过氧化氢

一种无机化合物，其水溶液俗称双氧水

过氧化氢

过氧化氢，（英文名：hydrogen peroxide），外观为淡蓝色液体，其水溶液俗称双氧水，是一种无机化合物，化学式，相对分子质量为34.015 g/mol。溶于水、醇、醚，不溶于苯、石油醚[1][0]。过氧化氢是一种极弱的酸，在水中可以电离。H₂O₂不稳定，易分解放出氧气，是常见的氧化剂。过氧化氢本身不燃，但能与可燃物反应放出大量热量和氧气而引起着火爆炸[2]。过氧化氢可用作燃料用于航空航天事业，在漂白工艺、水处理、脱毛工艺上也有大量应用，在医疗上多用作消毒剂。[3]1818年法国化学家泰纳尔（Thenard, Louis Jacques）在将氧气通过炽热的氧化钡（）时制得了过氧化钡（），然后将过氧化钡分别与硫酸、硝酸或磷酸、砷酸、醋酸反应，均可制得一种“富氧产物”。经过分析证实，这种富氧产物含有与水相等的氢，以及比水多一倍的氧，所以称它为“二氧化氢”，现在习惯称它为“过氧化氢”。[4][5]

过氧化氢，（英文名：hydrogen peroxide），外观为淡蓝色液体，其水溶液俗称双氧水，是一种无机化合物，化学式，相对分子质量为34.015 g/mol。溶于水、醇、醚，不溶于苯、石油醚[2][1]。过氧化氢是一种极弱的酸，在水中可以电离。H₂O₂不稳定，易分解放出氧气，是常见的氧化剂。过氧化氢本身不燃，但能与可燃物反应放出大量热量和氧气而引起着火爆炸[3]。过氧化氢可用作燃料用于航空航天事业，在漂白工艺、水处理、脱毛工艺上也有大量应用，在医疗上多用作消毒剂。[4]

发现历史

1818年法国化学家泰纳尔（Thenard, Louis Jacques）在将氧气通过炽热的氧化钡（）时制得了过氧化钡（），然后将过氧化钡bèi分别与硫酸、硝酸或磷酸、砷酸、醋酸反应，均可制得一种“富氧产物”。经过分析证实，这种富氧产物含有与水相等的氢，以及比水多一倍的氧，所以称它为“二氧化氢”，现在习惯称它为“过氧化氢”。[5][6]

1819年，泰纳尔又利用真空蒸馏法制得了浓度高达95%的二氧化氢，并且发现它具有很强的氧化能力，但加热以后容易分解为水和氧气。[6]

物质结构

过氧化氢分子为不对称极性分子，分子中有一个过氧键-O-O-，每个氧原子采取不等性的sp³杂化，每个氧原子都有两个孤电子对。两个原子间借助于sp³杂化轨道中的单电子重叠，形成O-Oσ键，每个氧原子各用另一个sp³杂化轨道中的单电子同氢原子的1s轨道重叠形成O-Hσ键。由于孤电子对的排斥作用，键角是96°52′，故不是直线形。[7][8]

H₂O₂结构示意图
H₂O₂结构示意图

两个氢原子分别位于象半展开书本的两页纸上，两页纸面的夹角为93°51'，两个氧原子处在书的夹缝上，。O-H键的键长为97 pm，其键能是428 kJ/mol；O-O键的键长为148.5 pm，其键能142 kJ/mol。[8]

的化学性质与其结构密切相关。分子中，过氧键(-O-O-)不稳定，所以其热稳定性差；分子中有两个氢原子可以分别电离，故显酸性；分子中氧原子的氧化数为-1，既可以被氧化，也可以被还原。[8]

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介绍过氧化氢结构

物理性质

纯的过氧化氢是一种淡蓝色液体，其水溶液双氧水为无色透明液体，有轻微的刺鼻气味。分子式为，相对分子质量为34.015 g/mol。溶于水、醇、醚，不溶于苯、石油醚。熔点为-0.43 ℃，沸点150.2 ℃。[3]其水溶液俗称双氧水。[1]

