На каких свойствах кислорода основаны эти способы
Цель работы
Получить кислород (методом
вытеснения воздуха) и изучить его свойства.
Необходимое оборудование и реактивы
Оборудование:
- штатив лабораторный с лапкой или пробиркодержатель;
- спиртовка;
- два химических стакана;
- стеклянная пластинка;
- пробирка;
- пробка с газоотводной трубкой;
- ложка для сжигания веществ;
- спички;
- лучинка;
- вата.
Вещества:
- перманганат калия (твердый) KMnO4;
- уголь С;
- известковая вода — Са(ОН)2.
Меры предосторожности
Работа со спиртовкой:
- Не переносите горящую спиртовку с места на место.
- Гасите спиртовку только с помощью колпачка.
- При нагревании не забудьте прогреть пробирку. Для этого пробирку, закрепленную в лапке штатива, медленно проведите сквозь пламя от донышка до отверстия и обратно. Эту операцию повторите несколько раз: чтобы стекло равномерно прогрелось. Признаком прогрева стекла можно считать исчезновение запотевания на стенках пробирки.
- Дно пробирки должно находиться в верхней части пламени.
- Дно пробирки не должно касаться фитиля.
Работа со стеклом:
- Помните, что горячее стекло по внешнему виду не отличается от холодного. Не прикасайтесь к горячей пробирке.Закрепляя пробирку в лапке штатива, не закручивайте сильно винт. При нагревании стекло расширяется и пробирка может треснуть
Проверка прибора на герметичность:
- Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой, опустите конец трубки в стакан с водой. Плотно обхватите ладонью пробирку и внимательно следите за появлением пузырьков воздуха.
ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ
Загрузите по очереди два следующих видео — опыта и внимательно наблюдайте за
экспериментом:
1. Получение
кислорода (нажмите «Посмотреть опыт»)
Кислород(
O 2 ) в лаборатории получают разложением перманганата калия KMnO 4
(марганцовки). Для опыта понадобится пробирка с газоотводной трубкой. В пробирку
насыпаем кристаллический перманганат калия. Для сбора кислорода приготовим
колбу. При нагревании перманганат калия начинает разлагаться, выделяющийся
кислород поступает по газоотводной трубке в колбу. Кислород тяжелее воздуха,
поэтому не покидает колбу и постепенно заполняет ее. Тлеющая лучинка вспыхивает
в колбе: значит нам удалось собрать кислород.
2
KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
↑
Чистый кислород впервые получили независимо друг отдруга
шведский химик Шееле (при прокаливании селитры) и английский ученый Пристли
(при разложении оксидов ртути и свинца). До их открытия ученые считали, что
воздух ‑ однородная субстанция. После открытия Шееле и Пристли Лавуазье создал
теорию горения и назвал новый элемент Oxygenium (лат.) – рождающий кислоту, кислород.
Кислород — необходим для поддержания жизни. Человек может выдержать без
кислорода всего несколько минут.
2. Обнаружение кислорода
Кислород поддерживает горение — это свойство кислорода используется для его
обнаружения
3. Горение угля в кислороде
Кислород
активно взаимодействует со многими веществами. Посмотрим, как реагирует
кислород с углем. Для этого раскалим кусочек угля на пламени спиртовки. На
воздухе уголь едва тлеет, потому что кислорода в атмосфере около двадцати
процентов по объему. В колбе с кислородом уголь раскаляется. Горение углерода
становится интенсивным. При сгорании углерода образуется углекислый газ:
С+О2= СО2
Добавим в колбу с газом известковую воду – она мутнеет.
Известковая вода обнаруживает углекислый газ. Вспомните, как разжигают гаснущий
костер. Дуют на угли или интенсивно обмахивают их для того, чтобы увеличить
подачу кислорода в зону горения.
Оформите и сдайте отчёт о проделанной работе
Практическая работа №3
Получение
и свойства кислорода
Цель работы:
Получить кислород (методом
вытеснения воздуха) и изучить его свойства.
Приборы и оборудование: KMnO4 – перманганат калия (марганцовка), С – древесный
уголь , известковая вода, пробка с газоотводной трубкой, лучинка, спиртовка,
спички, колба, вата, пробирка.
