Question

Написать реакцию горения водорода и рассмотреть ее с позиции ОВР

Answer 1

18.5. ОВР пероксида водорода

В молекулах пероксида водорода H2O2 атомы кислорода находятся в степени окисления –I. Это промежуточная и не самая устойчивая степень окисления атомов этого элемента, поэтому пероксид водорода проявляет и окислительные, и восстановительные свойства.

Окислительно-восстановительная активность этого вещества зависит от концентрации. В обычно используемых растворах с массовой долей 20 % пероксид водорода довольно сильный окислитель, в разбавленных растворах его окислительная активность снижается. Восстановительные свойства для пероксида водорода менее характерны, чем окислительные, и также зависят от концентрации.

Пероксид водорода – очень слабая кислота (см. приложение 13), поэтому в сильнощелочных растворах его молекулы превращаются гидропероксид-ионы.

В зависимости от реакции среды и от того, окислителем или восстановителем является пероксид водорода в данной реакции, продукты окислительно-восстановительного взаимодействия будут разными. Уравнения полуреакций для всех этих случаев приведены в таблице 1.

Таблица 1

Уравнения окислительно-восстановительных полуреакций H2O2 в растворах

Реакция среды

H2O2 окислитель

H2O2 восстановитель

Кислотная H2O2 + 2H3O + 2e– = 4H2O H2O2 + 2H2O – 2e– = O2 + 2H3O Нейтральная H2O2 + 2e– = 2OH H2O2 + 2H2O – 2e– = O2 + 2H3O Щелочная HO2 + H2O + 2e– = 3OH HO2 + OH – 2e– = O2 + H2O

Рассмотрим примеры ОВР с участием пероксида водорода.

Пример 1. Составьте уравнение реакции, протекающей при добавлении раствора йодида калия к раствору пероксида водорода, подкисленному серной кислотой.

1 H2O2 + 2H3O + 2e– = 4H2O 1 2I – 2e– = I2

H2O2 + 2H3O +2I = 4H2O + I2 
H2O2 + H2SO4 + 2KI = 2H2O + I2 + K2SO4

Пример 2. Составьте уравнение реакции между перманганатом калия и пероксидом водорода в водном растворе, подкисленном серной кислотой.

2 MnO4 + 8H3O + 5e– = Mn2 + 12H2O 5 H2O2 + 2H2O – 2e– = O2 + 2H3O

2MnO4 + 6H3O+ + 5H2O2 = 2Mn2 + 14H2O + 5O2 
2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2O2 = 2MnSO4 + 8H2O + 5O2 + K2SO4

Пример 3. Составьте уравнение реакции пероксида водорода с йодидом натрия в растворе в присутствии гидроксида натрия.

3 6 HO2 + H2O + 2e– = 3OH 1 2 I + 6OH – 6e– = IO3 + 3H2O

3HO2 + I = 3OH + IO3 
3NaHO2 + NaI = 3NaOH + NaIO3

Без учета реакции нейтрализации между гидроксидом натрия и пероксидом водорода это уравнение часто записывают так:

3H2O2 + NaI = 3H2O + NaIO3 (в присутствии NaOH)

Это же уравнение получится, если сразу (на стадии составления баланса) не принимать во внимание образование гидропероксид-ионов.

Пример 4. Составьте уравнение реакции, протекающей при добавлении диоксида свинца к раствору пероксида водорода в присутствии гидроксида калия.

Диоксид свинца PbO2 – очень сильный окислитель, особенно в кислотной среде. Восстанавливаясь в этих условиях, он образует ионы Pb2. В щелочной среде при восстановлении PbO2 образуются ионы [Pb(OH)3].

1 PbO2 + 2H2O + 2e– = [Pb(OH)3] + OH 1 HO2 + OH – 2e– = O2 + H2O

PbO2 + H2O + HO2 = [Pb(OH)3] + O2

Без учета образования гидропероксид-ионов уравнение записывается так:

PbO2 + H2O2 + OH = [Pb(OH)3] + O2 + 2H2O

Если по условию задания добавляемый раствор пероксида водорода был щелочным, то молекулярное уравнение следует записывать так:

PbO2 + H2O + KHO2 = K[Pb(OH)3] + O2

Если же в реакционную смесь, содержащую щелочь, добавляется нейтральный раствор пероксида водорода, то молекулярное уравнение может быть записано и без учета образования гидропероксида калия:

PbO2 + KOH + H2O2 = K[Pb(OH)3] + O2

Answer 2

Реакция горения водорода - это химическая реакция, в результате которой молекулы водорода (H2) соединяются с молекулами кислорода (O2) для образования воды (H2O). Эта реакция происходит следующим образом:

2H2 + O2 -> 2H2O

Реакция идет с выделением значительного количества тепла и света, что делает горение водорода впечатляющим явлением. Подробно рассмотрим эту реакцию с позиции законов сохранения массы и сохранения энергии (Основные законы сохранения в рамках общей теории относительности, ОТО):

1. Закон сохранения массы: Согласно этому закону, масса в закрытой системе остается постоянной. В реакции горения водорода и кислорода, масса веществ до и после реакции остается неизменной. Молекулы водорода и кислорода просто перегруппируются, чтобы образовать молекулы воды, но масса веществ не утрачивается.

2. Закон сохранения энергии (ОТО): В соответствии с этим законом, энергия также сохраняется в закрытой системе. В реакции горения водорода и кислорода происходит выделение энергии в виде тепла и света. Эта энергия является результатом превращения массы в энергию в соответствии с формулой Эйнштейна E=mc^2, где E - энергия, m - масса, c - скорость света.

Реакция горения водорода и кислорода является одной из самых эффективных источников энергии, так как образующееся тепло можно использовать для различных целей, включая производство пара, генерацию электроэнергии и многие другие приложения. Она также является важной частью химических реакций в живых организмах, так как водород и кислород используются в клетках для выработки энергии в процессе дыхания.

Таким образом, реакция горения водорода можно рассмотреть с позиции ОВР, учитывая законы сохранения массы и энергии, которые демонстрируют, как энергия и масса вещества взаимосвязаны и могут преобразовываться друг в друга в соответствии с теорией относительности Альберта Эйнштейна.