvisnosti Vt = f(t) in rezultati grafičnega določanja razpolovne dobe vodikovega peroksida;

5. graf ln(V¥ – Vt) = f(t) za določitev konstante hitrosti reakcije;

6. rezultate meritev prostornine sproščenega kisika pri razpadu peroksida pri povišanih temperaturah in izračun konstante hitrosti reakcije;

7. izračun aktivacijske energije po Arrheniusovi enačbi in izračun temperaturnega koeficienta hitrosti reakcije po van’t Hoffovem pravilu;

8. sklepi.

6 VZORCI TESTNIH VPRAŠANJ IN NALOG

1. Konstanta hitrosti reakcije je odvisna od:

a) vrsto reagentov;

b) temperatura;

c) koncentracije reagentov;

d) čas, ki je pretekel od začetka reakcije.

2. Vrstni red reakcije

a) formalna vrednost;

b) določen samo eksperimentalno;

c) se lahko izračuna teoretično;

d) je enak vsoti eksponentov p + q v enačbi υ = k · CAp · CBq.

3. Aktivacijska energija kemijske reakcije

a) presežna energija v primerjavi s povprečno energijo molekul, ki je potrebna, da postane trk med molekulami aktiven;

b) odvisno od narave reagentov;

c) merjeno v J/mol;

d) se poveča, ko v sistem vnesemo katalizator.

4. Razpolovna doba določenega radioaktivnega izotopa je 30 dni. Izračunajte čas, po katerem bo količina izotopa 10 % prvotne.

5. Reakcija prvega reda pri določeni temperaturi poteka za 25 % v 30 minutah. Izračunajte razpolovni čas izhodne snovi.

6. Kolikokrat se bo hitrost reakcije povečala, ko se temperatura poveča za 40 K, če je temperaturni koeficient hitrosti reakcije 3?

7. S povišanjem temperature za 40K se je hitrost določene reakcije povečala za 39,06-krat. Določite temperaturni koeficient hitrosti reakcije.

Razpad vodikovega peroksida pod vplivom katalizatorja in v prisotnosti tekočega mila je eden najlepših kemijskih poskusov. V ruskojezični literaturi ta poskus nima posebnega imena, v angleških virih se imenuje Elephant's Toothpaste, kar v prostem prevodu zveni kot Slonova zobna pasta.

Za poskus potrebujete 30-50% vodikov peroksid (perhidrol), malo tekočega detergenta (ki daje veliko obstojne pene) in katalizator razgradnje vodikovega peroksida. Ko pride peroksid v stik s katalizatorjem, se aktivno sprošča kisik, zaradi prisotnosti tekočega mila pa se tvori veliko pene (za kratek čas). Mešanici so pogosto dodana barvila, ki obarvajo peno v različne barve. Curek pene, ki bruhne iz odprtine bučke ali cilindra, pogosto res spominja na »slonjo zobno pasto«.

Kot katalizator za razgradnjo vodikovega peroksida lahko uporabimo različne snovi in ​​mešanice, na primer: bakrov amoniak, kalijev jodid in celo suspenzijo kvasa.

Ta poskus sem že izvedel v preteklosti, vendar se nisem potrudil pogledati svojih starih zapiskov in posledično se prvi poskus ni obnesel. Vzel sem 7,5 g bakrovega sulfata, dodal 30 ml koncentrirane raztopine amoniaka in temeljito premešal. Raztopino prelijemo v litrsko bučko, dodamo 50 ml tekočega detergenta za pomivanje posode Gala in 80 ml destilata ter ponovno premešamo. V bučko sem vlil 100 ml perhidrola, vzetega iz hladilnika. Oziroma, poskusil sem ga naliti: začela se je burna reakcija, zaradi česar nisem imel časa dodati približno 1/3 perhidrola. Potekala je hitra razgradnja peroksida, vendar se je poskus izkazal za gnusno: bilo je malo pene.

Potem sem pogledal stare plošče. Izkazalo se je, da sem zadnjič vzel popolnoma drugačne količine snovi:

"V 300 ml erlenmajerico vlijemo 10-20 ml tekočega detergenta za pomivanje posode Gala (ali podobnega detergenta). V drugo bučko raztopimo 3-4 g bakrovega sulfata v presežku močne raztopine amoniaka (dodajamo amoniak, dokler baker sulfat se popolnoma raztopi). Nastane modri bakrov (II) amoniak:

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

Vlijte raztopino bakrovega amoniaka v bučko detergenta in dobro premešajte. Bučko postavimo na mizo in ji hitro dodamo 50-100 ml 30-50% raztopine vodikovega peroksida. Prišlo bo do močnega sproščanja plina. Iz bučke bo bruhnil vodnjak pene. Ves prostor okoli bučke bo v nekaj sekundah napolnjen z veliko kepo pene. Iz pene se dvigne para - reakcija razgradnje vodikovega peroksida poteka s sproščanjem toplote. V naših poskusih je bila višina in širina nastale pene približno 60 cm."

Z drugimi besedami, vzeti je bilo treba manj bakrovega amoniaka in tekočega mila.

Za drugi poskus sem vzel 300 ml erlenmajerico, 2 g bakrovega sulfata, ki sem mu dodal 20% koncentrirano raztopino amoniaka. Po raztapljanju bakrovega sulfata dodajte 20 ml tekočega detergenta za pomivanje posode Gala in premešajte. Vzel sem 70 ml vodikovega peroksida, vendar mi je uspelo dodati le 50 ml - začela se je aktivna tvorba pene.

Pena, ki je prišla iz bučke, je res spominjala na zobno pasto, ki so jo iztisnili iz tube. Zahvaljujoč bakrenemu amoniaku se vzdolž pene raztezajo modri trakovi. Poskus se je dobro izkazal, vendar je bila razgradnja počasna in je trajala več kot 2,5 minute.

Spomnil sem se, da sem izvedel poskus, opisan v članku