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过氧化氢溶液,俗称双氧水,为无色油状透明液体。密度1.442g/cm3。熔点-0.41℃。沸点150.2℃。溶于水、醇、醚,不溶于石油醚。极不稳定,遇热、光、粗糙活性表面、重金属及其他杂质会引起分解,同时放出氧和热量。具有较强的氧化能力,为强氧化剂,有腐蚀性。在高浓度下能使有机物质燃烧,与二氧化锰作用能引起爆炸。过氧化氢H2O2能以任意比与水混合,其分子间因具有较强氢键,故在液态、固态中存在缔合分子而使之具有较高的熔点(272K)和沸点(423K)。
H2O2中O呈-1价,属于0价和-2价之间的中间价态,H2O2表现为既有氧化性又有还原性,遇到强氧化剂时呈现还原性,遇到强还原剂时呈现氧化性,并以氧化性为主。
(1)氧化性:H2O2做氧化剂时,其还原产物为H2O,不会引入新的杂质,这是H2O2被称为环保型氧化剂的原因。如:H2O2+SO2=H2SO4
2FeSO4+H2O2+H2SO4=Fe2(SO4)3+2 H2O
【例1】久置的油画,白色部分(PbSO4)常会变黑(PbS),用双氧水揩擦恢复原貌,这是利用了双氧水的性,反应的化学方程式为 。
解析:久置的油画,白色部分(PbSO4)常会变黑(PbS),用双氧水揩擦恢复原貌,这是利用了双氧水的强氧化性,反应的化学方程式为PbS+4H2O2=PbSO4+4H2O
答案:强氧化PbS+4H2O2=PbSO4+4H2O
【例2】使用假冒伪劣化妆品,脸上有时会出现一些黑色斑点。这主要是伪劣化妆品里含有铅白2PbCO3·Pb(OH)2与皮肤中的硫化物产生黑色硫化铅的缘故。除去这种黑色斑点的主要方法是选用适宜的氧化剂将其氧化为难溶于水和酸的白色化合物。
供选择的氧化剂有:①漂白粉②高锰酸钾③H2O2(双氧水),试回答:
(1)应选用何种氧化剂去掉PbS,是。
(2)去掉PbS时可能的化学方程式是 。
解析:首先看清题意是将黑色的硫化铅氧化为难溶于水和酸的白色化合物。铅盐中PbSO3为白色但溶于酸,PbSO4是不溶于水和酸的白色化合物。由此可知PbS中的S2-氧化成SO42-在这个过程中显然要有氧。再从几种供选用的氧化剂考虑,不应该在脸上使用漂白粉,因为它会腐蚀皮肤。若用消毒剂KMnO4虽然能使PbS氧化,但人的皮肤近中性,KMnO4的还原产物不是Mn2+盐而是MnO2,MnO2显黑褐色比PbS更难消除,显然也不行。而H2O2的还原产物是H2O,是合理的选择。
答案:(1)选用适宜浓度的H2O2溶液。H2O2把PbS氧化成PbSO4而不留下其他难以消除的固体,也不会对人体产生危害。
(2)PbS+4H2O2==PbSO4+4H2O
(2)还原性:H2O2做还原剂时,其氧化产物为O2,如:2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5O2↑+8H2O
【例3】把双氧水加入酸化的KMnO4溶液中,溶液的紫红色消失,此时双氧水表现出 性,反应的离子方程式为
解析:双氧水加入酸化的KMnO4溶液中,溶液的紫红色消失,此时双氧水表现出还原性,反应的离子方程式为2MnO4-+6H++5H2O2=2Mn2++5O2↑+8H2O,高锰酸钾在酸性溶液中会被还原为Mn2+。由于标准电极电势的缘故,反应在不同pH环境下进行的方向可能不同,如碱性溶液中,过氧化氢会将Mn2+氧化为+4价,以MnO2形式生成。
