Лабораторная работа 24 Кислород. Пероксид водорода

Цель работы: изучить химические свойства кислорода и пероксида водорода.

Задание: получить кислород; убедиться на опытах, что пероксид водорода обладает двойственными окислительно-восстановительными свойствами. Выполнить требования к результатам опытов, оформить отчет, решить задачу.

Теоретическое введение

Кислород расположен в главной подгруппе VI группы и относится к р-элементам. На внешнем уровне атома кислорода содержится 6 электронов (2s²2p⁴). В соединениях со всеми элементами (кроме фтора) кислород проявляет степень окисления -2, а в пероксиде водорода Н₂O₂ и его производных -1.

В лаборатории кислород получают чаще всего термическим разложением некоторых кислородсодержащих веществ, например KClO₃, КМnО₄, KNO₃ и др.

Кислород химически активен; при нагревании он непосредственно взаимодействует с большинством простых веществ, образуя оксиды. Общая схема окислительного действия кислорода: O₂ + 4ē = 2О^2‾. Кроме того, молекула O₂ , присоединяя или теряя электроны, образует соединения пероксидного типа, из которых наибольшее практическое значение имеют производные пероксид-иона O₂²⁻ − пероксид водорода Н₂O₂ и пероксиды Na₂O₂, BаO₂.

Пероксиды проявляет как восстановительные, так и окислительные свойства, причем последние выражены сильнее. Для Н₂O₂ характерен распад по типу диспропорционирования

2Н₂О₂⁻¹ = 2H₂O⁻² + O₂⁰ .

Процесс распада ускоряется при освещении, нагревании, а также в присутствии катализаторов (МпO₂, Fe₂O₃ и др.).

Пероксид водорода в водных растворах ведет себя как очень слабая кислота.

Выполнение работы

Опыт 1. Получение кислорода

Насыпать в сухую пробирку 2 шпателя перманганата калия КМnО₄, укрепить ее вертикально в зажиме штатива и нагреть. Выделяющийся газ испытать тлеющей лучинкой.

Требование к результатам опыта:

Составить уравнение реакции разложения перманганата калия, указать окислитель и восстановитель и сделать вывод, к какому типу ОВР относится данная реакция.

Опыт 2. Разложение пероксида водорода

В две пробирки налить по 1-2 мл пероксида водорода. Одну пробирку слегка нагреть, а во вторую добавить немного оксида марганца (IV) MnO₂. Внести в пробирку тлеющую лучинку. Отметить свои наблюдения.

Требования к результатам опыта:

1. Написать уравнение реакции разложения H₂O₂.

2. Сделать вывод о роли оксида марганца (IV) в реакции разложения Н₂О₂.

Опыт 3. Окислительные свойства пероксида водорода

• Налить в пробирку 1-2 мл иодида калия KI, столько же разбавленной серной кислоты и добавить раствор Н₂O₂. Какое вещество выделилось?

• В пробирку налить 1-2 мл раствора соли хрома (Ш), добавить концентрированной щелочи до растворения первоначально образующегося осадка и прилить 2-3 мл Н₂O₂. Наблюдать изменение окраски раствора.

• К 1-2 мл раствора MnSO₄ добавить столько же разбавленной щелочи и 2-3 мл раствора пероксида водорода. Что наблюдается?

Требование к результатам опыта:

Закончить уравнения реакций: KI + H₂O₂ + H₂SO₄ =

Cr₂(SO₄)₃ + H₂O₂ + NaOH =

MnSO₄ + H₂O₂ + NaOH =

В каждой реакции указать окислитель и восстановитель.

Опыт 4. Восстановительные свойства пероксида водорода

• Налить в пробирку 1-2 мл раствора перманганата калия KMnO₄, подкислить разбавленной серной кислотой и добавить 2-3 мл раствора Н₂О₂. В пробирку внести тлеющую лучинку. Что происходит?

• К 5-10 каплям раствора нитрата серебра AgNO₃ добавить 1-2 мл разбавленной щелочи и 2-3 мл раствора пероксида водорода. Наблюдать образование черного осадка металлического серебра и выделение кислорода.

Требования к результатам опыта:

1. Закончить уравнения реакций: KMnO₄ + H₂O₂ + H₂SO₄ =

AgNO₃ + H₂O₂ + NaOH =

В каждой реакции указать окислитель и восстановитель.

2. Сделать вывод об окислительно-восстановительных свойствах Н₂О₂.

