H2O2 → O2 + H2O | Phân tích phản ứng & phương trình hóa học

1. Phương trình điều chế oxi từ H2O2:

Phương trình hóa học 2H2O2 MnO2 > O2 + 2H2O biểu diễn quá trình phân hủy hydro peroxid thành oxi và nước. Phản ứng này có thể được xúc tác bởi nhiều chất khác nhau, như mangan dioxit, kali iodua hoặc men. Nó là một phản ứng tỏa nhiệt, tức là nó giải phóng nhiệt lượng trong quá trình sản phẩm. Phân hủy hydro peroxide có tầm quan trọng đối với nhiều ứng dụng như tẩy trắng, khử trùng, đẩy tên lửa và pin nhiên liệu.

2. Phân tích Phương trình điều chế oxi từ H2O2:

Thứ nhất, hiđro peoxit là một hợp chất không ổn định và dễ bị phân hủy. Phản ứng phân hủy H2O2 diễn ra nhanh chóng và tạo ra lượng nhiệt lớn khi có sự hiện diện của chất xúc tác MNO2.

Thứ hai, để thực hiện phản ứng này, ta cần sử dụng một chất xúc tác như mangan dioxit (MnO2) hoặc men vi sinh vật. Chất xúc tác giúp tăng tốc độ phản ứng mà không tham gia vào phản ứng. Phương trình phản ứng có thể được biểu diễn như sau: H2O2 → O2 + H2O.

Phản ứng này có thể quan sát bằng cách đặt một que diêm cháy vào ống nghiệm chứa nước oxy già và chất xúc tác. Nếu que diêm cháy sáng lên, điều đó chứng tỏ có khí oxy sinh ra trong phản ứng. Phản ứng này có ý nghĩa quan trọng trong nhiều lĩnh vực như y tế, công nghiệp, môi trường và năng lượng.

Thêm vào đó, để nhận biết phản ứng H2O2 → O2 + H2O, là phản ứng phân hủy oxy hóa khử của nước oxy già, ta có thể dựa vào các dấu hiệu sau:

- Bọt khí màu trắng xuất hiện trong khu vực tiếp xúc giữa nước oxy già và chất xúc tác (thường là MnO2, KI, hoặc men vi sinh vật).

- Nhiệt độ dung dịch tăng lên do phản ứng tỏa nhiệt.

– Nồng độ của dung dịch nước oxy già sẽ giảm dần theo thời gian do phân hủy thành nước và oxy.

– Ta có thể chứng minh sự hiện diện của oxy bằng cách đưa một que diêm cháy vào trong ống nghiệm chứa khí bọt. Nếu que diêm cháy sáng hơn, kèm tiếng tách tách, thì khí bọt đó là oxy.

Thứ tư, cân bằng phương trình hóa học: Quá trình cân bằng phương trình hóa học là một yếu tố quan trọng trong việc nghiên cứu và ứng dụng các phản ứng hóa học. Để cân bằng một phương trình hóa học, chúng ta phải tuân thủ nguyên tắc bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng. Điều này có nghĩa là số lượng mỗi nguyên tố phải bằng nhau ở cả hai phía của phương trình, và tổng khối lượng của các chất tham gia phải bằng tổng khối lượng của các chất sản phẩm.

Phương trình hóa học H2O2 → O2 + H2O. Đây là phản ứng phân hủy của chất nước oxy già (H2O2) thành chất oxy (O2) và nước (H2O). Để cân bằng phương trình này, chúng ta có thể sử dụng một trong hai phương pháp: phương pháp đại số hoặc phương pháp thử và sai.

Phương pháp đại số dựa trên việc gán hệ số cho các chất tham gia và sản phẩm sao cho số lượng nguyên tố bằng nhau ở cả hai phía. Ví dụ, ta có thể gán các hệ số a, b, c cho H2O2, O2, H2O như sau: aH2O2 → bO2 + cH2O. Sau đó, ta có thể thiết lập các phương trình đại số cho số nguyên tử của mỗi nguyên tố:

– Với hidro: 2a = 2c

– Cho oxy: 2a = 2b + c

Giải hệ phương trình này, ta được a = 1, b = 1/2, c = 1. Do đó, phương trình đã cân bằng là: H2O2 → 1/2 O2 + H2O.