答案:还原性,2MnO4-+6H++5H2O2=2Mn2++5O2↑+8H2O
(3)不稳定性:在常温下,它的分解缓慢,90%的H2O2溶液在323K下每小时只分解0.001%,过氧化氢在pH值为 3.5～4.5时最稳定,在碱性溶液中极易分解,在遇强光,特别是短波射线照射时也能发生分解。当加热到100℃以上时,开始急剧分解。它与许多有机物如糖、淀粉、醇类、石油产品等形成爆炸性混合物,在撞击、受热或电火花作用下能发生爆炸。过氧化氢与许多无机化合物或杂质接触后会迅速分解而导致爆炸,放出大量的热量、氧和水蒸气。大多数重金属(如锨、铜、银、铅、汞、锌、钴、镍、铬、锰等)及其氧化物和盐类都是活性催化剂,尘土、香烟灰、碳粉、铁锈等也能加速分解。浓度超过74%的过氧化氢,在具有适当的点火源或温度的密闭容器中,会产生气相爆炸。因此,H2O2溶液应保存在避光的棕色瓶中并置放于阴凉处。
2H2O2=2H2O+O2↑
实验室常用此反应制取氧气。
【例4】过氧化氢的沸点比水高,但受热容易分解。某试剂厂先制得7%~8%的过氧化氢溶液,再浓缩成30%溶液时,可采用的适宜方法是()
A.常压蒸馏B.减压蒸馏
C.加生石灰常压蒸馏D.加压蒸馏
解题思路:相互混溶的液体被加热时,沸点低的液体先被蒸发出来。液体的沸点受压强影响,外界压强越大,液体的沸点越高;外界压强越小,液体沸点越低。为了使液体在高温下沸腾(提高沸点),通常给液体加压,为了在空气稀薄的高山上煮熟食物,采用高压锅来蒸煮食物。为了使液体在低温下沸腾(降低沸点),通常给液体减压,用加热法分离液体时,为了避免混合液体中部分液体的受热分解,采用减压分馏或减压蒸馏的方法分离液体。
解析:根据过氧化氢的沸点比水高,过(下转第148页)(上接第146页)氧化氢的水溶液被加热水先被蒸发出来,溶液就可以被浓缩。但是过氧化氢受热容易分解,导致采用通常的加热方法蒸发水浓缩溶液成为不可能的事情。既要蒸发水又要混合液受热温度降低,只能借助于外界压强的减小来降低水的沸点来完成,所以本题选择B选项。
【例5】下列反应适用于实验室制备氧气的是()
①高锰酸钾热分解 2KMnO4=K2MnO4+MnO2+O2↑
②硝酸铵热分解 NH4NO3=4H2O+2N2↑+O2↑
③过氧化氢分解 2H2O2=2H2O+O2↑
④二氧化氮的分解 2NO2=2NO+O2↑
A.只有① B.①和② C.①和③ D.①③④
答案: C
(4)弱酸性:过氧化氢呈弱酸性,相当于二元弱酸,电离方程式:
H2O2 H++HO,
HO H++O
在298K时,它的第一级电离常数K1=1.55×10-12其K2很小,约为10-25,H2O2是一种弱酸。
【例6】双氧水(H2O2)和水都是极弱电解质,但H2O2比H2O更显酸性。
①若把H2O2看成是二元弱酸,请写出它在水中的电离方程式:
②鉴于H2O2显弱酸性,它能同强碱作用形成正盐,在一定条件下也可形成酸式盐。请写出H2O2与Ba(OH)2作用形成正盐的化学方程式:
③水电离生成H3O+和OH-叫做水的自偶电离。同水一样,H2O2也有极弱的自偶电离,其自偶电离的方程式为:
解析:
①多元弱酸分步电离,酸分子中的氢原子分步被以氢离子的形式电离出来。
H2O2 H++HO ,HO H++O ;
从电离的结果来看,H2O2被看成是二元弱酸时,有酸式酸根离子HO 和酸根离子O 。
②H2O2被看成是二元弱酸时,酸根离子为O ,与Ba(OH)2作用形成正盐的化学式为BaO2。H2O2与Ba(OH)2作用形成正盐的化学方程式:
H2O2+Ba(OH)2=BaO2+2H2O 。
③水电离生成H3O+和OH-叫做水的自偶电离,电离方程式为:
H2O+H2OH3O++OH-,
书写该电离方程式时的关键是其中一个水分子与水电离出来的氢离子结合成水合氢离子。同水一样,H2O2也有极弱的自偶电离,电离书写式的关键是其中一个双氧水分子与双氧水电离出来的一个氢离子结合成双氧水合氢离子:
H2O2+H2O2 H3O +HO 。
答案:①H2O2 H++HO ,HO H++O
②H2O2+Ba(OH)2=BaO2+2H2O
③H2O2+H2O2 H3O +HO
【例7】 (1)将H2O2溶液滴入含有酚酞的NaOH溶液中,红色消失。甲同学认为这是由于H2O2是二元弱酸(H2O2 H++HO ),消耗了OH-,而使红色褪去。乙同学认为H2O2具有了强氧化性,将酚酞氧化,红色消失。试设计一个试验论证甲乙两位同学的解释中谁正确。
(2)甲同学的品红溶液中通入一种气体后,品红褪色。乙同学设计了一个很简便的实验便知甲同学通入的是Cl2还是SO2,他的实验方案是
解析:(1)将上述溶液(红色消失后的溶液)取少量加入一支洁净的试管中,在试管中滴入氢氧化钠溶液,如果再出现红色,则为H2O2酸性所致,甲同学的见解正确;如果不再出现红色,则为酚酞被H2O2氧化所致,乙同学的见解正确。
(2)将上述溶液(品红褪色后的溶液)取少量加入一支洁净的试管中,给试管加热,如果再出现红色,则通入的是二氧化硫;如果不再出现红色,则通入的是氯气。(二氧化硫使品红溶液褪色的原理是发生化合反应,生成不稳定的无色化合物,无色化合物受热分解又出现原来的红色。氯气使品红溶液褪色发生的是氧化还原反应,这种漂白是永久漂白,该无色化合物即便再加热也不会出现原来的红色。)
通过上述对过氧化氢性质的分析归纳,及时巩固所学知识,加深对概念原理的理解,提高分析问题和解决问题的能力,对练习的正确处理是强化学生学习薄弱的环节、清晰模糊的概念、纠正错误的知识点的主要途径,是培养学生迁移发散等综合能力的有效方法。
H2O2中O呈-1价,属于0价和-2价之间的中间价态,H2O2表现为既有氧化性又有还原性,遇到强氧化剂时呈现还原性,遇到强还原剂时呈现氧化性,并以氧化性为主。
(1)氧化性:H2O2做氧化剂时,其还原产物为H2O,不会引入新的杂质,这是H2O2被称为环保型氧化剂的原因。如:H2O2+SO2=H2SO4
2FeSO4+H2O2+H2SO4=Fe2(SO4)3+2 H2O
【例1】久置的油画,白色部分(PbSO4)常会变黑(PbS),用双氧水揩擦恢复原貌,这是利用了双氧水的性,反应的化学方程式为 。
解析:久置的油画,白色部分(PbSO4)常会变黑(PbS),用双氧水揩擦恢复原貌,这是利用了双氧水的强氧化性,反应的化学方程式为PbS+4H2O2=PbSO4+4H2O
答案:强氧化PbS+4H2O2=PbSO4+4H2O
【例2】使用假冒伪劣化妆品,脸上有时会出现一些黑色斑点。这主要是伪劣化妆品里含有铅白2PbCO3·Pb(OH)2与皮肤中的硫化物产生黑色硫化铅的缘故。除去这种黑色斑点的主要方法是选用适宜的氧化剂将其氧化为难溶于水和酸的白色化合物。
供选择的氧化剂有:①漂白粉②高锰酸钾③H2O2(双氧水),试回答:
(1)应选用何种氧化剂去掉PbS,是。
(2)去掉PbS时可能的化学方程式是 。
