Коротко — все три каталитических варианта разложения H2O2 (пероксид водорода) приводят к одной стехиометрии в конечном итоге (2 H2O2 → 2 H2O + O2), но механизмы, кинетика и сопутствующие продукты/побочные процессы сильно различаются. Ниже — по каждому случаю с ключевыми уравнениями, объяснением почему скорость и продукты отличаются и как это проявляется на практике.

1) Fe2+ (Fenton-тип, гомогенная катализация)

Основной инициирующий шаг (классический Fenton):
Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + OH– + OH•
(образуется гидроксил-радикал OH• — очень сильный окислитель)Дополнительные реакции:
OH• + H2O2 → H2O + HO2•
Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HO2• + H+ (медленнее, «Fenton‑производная»)Особенности:
Механизм радикальный, с цепной компонентой; образуются свободные радикалы (OH•, HO2•), которые могут далее быстро реагировать с органическими веществами и с самим H2O2.Скорость начальной стадии пропорциональна [Fe2+][H2O2] (первый порядок по каждому реагенту), но далее кинетика усложняется из‑за цепных и побочных реакций — возможна автокаталитическая/цепная рекомбинация, нестабильность и резкое ускорение.Оптимально работает в кислой среде (pH ≈ 2–4); при высоком pH Fe3+ образует осадки (Fe(OH)3), активность падает.Побочные продукты: сильные окислители (OH•) в растворе — повреждают органику, могут приводить к образованию окисленных продуктов; Fe3+ остаётся в растворе (помутнение, бурый цвет), возможна потеря катализатора при осаждении.На практике: наблюдается бурная реакция с быстрым образованием радикалов и сильной окислительной способностью; кинетика часто несложно предсказуема простыми степенными законами.

2) MnO2 (твёрдый оксид марганца, гетерогенная катализация)

Общая картинка: разложение происходит на поверхности твёрдого катализатора через редокс‑циклы марганца и/или через адсорбированные промежуточные радикалы. Упрощённо:
MnO2 (s) + H2O2 → (на поверхности) Mn(III)–пероксидные промежуточные состояния → MnO2 + O2 + H2O
В кислой среде возможна восстановление Mn(IV) до Mn2+:
MnO2 + H2O2 + 2 H+ → Mn2+ + 2 H2O + O2Особенности:
Гетерогенная (поверхностная) катализация — скорость зависит от поверхности (площадь, пористость), размера частиц и контакта с раствором.Могут образовываться пероксидные/радикальные промежуточные виды на поверхности (HO2• и пр.), но свободные радикалы в объёме обычно в меньших концентрациях, чем при Fenton.MnO2 иногда частично «расходуется» (восстанавливается до растворимых форм), особенно в кислой среде; поэтому можно наблюдать изменение цвета/концентрации марганца в растворе.Кинетика часто выглядит как псевдо‑первый порядок по [H2O2] при постоянной поверхности катализатора; при насыщении поверхности возможен переход к нулевому порядку.На практике: при добавлении твёрдого MnO2 к H2O2 сильно пенится/бурлит (выделяется O2) — эффект зависит от количества и состояния твёрдого катализатора. В отличие от Fenton, меньше «свободных» OH• в объёме, но возможны локальные поверхностные радикалы и частичная потеря MnO2.

3) Платина (Pt, гетерогенная катализация на благородном металле)

Механизм поверхностный с адсорбцией и диссоциацией O–O связи:
H2O2 → 2 OH(ad) (адсорбированные гидроксильные группы)
2 OH(ad) → H2O + O(ad)
2 O(ad) → O2 (газация) или O(ad)+OH(ad) → H2O + O(ad) → O2 + H2O и т.д.Особенности:
Очень эффективная гетерогенная катализация: Pt стабилизирует переходные состояния для разрыва O–O связи, высокая частота оборота (TOF).Реакция протекает преимущественно без образования свободных OH• в объёме — окислительные радикалы не накапливаются в растворе (они «обрабатываются» на поверхности).Кинетика сильно зависит от доступной активной поверхности Pt; при избытке H2O2 при полностью занятых поверхностях наблюдается нулевой порядок по [H2O2], при разрежении — первый и т.д.Pt не расходуется химически и обычно не даёт растворимых побочных продуктов; продукт — чисто H2O и O2.На практике: быстрый и «чистый» выход кислорода без заметного изменения цвета раствора или образования сильных окислителей в объёме. Активность чувствительна к отравлению поверхности (sulfide, halides, органические яды).

Почему эффекты различаются (суммарно)

Тип каталитического пути: Fe2+ — гомогенный радикальный путь (свободные OH•), MnO2 и Pt — гетерогенные поверхностные пути. Радикальные цепи дают иную кинетику, часто автокаталитическую и более «взрывную», чем монотонная поверхность‑опосредованная диспропорция.Зависимость от состояния катализатора: для металлов в растворе (Fe2+) кинетика определяется концентрацией и окислительным состоянием и pH; для твёрдых катализаторов (MnO2, Pt) — поверхностью, площадью, состоянием поверхности и способностью к адсорбции.Образование побочных окислителей: Fe2+ генерирует сильные свободные радикалы → побочные окисления; MnO2 может образовывать и растворять марганец (Mn2+), частичные радикалы на поверхности; Pt даёт главным образом H2O и O2 без накопления радикалов.Зависимость от pH: Fenton лучше в кислой среде; MnO2 может разъедаться/реагировать в кислой среде; Pt работает в широком диапазоне pH (физико‑химическая адсорбция и электронный перенос на поверхности).

Как диагностировать, какой механизм идёт в эксперименте

Добавьте радикал‑ловушку (например, этанол или изопропанол): если скорость существенно падает → радикальный механизм (Fenton).Следите за изменением цвета/осадков: появление бурых осадков — Fe(OH)3 (Fe3+); изменение состояния MnO2 (растворение, появление Mn2+) — MnO2 участвует в редоксах; отсутствие изменений и чистый газ — вероятно Pt.Измерьте зависимость скорости от концентрации катализатора: при гомогенной Fenton — скорость ∝ [Fe2+]; при гетерогенном — сильная связь с площадью поверхности, при повышенной загрузке может наблюдаться насыщение.

Краткое практическое резюме

Fe2+ (Fenton): радикальный, сильно окисляющий, чувствителен к pH, может быстро окислять органику; кинетика сложная (зависит от [Fe2+], [H2O2], цепных процессов).MnO2: гетерогенный поверхностный путь, зависит от поверхности и pH, может частично расходоваться, средняя по активности, меньше свободных радикалов в объёме.Pt: очень эффективная поверхностная катализация, быстрое чистое разложение до H2O и O2, минимальные побочные радикалы, кинетика определяется покрытием поверхности.

Если нужно, могу привести типичные численные значения скоростей/порядков для каждой системы, дать конкретные уравнения кинетики для экспериментального анализа или схему эксперимента для различения механизмов.