Phương pháp thử và sai dựa trên việc điều chỉnh hệ số của các chất tham gia và sản phẩm cho đến khi đạt được sự cân bằng. Ví dụ, ta có thể bắt đầu với hệ số 1 cho tất cả các chất: H2O2 → O2 + H2O. Tuy nhiên, ta nhận thấy số nguyên tử oxy không cân bằng ở hai phía (4 và 3). Vì vậy, ta có thể thử tăng hệ số của O2 lên 2: H2O2 → 2O2 + H2O. Tuy nhiên, lần này, số nguyên tử oxy lại quá nhiều ở phía sản phẩm (4 và 4). Bởi vậy, ta có thể thử giảm hệ số của H2O2 xuống 1/2: 1/2 H2O2 → O2 + H2O. Nhưng lúc này, số nguyên tử hydro không cân bằng ở hai phía (1 và 2). Do đó, ta có thể thử tăng hệ số của H2O lên 1/2: 1/2 H2O2 → O2 + 1/2 H2O. Khi đó, ta đã đạt được sự cân bằng cho cả hai nguyên tố (1 và 1 cho hydro, 3 và 3 cho oxy). Vì vậy, phương trình đã được cân bằng là: 1/2 H2O2 → O2 + 1/2 H2O.

Cả hai phương pháp đều cho kết quả tương đương, tuy nhiên, phương pháp đại số có thể nhanh hơn và chính xác hơn trong một số trường hợp. Tuy nhiên, phương pháp thử và sai cũng có thể được áp dụng cho các phương trình đơn giản và dễ cân bằng. Quan trọng là hiểu nguyên tắc cơ bản của việc cân bằng phương trình hóa học và có khả năng sử dụng kỹ năng toán học để giải quyết các bài toán liên quan.

3. Bài tập vận dụng liên quan:

Câu 1: Chất nào sau đây vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử?

A . O3

B. H2SO4 đặc

C. SO3

D. H2O2

Câu 2: Trong phản ứng nào sau đây H2O2 đóng vai trò chất khử?

A. H2O2+ KI → I2+ KOH

B. H2O2 + KCrO2 + KOH → K2CrO4 + H2O

C. H2O2 + FeSO4 + H2SO4 → Fe2(SO4)3 + H2O

D. H2O2 + Cl2 → O2 + HCl

4. Hướng dẫn lời giải:

Câu 1: 

Đáp án: D. H2O2

Chất vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử là H2O2

O3, H2SO4 đặc, SO3 chỉ có tính oxi hóa.

Câu 2:

Đáp án: D. H2O2 + Cl2 → O2 + HCl

H2O2 hoạt động như một chất khử khi tương tác với chất oxi hóa.

→ Nguyên tử O trong H2O2 bị oxi hóa và tạo thành O2 => chỉ có phản ứng: H2O2 + Cl2 → O2 + HCl là hợp lệ.

5. Tìm hiểu thêm về H2O2:

5.1. H2O2 (Hydrogen peroxide) là chất gì? 

Hydrogen peroxide, hay còn được biết đến với tên gọi thân thuộc là "Oxy già", là một chất oxy hóa lỏng không màu, có tính chất oxy hóa mạnh hơn nước. Công thức hóa học của nó là H2O2.

H2O2 thường được sử dụng bên ngoài da như một chất khử trùng nhẹ để dọn sạch vết thương và ngăn ngừa nhiễm trùng.

Bên trong cơ thể con người,

5.2. Đặc trưng vật lí, hóa học của H2O2:

hydrogen peroxide

5.2. Đặc trưng vật lí, hóa học của H2O2:

được tạo ra bởi lysosome bạch cầu, đây là một cơ chế tự bảo vệ của hệ thống miễn dịch nhằm bảo vệ cơ thể khỏi vi trùng, vi khuẩn và những sự xâm nhập có hại từ bên ngoài.