Ход работы:
Название | Наблюдения, Уравнение |
1. Получение и собирание | KMnO4t = K2MnO4 |
2. Обнаружение кислорода | |
3. Сжигание древесного угля | C + O2 t = .?. (назовите продукты) |
Вывод: __________________________________________
История открытия кислорода
Открытие кислорода ознаменовало новый период в развитии химии. С глубокой древности было известно, что для горения необходим воздух. Процесс горения веществ долгое время оставался непонятным. В эпоху алхимии широкое распространение получила теория флогистона, согласно которой вещества горят благодаря их взаимодействию с огненной материей, то есть с флогистоном, который содержится в пламени. Кислород был получен английским химиком Джозефом Пристли в 70-х годах XVIII века. Химик нагревал красный порошок оксида ртути (II), в итоге вещество разлагалось, с образованием металлической ртути и бесцветного газа:
2HgO t° → 2Hg + O2↑
Оксиды – бинарные соединения, в состав которых входит кислород При внесении тлеющей лучины в сосуд с газом она ярко вспыхивала. Ученый считал, что тлеющая лучина вносит в газ флогистон, и он загорается. Д. Пристли пробовал дышать полученным газом, и был восхищен тем, как легко и свободно им дышится. Тогда ученый и не предполагал, что удовольствие дышать этим газом предоставлено каждому. Результатами своих опытов Д. Пристли поделился с французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье.
Имея хорошо оснащенную на то время лабораторию, А. Лавуазье повторил и усовершенствовал опыты Д. Пристли. А. Лавуазье измерил количество газа, выделяющееся при разложении определенной массы оксида ртути. Затем химик нагрел в герметичном сосуде металлическую ртуть до тех пор, пока она не превратилась в оксид ртути (II). Он обнаружил, что количество выделившегося газа в первом опыте равно газу, поглотившемуся во втором опыте. Следовательно, ртуть реагирует с каким-то веществом, содержащимся в воздухе. И это же вещество выделяется при разложении оксида. Лавуазье первым сделал вывод, что флогистон здесь совершенно ни при чем, и горение тлеющей лучины вызывает именно неизвестный газ, который в последствии был назван кислородом. Открытие кислорода ознаменовало крах теории флогистона!
Способы получения и собирания кислорода в лаборатории
Лабораторные способы получения кислорода весьма разнообразны. Существует много веществ, из которых можно получить кислород. Рассмотрим наиболее распространенные способы.
1) Разложение оксида ртути (II)
Одним из способов получения кислорода в лаборатории, является его получение по описанной выше реакции разложения оксида ртути (II). Ввиду высокой токсичности соединений ртути и паров самой ртути, данный способ используется крайне редко.
2) Разложение перманганата калия
Перманганат калия (в быту мы называем его марганцовкой) – кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета. При нагревании перманганата калия выделяется кислород. В пробирку насыплем немного порошка перманганата калия и закрепим ее горизонтально в лапке штатива. Недалеко от отверстия пробирки поместим кусочек ваты. Закроем пробирку пробкой, в которую вставлена газоотводная трубка, конец которой опустим в сосуд- приемник. Газоотводная трубка должна доходить до дна сосуда-приемника. Ватка, находящаяся около отверстия пробирки нужна, чтобы предотвратить попадание частиц перманганата калия в сосуд-приемник (при разложении выделяющийся кислород увлекает за собой частички перманганата). Когда прибор собран, начинаем нагревание пробирки. Начинается выделение кислорода.
Уравнение реакции разложения перманганата калия:
2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2↑
Как обнаружить присутствие кислорода? Воспользуемся способом Пристли. Подожжем деревянную лучину, дадим ей немного погореть, затем погасим, так, чтобы она едва тлела. Опустим тлеющую лучину в сосуд с кислородом. Лучина ярко вспыхивает! Газоотводная трубка была не случайно опущена до дна сосуда-приемника. Кислород тяжелее воздуха, следовательно, он будет собираться в нижней части приемника, вытесняя из него воздух. Кислород можно собрать и методом вытеснения воды. Для этого газоотводную трубку необходимо опустить в пробирку, заполненную водой, и опущенную в кристаллизатор с водой вниз отверстием. При поступлении кислорода газ вытесняет воду из пробирки.
Разложение пероксида водорода
Пероксид водорода – вещество всем известное. В аптеке оно продается под названием «перекись водорода». Данное название является устаревшим, более правильно использовать термин «пероксид». Химическая формула пероксида водорода Н2О2 Пероксид водорода при хранении медленно разлагается на воду и кислород. Чтобы ускорить процесс разложения можно произвести нагрев или применить катализатор.