Задачи

№ 24.1. Составить уравнения реакций получения кислорода в лабораторных условиях. Как получают кислород в промышленности?

№ 24.2. Какой объем кислорода (н.у.) можно получить при разложении 200 мл 15,5 %-ного раствора пероксида водорода Н₂О₂, плотность раствора 1,1 г/мл? (Ответ: 11,2 л).

№ 24.3. Закончить уравнения реакций: а) P + O₂ =;

б) Al + O₂ =; в) H₂S + O₂ =; г) Na₂O + CO₂ =

№ 24.4. Закончить уравнения реакций: а) Na₂O + SO₃ =;

б) Na₂O + Al₂O₃ =; в) Al₂O₃ + SO₃ =; г) Na₂O + H₂O =; д) Cl₂O₇ + H₂O =

№ 24.5. Какие свойства в окислительно-восстановительных реакциях проявляет пероксид водорода? Закончить уравнения реакций:

а) KI + H₂O₂ + H₂SO₄ =; б) Hg(NO₃)₂ + H₂O₂ + NaOH =

№ 24.6. Определить массовую долю (%) пероксида водорода Н₂О₂ в растворе, если при разложении 500 г его выделилось 5,6 л кислорода (н.у.).

(Ответ: 3,4 %).

№ 24.7. Закончить уравнения реакций: а) Cr₂(SO₄)₃ + H₂O₂ + KOH =;

б) Ag₂O + H₂O₂ =; в) MnO₂ + H₂SO₄ (конц.) =

№ 24.8. При термическом разложении перманганата калия образовался объем кислорода, равный объему О₂, который получился в результате разложения водой 18,32 г Na₂O₂. Рассчитать массу разложившегося KMnO₄.

(Ответ: 37,1 г).

№ 24.9. Закончить уравнения реакций: а) AgNO₃ + H₂O₂ + KOH =;

б) Cl₂ + H₂O₂ =; в) Co(OH)₂ + H₂O + O₂ =

№ 24.10. Вычислить объем моля эквивалентов кислорода при нормальных условиях.

№ 24.11. Закончить уравнения реакций: а) HgCl₂ + H₂O₂ + K₂CO₃ =;

б) AuCl₃ + H₂O₂ + NaOH=; в) KClO₃

№ 24.12. Сколько миллилитров 3 %-ного раствора пероксида водорода (плотность раствора 1,1 г/мл) и воды надо взять, чтобы получить 750 мл 0,1 М раствора? (Ответ: 77,27 мл Н₂О₂; 672,73 мл Н₂О).

№ 24.13. Закончить уравнения реакций: а) HgCl₂ + H₂O₂ =;

б) Fe(OH)₂ + O₂ + H₂O =; в) KMnO₄

№ 24.14. Какой объем 3 %-ного раствора Н₂О₂ (ρ = 1,1 г/мл) и кристаллического KMnO₄ прореагировало в кислой среде, если в результате реакции выделилось 1,12 л кислорода (н.у.)? (Ответ: 51,52 мл Н₂О₂; 3,16 г KMnO₄).

№ 24.15. Закончить уравнения реакций получения пероксида водорода:

а) BaO₂ + H₂SO₄ =; б) Na₂O₂ + H₂O =; в) BaO₂ + CO₂ + H₂O =

№ 24.16. Написать уравнения реакций получения кислорода разложением

а) KMnO₄; б) K₂Cr₂O₇; в) HgO.

№ 24.17. Из подкисленного раствора KI раствором Н₂О₂ массой 0,8 г выделили 0,3 г йода. Вычислить процентное содержание Н₂О₂ в растворе.

(Ответ: 5 %).

№ 24.18. Для полного обесцвечивания 20 мл 0,02 М раствора KMnO₄ в сернокислой среде потребовался равный объем раствора Н₂О₂. Какова молярная концентрация Н₂О₂? Какой объем кислорода (н.у.) выделился при этом?

(Ответ: 0,05 М; 22,4 мл).

№ 24.19. Закончить уравнения реакций: а) K₂Cr₂O₇ + H₂O₂ + H₂SO₄=;

б) MnSO₄ + H₂O₂ + KOH =; в) HIO₃ + H₂O₂ =

№ 24.20. Сколько граммов 3,4 %-ного раствора Н₂О₂ требуется для окисления 100 мл 1 М раствора FeSO₄ в присутствии H₂SO₄? (Ответ: 50 г).