Получение, строение и свойства пероксида водорода


Задача 797. 
Указать способы получения пероксида водорода, привести уравнения реакций.
Решение:
В промышленности пероксид водорода получают электрохимическим методами, например, анодным окислением растворов H2SO4 или (NH4)HSO4  с последующим гидролизом образующейся при этом пероксодвусерной ислоты H2S2O8
При электролизе H2SO4 (50% раствор) на катоде разряжаются ионы водорода Н+, а на аноде -  HSО4-. Последние, теряя свои заряды, соединяясь попарно, образуют перокусодвусерную кислоту:

На катоде:  2Н+ 2электрон  = Н2↑;
На аноде:  2HSО4-  -  2электрон  = H2S2O8,
или 2H2SO4 = H2S2O8 + 2H+  2электрон.

Молекулярная форма:

2H2SO4 = H2S2O8 + Н2↑.

При электролизе (NH4)HSO4  на катоде разряжается молекулы воды, а на аноде - HSО4- . Последние, теряя свои заряды, соединяясь попарно, образуют перокусодвусерную кислоту:

На катоде: 2Н2О + 2электрон  = Н2 +2ОН-;
На аноде:  2HSО4-  - 2электрон  = H2S2O8,

Молекулярная форма:

2(NH4)HSO4 + 2H2O = H2S2O8 + 2NH4OH + H2.

Далее перокидвусерная кислота подвергается гидролизу, сопровождающемуся образованием серной кислоты и пероксида водорода:

H2S2O8 + 2Н2О = 2H2SO4 + Н2О2.

Фактически электролиз протекает до тех пор пока в рабочем растворе не закончится или H2SO4, или (NH4)HSO4.


Задача 798. 
Можно ли получить Н2О2. непосредственным взаимодействием водорода и кислорода? Ответ обосновать.
Решение:
Пероксид водорода образуется в качестве промежуточного продукта при горении водорода:

Н2 + О2 = Н2О2.

Но ввиду высокой температуры водородного пламени тотчас же разлагается на воду и кислород (2Н2О2 ) ⇔ 2Н2О + О2). Однако, если направить водородное пламя на кусок льда, то в образующейся воде можно обнаружить следы пероксида водорода. Пероксид водорода можно получить при действии атомарного водорода на кислород.

2Н + О2 = Н2О2

Таким образом, непосредственным взаимодействием водорода и кислорода пероксид водорода невыгодно получать ни в лаборатории, ни в промышленности.


Задача 799.
Описать строение молекулы Н2О2. Почему эта молекула полярна?
Решение:
Молекула H2O2 неплоская, имеет строение HOOH с сигма-связь-связью OO на ребре и связями H—O на плоскостях двугранного угла:

пероксид водорода

Степень окисления кислорода равна I, валентность атома O равна 2. Группу OO называют пероксогруппой. Энергия связи О—О (210 кДж/моль) почти в 2 раза меньше энергии связи О—Н (468 кДж/моль), длина связи О—О равна 0,145нм. Из-за несимметричного распределения связей Н — О молекула Н2О2 сильно полярна. Между молекулами Н2О2 возникает довольно прочная водородная связь, поэтому в обычных условиях Н2О2 – сиропообразная светло-голубая жидкость с высокой температурой кипения равной 150°С. Температура плавления 0,41°С. Почти в 1.5 раза тяжелее воды, поверхностное натяжение ( сигма-связь) больше, чем у Н2О.


Задача 800. 
Написать уравнение реакции разложения пероксида водорода. К какому типу окислительно-восстановительных реакций она относится?
Решение:
Уравнение реакции разложения пероксида водорода имеет вид:

2О2 ⇔ 2Н2О + О2.

Данная реакция относится к окислительно-восстановительным реакциям самоокисления-самовосстановления, потому что пероксид водорода в реакции разложения является и восстановителем, и окислителем одновременно. Степень окисления кислорода изменяется от -1 до -2 (восстановление) и от -1 до 0 (окисление), потому что кислород в пероксиде водорода находится в своей промежуточной степени окисления (-1). 
Электронные уравнения процесса:

пероксид водорода

Ионно-молекулярная форма:

- = О20 +  2О2-


Задача 801. 
К 150 г раствора Н2О2 прибавили немного диоксида марганца. Выделившийся кислород при нормальных условиях занял объем  10-3м3. Вычислить массовую долю Н2О2 в исходном растворе.
Решение:
Уравнение реакции имеет вид:

пероксид водорода

М(Н2О2) = 34г/моль;  m(H2O2) = 34г.
Находим массу разложившегося пероксида водорода из пропорции:

х : 68 = 1 : 22,4;  
х = (1,68)/22,4 = 3,04г.

Массовую долю пероксида водорода находим из уравнения: 

пероксид водорода

где  w% - массовая доля вещества В; m(B) – масса вещества В; m(р-ра) – масса раствора.

Отсюда

пероксид водорода

Ответ: 2,02%.