Катализатор – вещество, ускоряющее скорость протекания химической реакции
Нальем в колбу пероксид водорода, внесем в жидкость катализатор. Катализатором может служить порошок черного цвета – оксид марганца MnO2. Тотчас смесь начнет вспениваться вследствие выделения большого количества кислорода. Внесем в колбу тлеющую лучину – она ярко вспыхивает. Уравнение реакции разложения пероксида водорода:
2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2↑
Обратите внимание: катализатор, ускоряющий протекание реакции, записывается над стрелкой, или знаком «=», потому что он не расходуется в ходе реакции, а только ускоряет ее.
Разложение хлората калия
Хлорат калия – кристаллическое вещество белого цвета. Используется в производстве фейерверков и других различных пиротехнических изделий. Встречается тривиальное название этого вещества – «бертолетова соль». Такое название вещество получило в честь французского химика, впервые синтезировавшего его, – Клода Луи Бертолле. Химическая формула хлората калия KСlO3. При нагревании хлората калия в присутствии катализатора – оксида марганца MnO2, бертолетова соль разлагается по следующей схеме:
2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2↑.
Разложение нитратов
Нитраты – вещества, содержащие в своем составе ионы NO3⎺. Соединения данного класса используются в качестве минеральных удобрений, входят в состав пиротехнических изделий.
Нитраты – соединения термически нестойкие, и при нагревании разлагаются с выделением кислорода:
Обратите внимание, что все рассмотренные способы получения кислорода схожи. Во всех случаях кислород выделяется при разложении более сложных веществ.
Реакция разложения – реакция, в результате которой сложные вещества разлагаются на более простые В общем виде реакцию разложения можно описать буквенной схемой:
АВ → А + В.
Реакции разложения могут протекать при действии различных факторов. Это может быть нагревание, действие электрического тока, применение катализатора. Существуют реакции, в которых вещества разлагаются самопроизвольно.
Получение кислорода в промышленности
В промышленности кислород получают путем выделения его из воздуха.
Воздух – смесь газов, основные компоненты которой представлены в таблице.
Сущность этого способа заключается в глубоком охлаждении воздуха с превращением его в жидкость, что при нормальном атмосферном давлении может быть достигнуто при температуре около -192°С. Разделение жидкости на кислород и азот осуществляется путем использования разности температур их кипения, а именно: Ткип.
О2 = -183°С
N2 = -196°С (при нормальном атмосферном давлении).
При постепенном испарении жидкости в газообразную фазу в первую очередь будет переходить азот, имеющий более низкую температуру кипения, и, по мере его выделения, жидкость будет обогащаться кислородом. Многократное повторение этого процесса позволяет получить кислород и азот требуемой чистоты. Такой способ разделения жидкостей на составные части называется ректификацией жидкого воздуха.
Итог статьи:
- В лаборатории кислород получают реакциями разложения
- Реакция разложения – реакция, в результате которой сложные вещества разлагаются на более простые
- Кислород можно собрать методом вытеснения воздуха или методом вытеснения воды
- Для обнаружения кислорода используют тлеющую лучину, она ярко вспыхивает в нем
- Катализатор – вещество, ускоряющее химическую реакцию, но не расходующееся в ней
Venxar / 18 окт. 2014 г., 0:59:30
О кислороде как простом веществе, а не химическом элементе идет речь во фразе
а) Кислород входит в состав воды
б) Кислород содержится в земной коре
в) Кислород входит в состав земной атмосферы
г) Кислород входит в состав оксидов
О кислороде как химическом элементе, а не простом веществе идет речь во фразе
а) Кислород растворяется в воде
б) Кислород входит в состав воды
в) Кислородом мы дышим
г) В кислороде горят многие вещества
Какое утверждение не относится к кислороду
а) самый распространенный химический элемент в земной коре
б) в природе получается в результате фотосинтеза
в) молекула простого вещества кислорода состоит из одного атома
г) молекула простого вещества кислорода состоит из двух атомов
О кислороде как простом веществе, а не химическом элементе идет речь во фразе
а) Кислород растворяется в воде
б) Кислород содержится в земной коре
в) В человеческом организме содержится 65% кислорода
г) Бинарные соединения кислорода называются оксидами
Какое утверждение неверно? Кислород…
а) получают при разложении сложных веществ, богатых кислородом
б) для промышленных целей получают из воздуха
в) относительная молекулярная масса – 16
г) необходим для жизнедеятельности человека
О кислороде как химическом элементе, а не простом веществе идет речь во фразе
а) Кислород немного тяжелее воздуха
б) Кислород поддерживает дыхание
в) Кислород входит в состав земной атмосферы
г) Кислород входит в состав оксидов
В лаборатории кислород получают
а) сжижением воздуха в) разложением перманганата калия KMnO4
б) разложением воды электрическим током г) разложением озона
Основным сырьем для получения кислорода в промышленности служит
а) вода б) воздух в) горные породы г) зеленые растения
Какое утверждение неверно?
