Задание №1
Прочитайте и озаглавьте текст, разделите на абзацы. Найдите главную мысль и озаглавьте каждый абзац.
Кислород — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным порядковым номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium). Относительная атомная масса химического элемента кислорода равна 16, т.е. Ar(O) = 16. Относительная молекулярная масса равна 32, т.е. Мr(O2) = 32. В соединениях кислород обычно двухвалентен (в оксидах), валентность VI не существует. В свободном виде встречается в виде двух простых веществ: О2(«обычный» кислород) и О3 (озон). О2 — газ без цвета и запаха, с относительной молекулярной массой =32. О3 – газ без цвета с резким запахом, с относительной молекулярной массой = 48. Температура кипения сжиженного кислорода -183°С, температура плавления твердого кислорода -219°С. Интересно, что кислород притягивается магнитом. Кислород поддерживает дыхание и горение. Причем, если внести в сосуд с кислородом тлеющую лучинку, то она вспыхнет ярким пламенем. Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 49% массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,5% (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 21% по объёму и 23% по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород. Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 20 %, по массовой доле — около 65 %. Открытие кислорода приходится на XVIII век. До этого времени считалось, что любой газ – это разновидность воздуха. Началом изучения газов послужило, казалось бы, незначительное изобретение.
Английский ученый Гейлс предложил прибор для сбора газов. Заполненную водой колбу он опустил горлом вниз в сосуд с водой, в горло колбы поместил изогнутый ружейный ствол, по которому в колбу, вытесняя воду, поступали газы. Вот с этого прибора все и началось… Приоритет открытия кислорода принадлежит англичанину Джозефу Пристли. В 1774 г. он обнаружил, что при разложении оксида ртути образуется газообразное вещество, в атмосфере которого тлеющая лучина вспыхивает ярким пламенем, а дышать этим газом особенно легко. Это был кислород. Уравнение реакции разложения оксида ртути: 2HgO = 2Hg + O2. Пристли поделился своим открытием с А.Лавуазье, и тот дал газу название «кислород». Интересно, что еще до работ Дж. Пристли в 1771 г. опыты по разложению оксида ртути проделал шведский химик Карл Шееле. Но результаты его исследований были опубликованы только в 1775 г., поэтому Пристли о них ничего не знал. Есть еще один интересный исторический факт. Оказывается голландский химик Корнелиус Дреббел примерно за 150 лет до Пристли и Шееле получил кислород при нагревании нитрата калия: 2KNO3 = 2KNO2 + O2. Он описал свойства полученного газообразного вещества: тлеющий уголек в нем вспыхивал, в атмосфере этого газа легко дышалось. Свое открытие ученый даже использовал на изобретенном им подводном судне.
Однако в то время ученые не интересовались газами, и открытие Дреббела даже не заметили. В промышленных целях кислород необходимо получать в больших объёмах и максимально дешёвым способом. Такой способ получения кислорода был предложен лауреатом Нобелевской премии Петром Леонидовичем Капицей. Он изобрёл установку для сжижения воздуха. Как известно, в воздухе находится около 21% по объему кислорода. Кислород можно выделить из жидкого воздуха методом перегонки, т.к. все вещества, входящие в состав воздуха имеют разные температуры кипения. Температура кипения кислорода - 183°С, а азота - 196°С. Значит, при перегонке сжиженного воздуха первым закипит и испарится азот, а затем – кислород. В лаборатории кислород требуется не в таких больших количествах, как в промышленности. Обычно его привозят в голубых стальных баллонах, в которых он находится под давлением. В некоторых случаях всё же требуется получить кислород химическим путём. Для этого используют реакции разложения. При комнатной температуре пероксид водорода разлагается медленно (признаков протекания реакции мы не видим), но этот процесс можно ускорить, если добавить в раствор несколько крупинок оксида марганца (IV). Вокруг крупинок черного оксида сразу начинают выделяться пузырьки газа. Это кислород. Как бы долго ни протекала реакция, крупинки оксида марганца (IV) в растворе не растворяются. То есть, оксид марганца (IV) участвует в реакции, ее ускоряет, но сам в ней не расходуется. Вещества, которые ускоряют реакцию, но не расходуются в реакции, называют катализаторами.
