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深度认识一下双氧水

来源:未知作者:王笃年 点击:所属专题: 过氧化氢

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一. 比水重 双氧水分子比水多一个氧原子,物理性质各方面都“重”,好比 CO 2 与 CO 的比较。比如常温下密度接近 1.5g/mL ,沸点约 150 ℃,均远高于水 。它的酸性也比水强,常温下 K a =1.6 × 10 -12 。 常用的双氧水试剂是 30% 的溶液,医疗消毒用的是浓度为 3% 的

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一.比水重

双氧水分子比水多一个氧原子,物理性质各方面都“重”,好比CO2与CO的比较。比如常温下密度接近1.5g/mL,沸点约150℃,均远高于水。它的酸性也比水强,常温下Ka=1.6×10-12

常用的双氧水试剂是30%的溶液,医疗消毒用的是浓度为3%的稀溶液。消毒利用它的强氧化性。无论它做氧化剂还是还原剂,最大的好处是没有杂质遗留。

二.半开何为

H2O2分子的四个原子不在一条直线,也不在一个平面上,像是一本半开的书,两个平面的夹角和H-O-O键角均略大于直角。真的是“半”开。

O原子轨道sp3杂化,H-O-O自然不会直线,这个没问题。为什么没有(全开)共平面呢?无论是两个H原子间的距离还是O-O间孤电子对的距离都是共平面时最远,事实却是扭了近90°,这斥力是怎么算的呢?

三.一山二虎

多数分解反应吸热,双氧水的分解却是放热的:

2H2O2(l)→2H2O(l)+O2(g)ΔH°= -196kJ

原因可以说是H2O2的标准生产焓(-188kJ/mol)比H2O(-286kJ/mol)小,就是说H2O2的稳定性本来就明显比H2O差。一山难容二虎啊。加上有气态氧生成,该分解反应还是增熵的,自然很自发的。光照、重金属离子和碱性都能催化加速双氧水的分解。

四.进退自如

氧化性常常跟不稳定性挂钩,比如HNO3、KMnO4、HClO都容易分解出氧,同时也具有强氧化性。H2O2亦然。

来看H2O2的四种典型的半反应

1.酸性条件下作为氧化剂(这是最招牌的一种半反应)

H2O2+2H+2E→2H2O E°=1.77V

该标准电极电势比硝酸(NO3,H/NO的E°=0.96V)还高,它是强氧化剂。例如

H2O2+2Fe2++2H→2Fe3++2H2O

(该反应中Fe3+会同时催化H2O2的分解)

2.碱性条件下作为氧化剂:

H2O2+2E→2OH E°=0.88V

它还是个中等强度的氧化剂(Fe3+/Fe2+的E°=0.77V),例如

3H2O2+2CrO2+2OH→2CrO42+4H2O

3.酸性条件下作为还原剂(遭遇了比它更凶悍的强氧化剂,还原产物是O2)

H2O2-2e→O2↑+2H E°=0.70V

例如:5H2O2+2MnO4+6H→2Mn2++5O2↑+8H2O

4.碱性条件下放出氧气作为还原剂

H2O2-2e+2OH→O2↑+2H2O E°= -0.08V

例如:H2O2+2MnO4→2MnO2↓+2O2↑+2OH

五.催化制取H2O2

一是通过BaO制取。

先将BaO在氧气中加热生成BaO2,再与酸反应,BaO2+H2SO4→BaSO4↓+H2O2。这相当于一个复分解反应。

如果改H2SO4为CO2+H2O(假定后者能替代),生成的BaCO3再分解,则总反应相当于2H2O+O2→2H2O2,BaO和CO2或BaCO3相当于催化剂,实现了水和氧的化合。是BaO(抑或是Na2O)提供了产生过氧离子的机会。

二是目前常用的蒽醌法

蒽(C14H10)是三个苯环并联,共有10个H原子可供取代,取代基的位置编号依次是右边苯环顺时针数1234,然后左边苯环顺时针数5678,中间苯环的两个位置为9和10。乙基蒽醇就是2-乙基-9,10-二羟基蒽。先用O2将乙基蒽醇氧化为乙基蒽醌,即将两个羟基氧化为两个碳基,然后再用H2将乙基蒽醌还原

深度认识一下双氧水

总反应相当于O2+H2→H2O2,除所用过渡金属外乙基蒽醇是催化剂,将氧和氢化合成了H2O2。是乙基蒽醇提供了产生O-O键的可能。

三是电解法。

先电解硫酸氢钾饱和溶液:

2HSO4→H2(阴极)+S2O82(阳极)

(挺神奇的电解,如果是电解硫酸或硫酸盐的稀溶液,阳极应该产生O2吧)

再将电解所得过硫酸钾酸化水解(其实是将水部分氧化):

S2O82+2H2O→2HSO4+H2O2

反应结果相当于2H2O→H2+H2O2,HSO4相当于催化剂。这是唯一的水分解法,当然电解是主要手段。是过硫酸造就的双氧。

(责任编辑:化学自习室)
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