а) кислород поддерживает горение
б) кислород поддерживает дыхание
в) кислород взаимодействует с неметаллами, например, с серой
г) кислород взаимодействует с с водой
Какое утверждение неверно? Кислород
а) при высокой температуре взаимодействует с железом
б) взаимодействует с золотом
в) взаимодействует с метаном СН4
г) взаимодействует с неметаллами
Кислород взаимодействует
а) только с металлами и неметаллами
б) с металлами, неметаллами, сложными веществами
в) только с простыми веществами
г) только с металлами и сложными веществами
В лаборатории кислород не получают из
а) жидкого воздуха в) бертолетовой соли KClO3
б) воды г) перманганата калия KMnO4
В промышленных масштабах озон получают с помощью
а) реакции фотосинтеза в) окисления морских водорослей
б) окисления сосновой смолы г) действия на кислород электрического разряда
. Чтобы доказать наличие в сосуде кислорода, а не воздуха, проще всего использовать
а) разницу в плотности воздуха и кислорода
б) совпадение цвета
в) тлеющую лучинку
г) разницу в степени растворимости в воде
В реакциях кислород является
а) восстановителем в) заместителем
б) окислителем г) катализатором
Реакции взаимодействия веществ с кислородом называются
а) разложением в) окислением
б) восстановлением г) замещением
Какая реакция является эндотермической?
а) N2+3H2= 2NH3+Q
б) CuO +H2SO4= CuSO4 + H2O-Q
в) S+O2=SO2+Q
г) 2H2+O2=2H2O +Q
Какая реакция является экзотермической?
а) N2+3H2= 2NH3+Q
б) Cu(OH)2 = CuO+ H2O-Q
в) HgO=Hg+O2-Q
г) 2H2O=2H2+O2-Q
Коэффициент перед формулой кислорода в уравнении реакции
Fe + O2 » Fe3O4
а) 1 б) 2 в) 3 г) 4
Коэффициент перед формулой кислорода в уравнении реакции
Al + O2 » Al2O3
а) 1 б) 2 в) 3 г) 4
Коэффициент перед формулой кислорода в уравнении реакции
P+ O2 » P2O5
а) 1 б) 3 в) 5 г) 7
Коэффициент перед формулой кислорода в уравнении реакции
Ca + O2 » CaO
а) 1 б) 2 в) 3 г) 4
Сумма коэффициентов в уравнении реакции C2H2 + O2 «CO2 + H2O
равна
а) 11 б) 13 в) 12 г) 10
Сумма коэффициентов в уравнении реакции C2H4 + O2 «CO2 + H2O
равна
а) 8 б) 5 в) 7 г) 9
Сумма коэффициентов в уравнении реакции CH4 + O2
«CO2 + H2O
равна
а) 2 б) 4 в) 6 г) 8
Сумма коэффициентов в уравнении реакции H2S+ O2 «SO2 + H2O
равна
а) 9 б) 8 в) 7 г) 6
· В соответствии с термохимическим уравнением 2Na (к) + Сl2 (г) = 2NaCl (к) + 411,3 кДж
при образовании 58.5 г хлорида натрия NaCl
а) выделяется 411,3 кДж теплоты
б) поглощается 411,3 кДж теплоты
в) выделяется 205,65 кДж теплоты
г) поглощается 205,65 кДж теплоты
В результате реакции, термохимическое уравнение которой
2KClO3(тв) = 2KCl(тв) + 3O2(г) + 91 кДж,
выделилось 182 кДж теплоты. Масса образовавшегося при этом кислорода равна
1) 96 г 2) 192 г 3) 288 г 4) 576 г
В соответствии с термохимическим уравнением
C6H12O6 (к) + 6O2 (г) 6CO2 (г) + 6H2O (ж) + 2800 кДж
при образовании 12 моль углекислого газа CO2
а) выделяется 2800 кДж теплоты
б) поглощается 2800 кДж теплоты
в) выделяется 5600 кДж теплоты
г) поглощается 5600 кДж теплоты
В результате реакции, термохимическое уравнение которой
2С2Н2+ 5O2 = 4CO2 + 2H2O + 2700 кДж,
выделилось 67,5 кДж теплоты. Объем сгоревшего при этом ацетилена С2Н2 равен
а) 1,12 л б) 2,24 л г) 11,2 л д) 22,4 л
В уроке 17 «Получение кислорода» из курса «Химия для чайников» выясним, как получают кислород в лабораторных условиях; узнаем, что такое катализатор, и как растения влияют на производство кислорода на нашей планете.
