氫氧化合物

氫氧化合物的種類有：水，過氧化氫，超氧化氫，過三氧化氫，臭氧酸。最常見的化合物是水（H2O）。

基本介紹

• 中文名：氫氧化合物
• 外文名：Hydroxide compound
• 例如：水
• 物理性質：多數是無色透明液體

水（H2O）

水包括天然水(河流、湖泊、大氣水、海水、地下水等)，人工制水（通過化學反應使氫氧原子結合得到水）。水（化學式：H2O）是由氫、氧兩種元素組成的無機物，在常溫常壓下為無色無味的透明液體。水是地球上最常見的物質之一，是包括人類在內所有生命生存的重要資源，也是生物體最重要的組成部分。水在生命演化中起到了重要的作用。

2.水在1個大氣壓（atm，1atmosphere）時（101.325千帕斯卡（kPa）），溫度在0 ℃以下為固體（固態水），0℃為水的冰點。從0℃~100℃之間為液體（通常情況下水呈現液態）。100℃以上為氣體（氣態水），100℃為水的沸點。純水在0℃時密度為999.87千克/立方米，在沸點時水的密度為958.38千克/立方米，密度減小4%。在4℃是密度最大，為1000千克/立方米。水的比熱容為4.2*10^3J/(kg·°c)

分子式： H2O分子量：18.02

水

沸點：100℃（一個標準大氣壓下）

化學性質

1.穩定性：在2000℃以上才開始分解。

水的電離：純水中存在下列電離平衡：H2O==可逆==H+ +OH- 或H2O+H2O==可逆==H3O+ +OH-

注:"H3O+"為水合氫離子,為了簡便,常常簡寫成H+,純水中氫離子物質的量濃度為10^-7mol/L

2.水的氧化性：水跟較活潑金屬或碳反應時，表現氧化性，氫被還原成氫氣2Na+2H2O=2NaOH+H2↑

Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑

3Fe+4H2O(水蒸氣）=Fe3O4+4H2↑

C+H2O=CO↑+H2↑（高溫）

3.水的還原性：

最活潑的非金屬氟可將水中負二價氧，氧化成氧氣，水錶現還原性 2F2+2H2O=4HF+O2↑

4.水的電解：

水在電流作用下，分解生成氫氣和氧氣，工業上用此法制純氫和純氧 2H2O=2H2↑+O2↑

5.水化反應：

水可跟活潑金屬的鹼性氧化物、大多數酸性氧化物以及某些不飽和烴發生水化反應。

Na2O+H2O=2NaOH

H2O2

CaO+H2O=Ca(OH)2

SO3+H2O=H2SO4

P2O5+3H2O=2H3PO4

CH2=CH2+H2O←→C2H5OH

6.水解反應

氮化物水解：Mg3N2+6H2O=3Mg(OH)2↓+2NH3↑

碳化鈣水解： CaC2（電石）+2H2O=Ca(OH)2+C2H2↑

鹵代烴水解： C2H5Br+H2O←→C2H5OH+HBr

醇鈉水解：C2H5ONa+H2O→C2H5OH+NaOH

酯類水解：CH3COOC2H5+H2O←→CH3COOH+C2H5OH

多糖水解：（C6H10O5)n+nH2O←→nC6H12O6

7.水分子的直徑

數量級為10的負十次方，一般認為水的直徑為2~3個此單位.。

水的性質

水在常溫常壓下為無色無味的透明液體。在自然界，純水是罕見的，水通常多是酸、鹼、鹽等物質的溶液，習慣上仍然把這種水溶液稱為水。純水可以用鉑或石英器皿經過幾次蒸餾取得，當然，這也是相對意義上純水，不可能絕對沒有雜質。水是一種可以在液態、氣態和固態之間轉化的物質。固態的水稱為冰；氣態叫水蒸汽。水汽溫度高於374.2℃時，氣態水便不能通過加壓轉化為液態水。