化学性质

过氧化氢的化学性质与其结构密切相关。过氧化氢分子中两个氢原子可以分别电离，故显酸性；分子中含有的过氧键不稳定，故过氧化氢稳定性较差；分子中含有过氧根，既可以被氧化，也可以被还原，过氧化氢在酸性溶液中的氧化性比在碱性溶液中的氧化性更强。[9]

弱酸性

是一种极弱的酸，Ka（a为下标）＝2.4×10⁻¹²[10]。在水溶液中可以电离：

弱酸性
弱酸性

在相同条件下，温度越高，电离度越高；pH在9~13之间时，pH越高，电离度越大。[11]

[12]

[12]

的酸性稍强于水，比HCN弱，不能使石蕊溶液变红，但可与碱反应，浓的能与进行中和反应，生产过氧化钡（），表现出酸性[9]：

不稳定性

不稳定，易分解放出氧气：

见光、加热、MnO₂和其他杂质存在等均加速其分解，同时放出氧和热。[10]

氧化还原性

过氧化氢具有氧化还原性，既可以被氧化生成O₂，也可以被还原生成。过氧化氢的氧化还原性在不同的酸、碱和中性条件下会有所不同。过氧化氢是一种绿色氧化剂，其分解产物为水和二氧化碳，不产生二次污染。过氧化氢不论在酸性或者碱性溶液中都是强氧化剂，只有遇到如高锰酸根等更强的氧化剂时，它才起还原作用。[9][13]

过氧化氢在酸性溶液中的氧化：

过氧化氢在碱性溶液中的氧化：

在酸性介质中的反应：

在碱性介质中的反应：

生物活性

过氧化氢广泛存在于生物体和土壤中，它是由生物呼吸过程和有机物的生物化学氧化反应的结果产生的，这些过氧化氢对生物和土壤均具有毒害作用。[14]

生理作用

过氧化氢是初乳中的一个重要组成部分，是乳汁中富含抗体的部分，它也是免疫系统抵御感染的第一道防线。

适量的过氧化氢对机体无害，并有一定的生理功能，如在粒细胞与吞噬细胞中，它可杀死入侵细菌；甲状腺细胞中，它参与酪氨酸碘化反应，促进生成甲状腺激素等。但过量过氧化氢是有毒的，具有强烈的氧化损伤作用，如氧化含巯基的酶和蛋白质，造成生物膜结构异常及膜的流动性下降、通透性改变、膜运输功能紊乱。同时，过氧化脂质还与蛋白质形成棕褐色的色素颗粒，即脂褐素，与细胞的衰老有关。[15]

工业制备方法

工业上最早利用过氧化钡和酸作用制备过氧化氢[16]：

后续研究出几种适用于工业的制备过氧化氢的方法，分别是蒽ēn醌kūn法，电解法和异丙醇法。[17]

蒽醌法

蒽醌法生产过氧化氢技术成熟，被广泛采用，是最主要的生产过氧化氢的方法，美国Du Pont公司于1953年首先建成蒽醌法工业化装置并投入运行。[17]

蒽醌法制备H₂O₂流程示意图
蒽醌法制备H₂O₂流程示意图

反应原理

将2-乙基蒽醌配成溶液，进行氢化后，再氧化生成。2-乙基蒽醌可循环使用。[17]

工艺流程

将烷基蒽醌与有机溶剂配制成工作溶液，用氢气将蒽醌氧化还原生成氢蒽醌。氢蒽醌与空气（或氧气）进行逆流氧化生成过氧化氢，再经精制与浓缩得到过氧化氢水溶液产品。所选用的绿色氢化催化剂是该法生产的关键技术。高活性和高选择性的催化剂可以提高单位循环过氧化氢的产率并减少蒽醌的降解，从而简化工艺流程，提高工作液的循环利用率，降低生产成本，改善产品质量。[11][17]