解析:首先看清题意是将黑色的硫化铅氧化为难溶于水和酸的白色化合物。铅盐中PbSO3为白色但溶于酸,PbSO4是不溶于水和酸的白色化合物。由此可知PbS中的S2-氧化成SO42-在这个过程中显然要有氧。再从几种供选用的氧化剂考虑,不应该在脸上使用漂白粉,因为它会腐蚀皮肤。若用消毒剂KMnO4虽然能使PbS氧化,但人的皮肤近中性,KMnO4的还原产物不是Mn2+盐而是MnO2,MnO2显黑褐色比PbS更难消除,显然也不行。而H2O2的还原产物是H2O,是合理的选择。
答案:(1)选用适宜浓度的H2O2溶液。H2O2把PbS氧化成PbSO4而不留下其他难以消除的固体,也不会对人体产生危害。
(2)PbS+4H2O2==PbSO4+4H2O
(2)还原性:H2O2做还原剂时,其氧化产物为O2,如:2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5O2↑+8H2O
【例3】把双氧水加入酸化的KMnO4溶液中,溶液的紫红色消失,此时双氧水表现出 性,反应的离子方程式为
解析:双氧水加入酸化的KMnO4溶液中,溶液的紫红色消失,此时双氧水表现出还原性,反应的离子方程式为2MnO4-+6H++5H2O2=2Mn2++5O2↑+8H2O,高锰酸钾在酸性溶液中会被还原为Mn2+。由于标准电极电势的缘故,反应在不同pH环境下进行的方向可能不同,如碱性溶液中,过氧化氢会将Mn2+氧化为+4价,以MnO2形式生成。
答案:还原性,2MnO4-+6H++5H2O2=2Mn2++5O2↑+8H2O
(3)不稳定性:在常温下,它的分解缓慢,90%的H2O2溶液在323K下每小时只分解0.001%,过氧化氢在pH值为 3.5～4.5时最稳定,在碱性溶液中极易分解,在遇强光,特别是短波射线照射时也能发生分解。当加热到100℃以上时,开始急剧分解。它与许多有机物如糖、淀粉、醇类、石油产品等形成爆炸性混合物,在撞击、受热或电火花作用下能发生爆炸。过氧化氢与许多无机化合物或杂质接触后会迅速分解而导致爆炸,放出大量的热量、氧和水蒸气。大多数重金属(如锨、铜、银、铅、汞、锌、钴、镍、铬、锰等)及其氧化物和盐类都是活性催化剂,尘土、香烟灰、碳粉、铁锈等也能加速分解。浓度超过74%的过氧化氢,在具有适当的点火源或温度的密闭容器中,会产生气相爆炸。因此,H2O2溶液应保存在避光的棕色瓶中并置放于阴凉处。
2H2O2=2H2O+O2↑
实验室常用此反应制取氧气。
【例4】过氧化氢的沸点比水高,但受热容易分解。某试剂厂先制得7%~8%的过氧化氢溶液,再浓缩成30%溶液时,可采用的适宜方法是()
A.常压蒸馏B.减压蒸馏
C.加生石灰常压蒸馏D.加压蒸馏
解题思路:相互混溶的液体被加热时,沸点低的液体先被蒸发出来。液体的沸点受压强影响,外界压强越大,液体的沸点越高;外界压强越小,液体沸点越低。为了使液体在高温下沸腾(提高沸点),通常给液体加压,为了在空气稀薄的高山上煮熟食物,采用高压锅来蒸煮食物。为了使液体在低温下沸腾(降低沸点),通常给液体减压,用加热法分离液体时,为了避免混合液体中部分液体的受热分解,采用减压分馏或减压蒸馏的方法分离液体。
解析:根据过氧化氢的沸点比水高,过(下转第148页)(上接第146页)氧化氢的水溶液被加热水先被蒸发出来,溶液就可以被浓缩。但是过氧化氢受热容易分解,导致采用通常的加热方法蒸发水浓缩溶液成为不可能的事情。既要蒸发水又要混合液受热温度降低,只能借助于外界压强的减小来降低水的沸点来完成,所以本题选择B选项。
【例5】下列反应适用于实验室制备氧气的是()