在20℃時，水的熱導率為0.006 J/s·cm·K，凍的熱導率為0.023 J/s·cm·K，在雪的密度為0.1×103 kg/m3時，雪的熱導率為0.00029 J/s·cm·K。水的密度在3.98℃時最大，為1×103kg/m3，溫度高於3.98℃時，水的密度隨溫度升高而減小 ，在4℃時，水的密度最大，在0～3.98℃時，水不服從熱脹冷縮的規律，密度隨溫度的升高而增加。水在0℃時，密度為0.99987×103 kg/m3，冰在0℃時，密度為0.9167×103 kg/m3。因此冰可以浮在水面上。

水也會衰老

通常我們只知道動物和植物有衰老的過程，其實水也會衰老，而且衰老的水對人體健康有害。據科研資科表明，水分子是主鏈狀結構，水如果不經常受到撞擊，也就是說水不經常處於運動狀態，而是靜止狀態時，這種鏈狀結構就會不斷擴大、延伸，就變成俗稱的“死水”，這就是衰老了的老化水。現在許多桶裝或瓶裝的純淨水，從出廠到飲用，中間常常要存放相當長一段時間。桶裝或瓶裝的飲用水，被靜止狀態存放超過3天，就會變成衰老了的老化水，就不宜飲用了。

儲存較長時間的水有關未成年人如常飲用存放時間超過3天的桶裝或瓶裝水會使細胞的新陳代謝明顯減慢，影響生長發育，而中老年人常飲用這類變成老化水的桶裝或瓶裝水，就會加速衰老。專家研究提出，近年來，許多地區食道癌及胃癌發病率增多，可能與飲用水有關。研究表明，剛被提取的、處於經常運動、撞擊狀態的深井水，每升僅含亞硝酸鹽0.017毫克。但在室溫下儲存3天，就會上升到0.914毫克，原來不含亞硝酸鹽的水，在室溫下存放一天后，每升水也會產生亞硝酸鹽0.0004毫克，3天后可上升0.11毫克，20天后則高達0.73毫克，而亞硝鹽可轉變為致癌物亞硝胺。有關專家指出：對桶裝水想用則用，不用則長期存放，這種不健康的飲水習慣，對健康無益，喝了一次到兩次對身體沒有害處，時間長有害處。

水的藥用功能

天雨水，性輕清，味甘淡，諸水之上也。夏日尤佳。飲之可以卻病。

水是生命之源。

詳細見水

過氧化氫

分子

分子式：H2O2

分子結構：O原子以sp3雜化軌道成鍵、分子為共價極性分子。

相對分子質量： 34.01

H.O兩種元素的質量比：1×2：16×2=2：32=1：16

外觀與性狀： 水溶液為無色透明液體，有微弱的特殊氣味。純過氧化氫是淡藍色的油狀液體。

理化特性

主要成分： 工業級 分為27.5%、35%兩種。熔點(℃)： -0.89℃(無水)

沸點(℃)： 152.1℃(無水)

折射率：1.4067（25℃）

相對密度(水=1)： 1.46(無水)

飽和蒸氣壓(kPa)： 0.13(15.3℃)

溶解性：能與水、乙醇或乙醚以任何比例混合。不溶於苯、石油醚。

結構：H-O-O-H 沒有手性，由於-O-O-中O不是最低氧化態，故不穩定，容易斷開

溶液中含有氫離子，而過氧根在氫離子的作用下會生成氫氧根離子，其中氫離子濃度大於氫氧根離子濃度。

毒性LD50（mg/kg）：大鼠皮下700

燃爆危險： 本品助燃，具強刺激性。

分解產生氧氣

1.取5ml5%的過氧化氫溶液於試管中，將帶火星的木條伸入試管中，木條沒有復燃。

2.取5ml5%的過氧化氫溶液於試管中，加熱，再將帶火星的木條伸入試管中，木條復燃。

3.取5ml5%的過氧化氫溶液於試管中，加入少量二氧化錳，再將帶火星的木條伸入試管中，木條復燃。二氧化錳做催化劑，和過氧化氫反應生成氧氣和水。

（一）、過氧化氫 1、 過氧化氫的分子結構 過氧化氫是含有極性鍵和非極性鍵的極性分子，其結構式為H—O—O—H，電子式為： 2、 過氧化氫的物理性質 過氧化氫是一種無色黏稠的液體，它的水溶液俗稱雙氧水。 3、 過氧化氫的化學性質