过硫酸盐电解法

工业上主要采用过硫酸铵法制备过氧化氢。过硫酸铵ǎn电解法具有电流效率高，工艺流程短，电耗低等优点，不足之处是能耗高，设备生产能力低，要消耗贵重金属。但该法的生产成本又比硫酸法、过硫酸钾法两种方法低，是电解法生产过氧化氢广为采用的方法。[17]

电解法制过氧化氢示意图
电解法制过氧化氢示意图

反应原理

先将硫酸氢铵电解成过硫酸铵，再水解生成过氧化氢。[17]

工艺流程

过硫酸铵电解法所用的电槽是以铂为阳极，以铅或石墨为阴极；硫酸氢铵水溶液先流经阴极室，再作为阳极液从阳极室流出，即得过硫酸铵水溶液，然后将其在铅、石墨或锆管组成的水解器中减压水解、蒸发，蒸出的过氧化氢和水经精馏、浓缩得到质量分数为30~35%的过氧化氢水溶液。[17]

异丙醇法

在异丙醇中加入过氧化氢或其它过氧化物为引发剂，用氧气或空气进行液相氧化，生成丙酮和过氧化氢：

氧化生成物通过蒸发器，过氧化氢同有机物及水分分离，再用有机溶剂萃取净化，即得产品并副产丙酮tóng。[18]

实验室制备方法

实验室制备少量过氧化氢，可以用稀硫酸与过氧化氢的盐（、等）[16]：

鉴别方法

鉴别过氧化氢的方法是在酸性溶液中先加入乙醚，再加入重铬酸溶液，生成二过氧合铬的氧化物（过氧化铬）。显蓝色，可以更稳定的溶解在乙醚层中，在水溶液中很容易分解，蓝色迅速消失[10][19]：

助燃剂

1933年，一位名叫瓦里捷尔的德国工程师，一次不慎将高浓度的过氧化氢滴到了纸上，结果纸张立即燃烧起来。从这次意外事故中他得到启示：过氧化氢是一种具有特殊功能的燃料。1934年德国法西斯迅速将过氧化氢应用于战争。[6]

高浓度的过氧化氢可用于火箭的推进剂。[4]在二战期间，德军曾以过氧化氢为燃料制造了V-1和V-2火箭用于战争。战后，美国也曾仿此原理研制出使用过氧化氢作为推进燃料的系列火箭，如“红石式”“海盗式”和“丘比特式”火箭等。[6]

漂白工艺

过氧化氢用于化学浆的漂白。既可作脱木素剂，也可作漂白剂，成为TCF漂白不可缺少的组成部分，许多ECF漂白流程也含有过氧化氢漂白段。[20]

从纸浆浓度分，过氧化氢漂白可分为高浓、中浓和低浓度过氧化氢漂白。工业上一般采用高浓度过氧化氢漂白和中浓度过氧化氢漂白。从漂白压力分，过氧化氢漂白又可分为常压漂白和压力漂白。[21]

水处理

将亚铁离子和过氧化氢的组合可得到Fenton（芬顿）试剂，该试剂作为强氧化剂的应用已具有一百多年的历史，在精细化工、医药化工、医药卫生、环境污染治理等方面得到广泛的应用。[22]

芬顿法处理废水
芬顿法处理废水

过氧化氢可用于处理低浓度含氰qíng污水、过滤液、尾矿库的含氰排放水、炭厂的含氰矿浆，以及控制工业废水中硫化物的排放。[23]

脱毛工艺

具有较强的氧化能力，它能破坏角蛋白分子中的双硫键，从而降低角蛋白的化学稳定性，促进其在碱溶液中的溶解。脱毛体系中分解会产生，促进部分有机物的氧化，也有利于COD值降低。而且，与硫化物脱毛相比，使皮内毛根去除干净，能以较快的速度分散胶原纤维，而且使革的粒面层与网状层连接紧密，不易出现松面现象。此外，在动物毛皮和粒面层天然色素的脱色过程、在皮革化学品合成和改性中都有很好的应用。[24]

