Железо — один из самых используемых металлов, на него приходится до 95 % мирового металлургического производства.
Железо является основным компонентом сталей и чугунов — важнейших конструкционных материалов. Железо может входить в состав сплавов на основе других металлов — например, никелевых. Магнитная окись железа (магнетит) — важный материал в производстве устройств долговременной компьютерной памяти: жёстких дисков, дискет и т. п. Ультрадисперсный порошок магнетита используется во многих черно-белых лазерных принтерах в смеси с полимерными гранулами в качестве тонера. Здесь одновременно используется чёрный цвет магнетита и его прилипать к намагниченному валику переноса. Уникальные ферромагнитные свойства ряда сплавов на основе железа их широкому применению в электротехнике для магнитопроводов трансформаторов и электродвигателей. Хлорид железа(III) (хлорное железо) используется в радиолюбительской практике для травления печатных плат. Семиводный сульфат железа (железный купорос) в смеси с медным купоросом используется для борьбы с вредными грибками в садоводстве и строительстве. Железо применяется в качестве анода в железо-никелевых аккумуляторах, железо-воздушных аккумуляторах. Водные растворы хлоридов двухвалентного и трёхвалентного железа, а также его сульфатов используются в качестве коагулянтов в процессах очистки природных и сточных вод на водоподготовке промышленных предприятий.
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 + H2OРассмотрим 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– = I2H2O2 + 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 + 2H3O2MnO4 + 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 + 3H2O3HO2 + 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 + H2OPbO2 + 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
