§ 29.2. Пероксид водорода

Пероксид водорода Н₂О₂ — вещество молекулярного строения, структурная формула которого Н—О—О—Н. Строение молекулы показано на рисунке 67.2.

Энергия связи Н—О составляет 468 кДж/моль и почти в два раза выше энергии связи О—О (210 кДж/моль). Молекула несимметрична и полярна. Между молекулами существуют водородные связи.

Физические свойства

При комнатной температуре пероксид водорода — бледно-голубая сиропообразная жидкость. По сравнению с водой она имеет более высокие температуры кипения и плавления: t_кип. = 150,2 °С, t_пл. = 0,41 °С. Смешивается с водой в любых соотношениях, чему способствует образование водородных связей с молекулами воды. Раствор с массовой долей H₂O₂ 30 % называют пергидролем. В быту обычно используют 3%-ный раствор.

Химические свойства

Пероксид водорода проявляет слабо выраженные кислотные свойства, а также вступает в окислительно-восстановительные реакции. В окислительно-восстановительных реакциях кислород, имея промежуточную степень окисления –1, может её либо понижать до –2, играя роль окислителя, либо повышать до 0, выступая восстановителем.

1. Раствор пероксида водорода имеет кислую реакцию среды, что объясняется образованием ионов водорода Н⁺ (гидроксония (Н₃О⁺):

или  

Пероксид водорода — очень слабая кислота. Как кислота H₂O₂ реагирует с некоторыми щелочами (например, Ba(OH)₂):

Н₂О₂ + Ва(ОН)₂ = ВаО₂ + 2Н₂О (пероксид бария).

2. При хранении на свету, а также нагревании, в присутствии катализаторов (например, MnO₂) H₂O₂ разлагается на кислород и воду:

,

поэтому пероксид водорода и его растворы хранят в тёмной посуде на холоде, для стабилизации добавляют ингибиторы.

3. В реакциях с восстановителями (например, ) атомы кислорода понижают степень окисления:

;

.

4. В реакциях с сильными окислителями (например, KMnO₄) атомы кислорода повышают степень окисления:

Получение. Пероксид водорода в лаборатории можно получить действием серной кислоты на пероксиды металлов:

BaО₂ + H₂SO₄ = BaSO₄↓ + Н₂О₂.

Применение. Водные растворы пероксида водорода используют как антисептик в медицине, как окислитель ракетного топлива, для отбеливания тканей, в косметических средствах для окраски волос. Его действие обусловлено разложением под действием теплоты, света, а также некоторых других веществ с выделением кислорода. Из пероксида водорода получают другие пероксиды.

Вопросы, задания, задачи

1. Выпишите формулы пероксидов: Н₂О, Н₂О₂, Na₂О₂, OF₂, BaО₂, CO₂.

2. Составьте электронную и структурную формулы пероксида водорода.

3. Дайте характеристику химических связей в молекуле пероксида водорода.

4. Запишите уравнение реакции разложения пероксида водорода в присутствии оксида марганца(IV). Охарактеризуйте реакцию с точки зрения процессов окисления и восстановления.

5. К раствору пероксида водорода массой 75 г добавили небольшую порцию оксида марганца(IV). В результате полного разложения пероксида водорода выделился газ объёмом 0,5 дм³. Какова массовая доля пероксида в исходном растворе?

6. Расставьте коэффициенты методом электронного баланса:

KMnO₄ + Н₂О₂ → MnO₂ + KOH + Н₂О + O₂↑.

7. Предложите продукты реакций между пероксидом водорода и: а) гидроксидом железа(II), б) йодидом натрия. Составьте уравнения реакций и укажите переход электронов.

8. Предложите молекулярную и структурную формулы дисульфана — водородного соединения серы, являющегося аналогом пероксида водорода (по составу и строению). Составьте уравнение реакции его разложения на сероводород и серу.

9. Определите вещества X, Y, Z в схеме:

, если .

Составьте уравнения соответствующих реакций.

10. Рассчитайте объём раствора пероксида водорода с массовой долей 3 % (плотность 1,01 г/см³), который можно приготовить, имея 1 дм³ пергидроля (плотность 1,112 г/см³, массовая доля Н₂O₂ 30 %).

Самоконтроль

1. Схема образования водородной связи между молекулами воды и пероксида водорода:

а) 

б) 

в) 

г)

 

2. Сумма коэффициентов в уравнении реакции Н₂О₂ + PbS → H₂O + PbSO₄ равна:

• а) 6;
• б) 9;
• в) 10;
• г) 14.

3. Степень окисления –1 имеют атомы кислорода в соединениях:

• а) Na₂О₂;
• б) Н₂О₂;
• в) СаО₂;
• г) K₂О.

4. Пероксид водорода образуется в реакциях, схемы которых:

• а) ВаО₂ + НCl →;
• б) ВаО₂ + H₂SO₄ →;
• в) Н₂О₂ + KMnO₄ →;
• г) Н₂О₂ + H₂S →.

5. Относительно пероксида водорода верными являются утверждения:

• а) молекула Н₂О₂ линейна;
• б) в молекуле содержатся две полярные и одна неполярная ковалентная связь;
• в) проявляет окислительные свойства по отношению к NaI;
• г) можно использовать для получения кислорода в лаборатории.