医疗用途

日常消毒用的是医用双氧水，医用双氧水可杀灭肠道致病菌、化脓性球菌、致病酵母菌等，一般用于物体表面消毒。双氧水具有氧化作用，但医用双氧水浓度等于或低于3%时，擦拭创伤面时会有灼烧感，伤口表面被氧化成白色并冒气泡，用清水清洗后过3~5 min即可恢复原来的肤色。[1][4]

家用/医用双氧水
家用/医用双氧水

其他用途

还可用作杀菌剂、消毒剂，以及生产福美双杀虫剂和抗菌剂401的氧化剂。[1]

在文物保护行业，常用过氧化氢溶液轻轻擦洗已变色的古画，从而使古画整旧如新。[6]

爆炸危险

过氧化氢是爆炸性氧化剂。过氧化氢本身不燃，但能与可燃物反应放出大量热量和氧气而引起着火爆炸。浓度高于 65% 的过氧化氢与有机物接触可以引起爆炸。[4]过氧化氢在pH值为3.5~4.5时最稳定，在碱性溶液中极易分解，在遇强光，特别是短波射线照射时也能发生分解。当加热到 100 ℃以上时，开始急剧分解。它与许多有机物如糖、淀粉、醇类、石油产品等形成爆炸性混合物，在撞击、受热或电火花作用下能发生爆炸，与许多无机化合物或杂质接触后会迅速分解而导致爆炸，放出大量的热量、氧和水蒸气。[3]

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双氧水因热分解有爆炸危险及注意事项

安全健康相关

吸入过氧化氢蒸气或雾对呼吸道有强烈刺激性，眼直接接触可致不可逆损伤甚至失明。口服过氧化氢中毒出现腹痛、胸口痛、呼吸困难、呕吐、一时性运动和感觉障碍、体温升高等。个别病例出现视力障碍、癫痈yōng样痉挛、轻瘫。[3]

处理过氧化氢时，应该佩戴自吸过滤式防毒面具（全面罩，穿聚乙烯防毒服，戴氯丁橡胶手套）。[25]

消防相关

当发生过氧化氢火灾时，消防人员必须穿戴全身防火防毒服。尽可能将含过氧化氢的容器从火场移至空旷处，喷水冷却，直至灭火结束。可用水、雾状水、干粉、沙土作灭火剂。[3]

泄露处理

防止过氧化氢进入下水道、排洪沟等限制性空间。小量泄漏过氧化氢可用沙土、蛭石或其他惰性材料吸收，也可以用大量水冲洗，洗水稀释后放入废水系统。大量过氧化氢泄漏应构筑围堤或挖坑收容，喷雾状水冷却和稀释蒸气、保护现场人员、把过氧化氢稀释成不燃物。用泵转移至槽车或专用收集器内，回收或运至废物处理场所处置。[3]

储存方法

过氧化氢应储存于阴凉、干燥、通风良好的专用库房内密封保存，远离火种和热源。库温不超过30C，相对湿度不超过 80%；过氧化氢应与可燃物、还原剂、活性金属粉末等分开存放，切忌混储。储区应备有泄漏物应急处理设备和合适的收容材料。[3]

参考资料 25

  1. 参考 1
  2. PubChem Compound Summary for CID 784, Hydrogen Peroxide. Retrieved January 23, 2023 from — pubchem
  3. 参考 3
  4. 参考 4
  5. 参考 5
  6. 参考 6
  7. 参考 7
  8. 参考 8
  9. 参考 9
  10. 参考 10
  11. 参考 11
  12. 参考 12
  13. 参考 13
  14. 参考 14
  15. 参考 15
  16. 参考 16
  17. 参考 17
  18. 参考 18
  19. 参考 19
  20. 参考 20
  21. 参考 21
  22. 参考 22
  23. 参考 23
  24. 参考 24
  25. 参考 25
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