（1）H2O2是二元弱酸，具有酸性

（2）氧化性

H2O2+2KI+2HCl=2KCl+I2+2H2O

2Fe2++H2O2+2H+=2Fe3++2H2O

H2O2+H2S=S↓+2H2O H2O2+SO2=H2SO4

註：在酸性條件下H2O2的還原產物為H2O，在中性或鹼性條件其還原產物為氫氧化物.

（3）還原性

2KMnO4+5H2O2+3H2SO4=2MnSO4+K2SO4+5O2↑+8H2O

H2O2+Cl2=2HCl+O2 註：H2O2的氧化產物為O2

（4）不穩定性 4、 H2O2的保存方法 實驗室里常把H2O2裝在棕色瓶內避光並放在陰涼處。 5、 H2O2的用途 作消毒、殺菌劑，作漂白劑、脫氯劑，純H2O2還可作火箭燃燒的氧化劑等。

電解反應

電解雙氧水會生成臭氧和水，同時水又生成氫氣和氧氣。

分步反應化學方程式：

一、3H2O2=（通電）=3H2O+O3↑

二、2H2O=（通電）=2H2↑+O2↑

總反應化學方程式為：

6H2O2=（通電）=6H2↑+2O3↑+3O2↑

首次生成的臭氧顏色為橙黃。

主要用途

在不同的情況下可有氧化作用或還原作用。可用氧化劑、漂白劑、消毒劑、脫氯劑，並供火箭燃料、有機或無機過氧化物、泡沫塑膠和其他多孔物質等。

醫用雙氧水(3%左右或更低)是很好的消毒劑 。

工業用是10%左右用於漂白,作強氧化劑,脫氯劑,燃料等。

實驗用做制O2原料。

詳細見過氧化氫

超氧化氫

化學式：HO2

由臭氧和水反應而得。

H2O + O3 ==== 2HO2

近來義大利科學家發現O4後，又有一新的製取方法：

H2 + O4 ==== 2HO2（條件只需微熱）

反應在冷凝管中進行，可穩定保存在棕色細口瓶中。

藍色液體，氧化性很強，又擬鹵素氫化物的性質：

HO2 + AgNO3 ==== AgO2↓（微溶） + HNO3

8HO2 + 2MnO2 ==== 2HMnO4 + 3H2↑ +6O2↑

電解：2HO2 ==== H2↑ + O4↑

將活潑金屬投入其中會燃燒起來，同時在表面分解產生的氫氣也會燃燒，有時甚至會發生爆炸。因此超氧化氫又被稱為“火氫水”。

據說0.5%～2%的火氫水防毒效果不亞於雙氧水，因此火氫水可能成為一種新的消毒劑使用。

另外，反應8HO2 + 2MnO2 ==== 2HMnO4 + 3H2↑ +6O2↑ 可用於制氧氣（利用向上排空氣法可除去氫氣）。

一般以雙分子形式存在，十分不穩定，加熱會爆炸。

一種弱酸，也是一種自由基，具有極高的活性。超氧化物(超氧化鉀/銣/銫/鈣/鍶/鋇)於冷水或稀酸反應可生成,常溫存在時間極短，很快分解成水和氧氣。4HO2=2H2O+3O2↑。因而是很強的氧化劑.