H2O2 là công thức hóa học của nước oxy già, một chất lỏng không màu, có tính oxy hóa mạnh và có thể phân hủy thành nước và oxy. Tính chất vật lí của H2O2 bao gồm:

– Nhiệt độ sôi: 150,2 °C

– Nhiệt độ đông đặc: -0,43 °C

– Khối lượng riêng: 1,45 g/mL ở 0 °C

– Độ nhớt: 1,245 cP ở 20 °C

– Độ dẫn điện: 6,8 x 10^-5 S/m ở 25 °C

– Độ phân cực: 10,3 D

– Năng lượng liên kết O-O: 142 kJ/mol

– Độ âm điện của nguyên tử oxy: 3,44

H2O2 có khả năng hòa tan trong nước, cồn, ether và các dung môi hữu cơ khác. Nó cũng có thể phản ứng với các kim loại, phi kim, oxit và các chất khử khác để tạo ra nhiệt, khí oxy và các sản phẩm khác. H2O2 cũng có khả năng tự phân hủy dưới tác động của ánh sáng, nhiệt độ hoặc các chất xúc tác.

2H2O2 được phân hủy thành 2 H2O + O2 + Nhiệt lượng.

Quá trình phân hủy bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, nồng độ peroxide, pH và sự có mặt của chất ổn định hoặc phụ gia. Phản ứng cần sự hiện diện của một chất xúc tác như mangan điôxít, thuốc tím, bạc hoặc enzym catalaza. Quá trình phân hủy xảy ra nhanh hơn trong chất xúc tác bazơ và chất ổn định so với trong axit.

: Khi có chất xúc tác như Fe2 hoặc Ti3 tham gia, quá trình phân hủy sẽ tạo ra một hỗn hợp gồm H2O2 và Fe2 hoặc Ti3, được gọi là thuốc thử Fenton.

– Phản ứng oxi hóa khử.

: + Hydro peroxide có thể oxi hóa và khử nhiều loại ion vô cơ trong nước, tạo thành khí oxi. Trạng thái của Fe2+ trong dung dịch axit bị oxi hóa thành Fe3+: 2Fe2+ + H2O2 + 2H+ → 2Fe3+ + 2H2O2

+ Trong môi trường kiềm, Mn2+ bị oxi hóa thành Mn4+ (MnO2), Fe3+ bị khử thành Fe2+

2Fe3+ + H2O2 + 2OH- → 2Fe2+ + 2H2O + O2

+ Hydro peroxide được sử dụng làm chất khử trong hóa hữu cơ.

Ph-S-CH3 + H2O2 → Ph-S(O)-CH3 + H2O (xúc tác TiCl3)

+ Hydro peroxide được dùng để epoxit hóa các alken như axit acrylic hay oxy hóa các alkylboran thành rượu.  

– Tạo ra các hợp chất peroxide

+ Hydro peroxide, một axit yếu (độ pH = 4.5), có khả năng tạo thành hydroperoxit, peroxit và các dẫn xuất của nhiều kim loại hoặc tạo ra peroxoanion thông qua phản ứng anion: Na2B4O7 + 4H2O2 + 2NaOH → 2Na2B2O7(OH)4 + H2O

+ Hydro peroxide oxi hóa các axit cacboxylic RCOOH thành các axit peroxy RCOOH.

+ Tác dụng với axeton tạo thành axeton peroxit.

+ Tác dụng với ozon tạo thành hydro trioxit.

+ Tác dụng với ure tạo ra cacbamua peroxit để làm trắng răng.

– Tính bazơ

Hydro peroxide là 1 bazơ yếu, thậm chí yếu hơn cả nước, nhưng khi tác dụng với 1 axit rất mạnh có thể tạo thành một số sản phẩm.