①高锰酸钾热分解 2KMnO4=K2MnO4+MnO2+O2↑
②硝酸铵热分解 NH4NO3=4H2O+2N2↑+O2↑
③过氧化氢分解 2H2O2=2H2O+O2↑
④二氧化氮的分解 2NO2=2NO+O2↑
A.只有① B.①和② C.①和③ D.①③④
答案: C
(4)弱酸性:过氧化氢呈弱酸性,相当于二元弱酸,电离方程式:
H2O2 H++HO,
HO H++O
在298K时,它的第一级电离常数K1=1.55×10-12其K2很小,约为10-25,H2O2是一种弱酸。
【例6】双氧水(H2O2)和水都是极弱电解质,但H2O2比H2O更显酸性。
①若把H2O2看成是二元弱酸,请写出它在水中的电离方程式:
②鉴于H2O2显弱酸性,它能同强碱作用形成正盐,在一定条件下也可形成酸式盐。请写出H2O2与Ba(OH)2作用形成正盐的化学方程式:
③水电离生成H3O+和OH-叫做水的自偶电离。同水一样,H2O2也有极弱的自偶电离,其自偶电离的方程式为:
解析:
①多元弱酸分步电离,酸分子中的氢原子分步被以氢离子的形式电离出来。
H2O2 H++HO ,HO H++O ;
从电离的结果来看,H2O2被看成是二元弱酸时,有酸式酸根离子HO 和酸根离子O 。
②H2O2被看成是二元弱酸时,酸根离子为O ,与Ba(OH)2作用形成正盐的化学式为BaO2。H2O2与Ba(OH)2作用形成正盐的化学方程式:
H2O2+Ba(OH)2=BaO2+2H2O 。
③水电离生成H3O+和OH-叫做水的自偶电离,电离方程式为:
H2O+H2OH3O++OH-,
书写该电离方程式时的关键是其中一个水分子与水电离出来的氢离子结合成水合氢离子。同水一样,H2O2也有极弱的自偶电离,电离书写式的关键是其中一个双氧水分子与双氧水电离出来的一个氢离子结合成双氧水合氢离子:
H2O2+H2O2 H3O +HO 。
答案:①H2O2 H++HO ,HO H++O
②H2O2+Ba(OH)2=BaO2+2H2O
③H2O2+H2O2 H3O +HO
【例7】 (1)将H2O2溶液滴入含有酚酞的NaOH溶液中,红色消失。甲同学认为这是由于H2O2是二元弱酸(H2O2 H++HO ),消耗了OH-,而使红色褪去。乙同学认为H2O2具有了强氧化性,将酚酞氧化,红色消失。试设计一个试验论证甲乙两位同学的解释中谁正确。
(2)甲同学的品红溶液中通入一种气体后,品红褪色。乙同学设计了一个很简便的实验便知甲同学通入的是Cl2还是SO2,他的实验方案是
解析:(1)将上述溶液(红色消失后的溶液)取少量加入一支洁净的试管中,在试管中滴入氢氧化钠溶液,如果再出现红色,则为H2O2酸性所致,甲同学的见解正确;如果不再出现红色,则为酚酞被H2O2氧化所致,乙同学的见解正确。
(2)将上述溶液(品红褪色后的溶液)取少量加入一支洁净的试管中,给试管加热,如果再出现红色,则通入的是二氧化硫;如果不再出现红色,则通入的是氯气。(二氧化硫使品红溶液褪色的原理是发生化合反应,生成不稳定的无色化合物,无色化合物受热分解又出现原来的红色。氯气使品红溶液褪色发生的是氧化还原反应,这种漂白是永久漂白,该无色化合物即便再加热也不会出现原来的红色。)
通过上述对过氧化氢性质的分析归纳,及时巩固所学知识,加深对概念原理的理解,提高分析问题和解决问题的能力,对练习的正确处理是强化学生学习薄弱的环节、清晰模糊的概念、纠正错误的知识点的主要途径,是培养学生迁移发散等综合能力的有效方法。