超氧酸分子中含有未成對電子，因此具有順磁性，中心氧原子為sp3雜化，不能形成π鍵，是和左右的原子分別形成兩個σ鍵

HO2

過三氧化氫

過三氧化氫也稱為“三氧化氫”或“三氧化二氫”，其化學式為“H2O3”或“HOOOH”，是氫元素的氧化物。H2O3在常溫下為無色至微紫色液體，易揮發，有魚腥味。是一種不穩定的化合物，在水溶液中會分解為水和單線態氧：

上述反應的逆反應（向水分子中插入單線態氧原子）一般情況下由於單線態氧原子不足而速率小於正反應速率。

理論研究表明，過三氧化氫有順式和反式共兩種異構體，其中反式異構體比順式異構體更穩定。二階全活化空間微擾理論（complete active space perturbation theory of second order，CASPT2）預測結果顯示，在單激發態中，順式過三氧化氫壽命最長的激發態為21A"，躍遷能為167.43nm，壽命為1.44×10s；而反式過三氧化氫壽命最長的激發態為21A，其躍遷能為165.52nm，壽命為2.07×10s。

在生命系統中，臭氧是由單線態氧形成的，現在推測其原理是：臭氧是單線態氧與水產生的H2O3的抗體催化產物。

製備

過三氧化氫可由O3和H2O2的反應或水的電解少量製備。用以上兩種反應製得的過H2O3的量雖然較少，但已可檢測出其存在。

若需獲得大量H2O3，則要利用有機還原劑（例如氫化偶氮苯）在有機溶劑中低溫還原O3，H2O3也能在有機過三氧化氫分解時產生（ROOOH）。

過臭氧過程

O3與H2O2反應（過臭氧化）的過程也被稱為“過臭氧過程”（Peroxone process）。而O3與H2O2的混合物曾被用作含有各種有機化合物的地下水的處理劑。上述反應也能產生H2O5及一些環狀化合物。

結構

光譜學分析已指出H2O3分子具有曲折的結構（H-O-O-O-H），具有C2對稱性，其中，H2O3O-O鍵的鍵長約為142.8pm，略短於H2O3中的146.4pm。O-H鍵的鍵長為96.6pm，H-O-O鍵角為101.9°，O-O-O鍵角為106.8°，H-O-O-O二面角為81.2°。

H2O3還可能以多種二聚體及三聚體的形式存在。

酸性

H2O3是一種弱電解質，其酸性比H2O2略強，在溶液中可電離產生H+和OOOH-。

反應

其能自發地分解為水與單線態氧。室溫下有機溶劑中的H2O3的半衰期約為16min，而H2O3在水中的半衰期只有幾毫秒。

H2O3能與有機硫化物反應生成亞碸，但現在對這類反應的了解仍不多。

存在形式

由於在生命系統中H2O3像臭氧/過氧化氫混合物一樣，也能由人體內的抗體能產生，並利用其強氧化性對抗入侵的細菌等病原體。所以新近的研究認為H2O3是上述混合物中起抗菌作用的活性物質。生命系統中H2O3由免疫細胞產生的單線態氧和水反應獲得（該化學反應的方向視各物質的濃度而定）。

2005年，H2O3被利用微波光譜學在超音速客機中發現，其分子呈現反式構象（trans conformation），其中的O-O鍵短於H2O2中的O-O鍵。

計算化學方面的預測表明還可能有包含更多氧原子的鏈狀分子（或多氧化氫）存在，在低溫氣體中，甚至連具有無數個氧原子的鏈也可能存在。

在該證據支持下，一項對星際物質中的這類物質的尋找可能將會展開。

臭氧酸

一種弱酸,也是一種自由基,具有極高的活性.臭氧化物(臭氧化鈉/鉀/銣/銫/鈣/鍶/鋇)於冷水或稀酸反應可生成,常溫存在時間極短,很快分解成水和氧氣.4HO3=2H2O+5O2↑因而是很強的氧化劑.

臭氧酸分子中含有未成對電子,因此具有順磁性.中心氧原子為sp2雜化,用一個電子與端邊氫原子形成σ鍵,用兩個電子與端邊氧原子成單電子形成三電子π鍵.