Наиболее важным для человека и других живых организмов веществом, входящим в состав воздуха, является кислород. Большие количества кислорода используются в промышленности, поэтому важно знать, как можно его получать.
Получение кислорода в лабораторных условиях
В химической лаборатории кислород можно получать нагреванием некоторых сложных веществ, в состав которых входят атомы кислорода. К числу таких веществ относится вещество KMnO4, которое имеется в вашей домашней аптечке под названием «марганцовка».
Вы знакомы с простейшими приборами для получения газов. Если в один из таких приборов поместить немного порошка KMnO4 и нагреть, то будет выделяться кислород (рис. 76):
Кислород можно также получить разложением пероксида водорода H2O2. Для этого в пробирку с H2O2 следует добавить очень небольшое количество особого вещества — катализатора — и закрыть пробирку пробкой с газоотводной трубкой (рис. 77).
Для данной реакции катализатором является вещество, формула которого MnO2. При этом протекает следующая химическая реакция:
Обратите внимание на то, что ни в левой, ни в правой частях уравнения формулы катализатора нет. Его формулу принято записывать в уравнении реакции над знаком равенства. Для чего же добавляется катализатор? Процесс разложения H2O2 при комнатных условиях протекает очень медленно. Поэтому для получения заметных количеств кислорода необходимо много времени. Однако эту реакцию можно резко ускорить путем прибавления катализатора.
Катализатор — это вещество, которое ускоряет химическую реакцию, но само в ней не расходуется.
Именно потому, что катализатор не расходуется в реакции, мы не записываем его формулу ни в одной из частей уравнения реакции.
Еще один способ получения кислорода — разложение воды под действием постоянного электрического тока. Этот процесс называется электролизом воды. Получить кислород можно в приборе, схематично изображенном на рисунке 78.
При этом протекает следующая химическая реакция:
Кислород в природе
Огромное количество газообразного кислорода содержится в атмосфере, растворено в водах морей и океанов. Кислород необходим всем живым организмам для дыхания. Без кислорода невозможно было бы получать энергию за счет сжигания различных видов топлива. На эти нужды ежегодно расходуется примерно 2% атмосферного кислорода.
Откуда берется кислород на Земле и почему его количество остается примерно постоянным, несмотря на такой расход? Единственным источником кислорода на нашей планете являются зеленые растения, производящие его под действием солнечного света в процессе фотосинтеза. Это очень сложный процесс, включающий много стадий. В результате фотосинтеза в зеленых частях растений углекислый газ и вода превращаются в глюкозу C6H12O6 и кислород. Суммарное
уравнение реакций, протекающих в процессе фотосинтеза, можно представить следующим образом:
Установлено, что примерно одну десятую часть (11%) производимого зелеными растениями кислорода дают наземные растения, а остальные девять десятых (89%) — водные растения.
Получение кислорода и азота из воздуха
Огромные запасы кислорода в атмосфере позволяют получать и использовать его в различных производствах. В промышленных условиях кислород, азот и некоторые другие газы (аргон, неон) получают из воздуха.
Для этого воздух сначала превращают в жидкость (рис. 79) путем охлаждения до такой низкой температуры, при которой все его компоненты переходят в жидкое агрегатное состояние.
Затем эту жидкость медленно нагревают, в результате чего при разных температурах происходит последовательное выкипание (т. е. переход в газообразное состояние) веществ, которые содержатся в воздухе. Собирая выкипающие при разных температурах газы, по отдельности получают азот, кислород и другие вещества.
Краткие выводы урока:
- В лабораторных условиях кислород получают разложением некоторых сложных веществ, в состав которых входят атомы кислорода.
- Катализатор — вещество, которое ускоряет протекание химической реакции, но само при этом не расходуется.
- Источником кислорода на нашей планете являются зеленые растения, в которых протекает процесс фотосинтеза.
- В промышленности кислород получают из воздуха.
Надеюсь урок 17 «Получение кислорода» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.