过氧化氢

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过氧化氢
IUPAC名
Hydrogen peroxide
别名 双氧水
识别
CAS号 7722-84-1
RTECS MX0900000
性质
化学式 H2O2
摩尔质量 34.0147 g·mol⁻¹
外观 淡蓝色液体
溶液无色
密度 1.463 g/cm3 (液)
熔点 −0.43 °C(31.23 °F;272.72 K)
沸点 150.2 °C(302.4 °F;423.3 K)
溶解性 混溶
pKa 11.65
黏度 1.245P,當室溫為20 °C(68 °F;293 K)
偶极矩 2.26D
危险性
警示术语 R:R5-R8-R20-R22-R35
安全术语 S:S1/2-S17-S26-S28-S36-S37-S39-S45
MSDS 30%过氧化氢—MSDS
60%过氧化氢—MSDS
主要危害 氧化性、腐蚀性
NFPA 704
NFPA 704.svg
0
3
2
OX
闪点 不可燃
LD50 1518 mg/kg
相关物质
相关化学品 臭氧
硫氧化氫二硫化氫多硫化氢
若非注明,所有数据均出自一般条件(25 ℃,100 kPa)下。

过氧化氢分子式H2O2,是除外的另一种氧化物。粘性比水稍微高,化学性质不稳定,一般以30%或60%的水溶液形式存放,其水溶液俗称双氧水。过氧化氢有很强的氧化性,且具弱酸性

性质[编辑]

纯过氧化氢是淡蓝色的粘稠液体,熔点−0.43 °C(31.23 °F),沸点150.2 °C(302.4 °F)。凝固点时固体密度为1.71g/cm3,密度随温度升高而减小。它的缔合程度H2O大,所以它的介電係數沸点高。纯过氧化氢比较稳定,若加热到153 °C(307 °F)便猛烈的分解为氧气

过氧化氢可与水以任意比互溶,因其可以发生微弱电离,所以溶液呈弱酸性

H2O2 ↔ H+ + HO2- Ka1=2.4×10-12
HO2- ↔ H+ + O22- Ka2≈10-25

过氧化氢与过量氢氧化钠反应的产物是Na2O2和H2O。而与氢氧化钡反应时产物为过氧化钡

过氧化氢分子为椅型结构,见下图。左图为气态时的结构,右图为固态晶体时的结构:

H2O2 gas structure.svgH2O2 solid structure.svg

过氧化氢可溶于乙醇乙醚,不溶于。对有机物有很强的氧化作用,一般作为氧化剂使用。

催化劑[编辑]

体内的過氧化氫酶(Catalase)可以催化雙氧水的分解反应,使其釋放出氧氣,转化为对有机体无毒的水:

发现[编辑]

1818年,L.J.Thenard发现水系无机物、有机物在自动氧化时,或者在生物体内呼吸氧气时,在生成水之前会生成过氧化氢。

制备[编辑]

1950年代以前采用电解法制备过氧化氢——电解硫酸氢盐溶液(如硫酸氢铵硫酸氢钾)得到过二硫酸盐[1],再加入硫酸[2]得到过氧化氢。

也有水解过硫酸铵过氧化钠制取的:

1953年,杜邦公司采用蒽醌法制备,以烷基蒽醌2-乙基蒽醌为媒介物,循环氧化还原製得。现在世界各国基本上都是用这一技术。

反应[编辑]

氧化剂 氧化电位 V
氟气 3.0
羟基自由基 2.8
臭氧 2.1
过氧化氢 1.8
高锰酸钾 1.7
二氧化氯 1.5
氯气 1.4

过氧化氢是非常强的氧化剂,它和其他氧化剂的标准电极电势值列在右面,值越高代表氧化性越强:

分解反应[编辑]

过氧化氢可自发分解歧化生成氧气

该反应在热力学上自发进行:ΔHo为−98.2 kJ·mol−1ΔGo为−119.2 kJ·mol−1,ΔS为70.5 J·mol−1·K−1重金属离子Fe2+Mn2+Cu2+等对过氧化氢的分解有催化作用。它们在酸性溶液中的电势介于过氧化氢的电势(0.694~1.76V)之间。例如Fe3+,认为过氧化氢把Fe3+还原为Fe2+,而本身被氧化成氧气,产生的Fe2+又被过氧化氢氧化为Fe3+,过氧化氢被还原成水。过氧化氢在性和中性介质中较稳定,在性介质中易分解。用波长为320~380nm的光照射会使过氧化氢分解速度加快,故过氧化氢应盛于棕色瓶中并放在阴凉处。在处理无水或浓缩过氧化氢时,必须在无尘、无金属杂质等条件下进行,以防止发生爆炸。 H2O2与Fe2+的混合溶液称为芬顿试剂(Fenton)。某些离子如Fe2+、Ti3+催化下,过氧化氢分解反应会生成自由基中间体HO·(羟基自由基)和HOO·。 一般使用的双氧水中都会含有一定量的稳定剂,以减少过氧化氢的分解。常用的稳定剂包括:锡酸钠焦磷酸钠8-羟基喹啉和有机亚磷酸酯[3]

氧化还原反应[编辑]

过氧化氢可在水溶液中氧化或还原很多无机离子。用作还原剂时产物为氧气;用作氧化剂时产物为,其优点是氧化性强,还原产物为水,不引入杂质且不污染环境,因此过氧化氢是一种用途十分广泛的氧化剂。例如酸性溶液中,过氧化氢可将Fe2+氧化为Fe3+

与过氧化氢作用,亚硫酸根SO2−
3
)可被氧化为硫酸根SO2−
4
),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MnIV,以MnO2形式生成。

过氧化氢还原次氯酸钠的反应可用于在实验室中制备氧气:

有机化学中,过氧化氢常用作氧化剂,可将硫醚氧化为亚砜甲基苯基硫醚与其反应时,会被氧化为甲基苯基亚砜,以甲醇作溶剂或三氯化钛催化,产率为99%:

过氧化氢的碱性溶液可用于富电子烯烃(如丙烯酸)的环氧化反应,以及在硼氢化-氧化反应第二步中氧化烷基硼

生成过氧化物[编辑]

过氧化氢与很多无机或有机化合物反应时,过氧链保留并转移到另一分子上,生成新的过氧化物

  • 过氧化氢在低温下与铬酸重铬酸盐酸性溶液反应时,会生成不稳定的蓝色过氧化铬CrO(O2)2,可用乙醚戊醇萃取。这个反应可以用来检验过氧化氢和铬酸根重铬酸根。而在水溶液中过氧化铬会与过氧化氢进一步反应,蓝色迅速消失,得到氧气和铬离子。
4H2O2 + Cr2O72- + 2H+ → 2CrO5 + 5H2O
7H2O2 + 2CrO5 + 6H+ → 7O2↑ + 2Cr3+ + 10H2O


碱性[编辑]

与水相比,过氧化氢的碱性要弱得多,只有与很强的酸反应才会生成加合物。超强酸HF/SbF5可将过氧化氢质子化,生成含[H3O2]+离子的产物。

应用[编辑]

一般低濃度(如3%)的過氧化氫,主要用於殺菌及外用的醫療用途,例如作為傷口消毒。檢驗血液的最佳比率:6%的雙氧水加上0.005%的亞甲藍。至於較高濃度者(大於10%),則用於紡織品皮革、紙張、木材製造工業,作為漂白及去味劑。過氧化氫也是染髮劑的成份之一,还用作合成有机原料(邻苯二酚)的材料,医药、金属表面处理剂,聚合引发剂等。还可用作火箭推进剂

很多颜料涂料中含有铅白。使用铅白的油画壁画等艺术品长时间暴露在空气中,与硫化氢作用生成硫化铅而变暗发黑,用过氧化氢涂刷后,会生成白色的硫酸铅从而使其复原。

PbS + 4H2O2 → PbSO4 + 4H2O

危險行為[编辑]

  1. 萬一誤飲或以雙氧水灌腸,可能導致口腔或消化道的黏膜受侵蝕而導致發炎,嚴重時可能穿孔或出血。
  2. 注射雙氧水,將導致血栓,容易導致器官壞死,嚴重者可能會有生命危險。
  3. 一般的食品加工禁止使用雙氧水。

歷史事件[编辑]

  • 1934年7月16日,德國使用火箭發動機的過氧化氫爆炸,炸死三人。
  • 第二次世界大戰中,納粹德國集中營中使用過氧化氫作為對人的致死試驗品。
  • 在2005年7月7日08:50-9:47的伦敦地铁爆炸案中,恐怖分子使用的炸药是"过氧化氢炸药",三過氧化三丙酮,俗称"TATP,其原理是它在爆炸时并不会产生任何火焰。因为只需很少的能量就可引发炸药爆炸。且这个过程并非氧化反应而是一个分解过程。在这个过程中,TATP分子释放出丙酮,使联在一起的氧原子散开,形成氧气和臭氧。这个过程释放出的能量足可使另一个分子发生化学反应,维持了反应的连续发生。一个TATP分子可以生成四个气体分子,这就是TATP会发生爆炸的原因。在不到一秒钟内,仅几百克的TATP就可产生成百上千升气体而引起着火爆炸,造成52人死亡。
  • 在2000年8月12日,库尔斯克号核潜艇鱼雷舱中的鱼雷在发射时由于内部过氧化氢燃料与触媒接触,剧烈反应,导致爆炸,继而引起连锁反应,引爆了鱼雷舱中的所有鱼雷,彻底炸毁潜艇的前部,令潜艇最终沉没。全艇118人无人生还。

参见[编辑]

参考文献[编辑]

  1. ^ 电解:KHSO4 → K2S2O8+ H2
  2. ^ K2S2O8 + H2SO4 = K2SO4 + H2S2O8使过二硫酸水解,水解过程分为两步:H2S2O8 + H2O = H2SO5 + H2SO4; H2SO5 + H2O = H2SO4 + H2O2
  3. ^ 过氧化氢介绍