Реакции, ускоряемые катализаторами, называют каталитическими. Ускорение реакции катализатором называют катализом. Таким образом, оксид марганца (IV) в реакции разложения пероксида водорода служит катализатором. В уравнении реакции формула катализатора записывается сверху над знаком равенства. Запишем уравнение проведенной реакции. При разложении пероксида водорода выделяется кислород и образуется вода. Выделение кислорода из раствора показывают стрелкой, направленной вверх:
В повседневной жизни вы наверняка сталкивались с веществом, которое в быту называется «марганцовкой». Химическое название этого вещества - перманганат калия, его химическая формула KMnO4. При нагревании перманганат калия разлагается с образованием кислорода. В пробирку насыпают кристаллический перманганат калия. При нагревании перманганат калия разлагается, выделяющийся кислород поступает по газоотводной трубке в колбу-приемник. Кислород тяжелее воздуха, поэтому не покидает колбу и постепенно заполняет ее. Если опустить тлеющую лучину в колбу с собранным кислородом, то она ярко вспыхнет. Уравнение проведенной реакции: 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑ Для получения кислорода к бертолетовой соли всегда примешивают оксид марганца МпО2 или другое вещество, каталитически ускоряющее процесс разложения. Если нагревать более или менее значительные количества чистой соли, то на поверхности расплава может образоваться корка тугоплавкого хлорида калия, под которой скопляется кислород, в результате чего происходит взрыв. В присутствии оксида марганца MnO2 бертолетова соль начинает разлагаться раньше, чем она расплавится (около 200ºС). 2KClO3 = 2KCl + 3O2↑
Кислород мало растворим в воде и тяжелее воздуха, поэтому его можно получать двумя способами вытеснением воды: вытеснением воздуха (кислород будет собираться на дне сосуда):
Кислород энергично реагирует со многими веществами: простыми – металлами и неметаллами и сложными. Химические реакции взаимодействия веществ с кислородом называются реакциями окисления. Химическая реакция, при которой происходит окисление веществ с выделением тепла и света называется реакцией горения. Продуктами реакций взаимодействия веществ с кислородом, в большинстве случаев, являются оксиды. Оксиды – это сложные вещества, которые состоят из двух элементов, одним из которых является кислород. Общая формула оксидов: ЭхОу , где Э – это химический элемент в валентности = Nгруппы(для элементов главных подгрупп «А»), О – это кислород в валентности (II), Х и У – это индексы, полученные исходя из валентностей элемента. С большинством металлов кислород реагирует уже при комнатной температуре, образуя оксиды. Железо сгорает в кислороде при температуре с треском и разбрасыванием искр, при этом образуется железная окалина Fe3O4 – это соединение двух оксидов железа: FeO в валентности (II) и Fe2O3 в валентности (III): 3Fe + 2O2 = FeO· Fe2O3(железная окалина Fe3O4).
А вот медь не горит в кислороде, а окисляется кислородом при нагревании. При этом образуется оксид меди (II): 2Cu + O2 = 2CuO. Кислород взаимодействует с магнием, который вспыхивает ослепительным белым пламенем. При горении магния выделяются ультрафиолетовые лучи. 2Mg + O2 = 2MgO. Взаимодействует с неметаллами (за исключением гелия, неона, аргона) кислород реагирует, как правило, при нагревании. Так, с фосфором он реагирует при температуре ~ 60°С, образуя Р2О5, с серой - при температуре около 250 °С. Взаимодействие с серой: S + О2 = SO2. В чистом кислороде сера сгорает быстрее, чем на воздухе. С графитом кислород реагирует при 700 °С: С + О2 = СО2. Если сжечь уголь в сосуде с кислородом, то в этом случае уголь сгорит быстрее, чем на воздухе. То есть, скорость горения угля в кислороде выше, чем на воздухе. Взаимодействие кислорода с азотом начинается лишь при 1200°С или в электрическом разряде N2 + О2= 2NО.
Горение В кислороде горит фосфор: 4P + 5O2 = 2P2O5. Кислород реагирует и со многими сложными соединениями, например с оксидом азота (II) он реагирует уже при комнатной температуре: 2NО + О2 = 2NО2. Сероводород, реагируя с кислородом при нагревании, дает серу 2Н2S + О2 = 2S+ 2Н2О или оксид серы (IV) 2Н2S + ЗО2 = 2SО2 + 2Н2О в зависимости от соотношения между кислородом и сероводородом.
Применение любого вещества связано с его свойствами. Так и применение кислорода обусловлено, в основном, его способностями поддерживать дыхание и обеспечивать горение. Рассмотрим основные области применения кислорода. В металлургии, для резки и сварки металлов. Кислород используют в металлургии при производстве стали. Также, во многих металлургических агрегатах для более эффективного сжигания топлива вместо воздуха в горелках используют кислородо-воздушную смесь, т.е. обогащают воздух кислородом. Кислород в баллонах широко используется для газопламенной резки и сварки металлов. Горючий газ ацетилен, сгорая в токе кислорода, позволяет получить температуру выше 3000°С! Это приблизительно вдвое больше температуры плавления железа.
Окислитель топлива. Кислород, входящий в состав воздуха, применяют для сжигания топлива: например, в двигателях автомобилей, тепловозов и теплоходов. В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива. Кислород применяется в медицинских целях. В медицине кислород тоже нашел свое применение.
Кислород используется для обогащения дыхательных газовых смесей при нарушении дыхания, для лечения астмы, профилактики гипоксии в виде кислородных коктейлей, кислородных подушек. Однако чистым кислородом при нормальном давлении долго дышать нельзя – это опасно для здоровья. Применяется в пищевой промышленности. В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948, как пропеллент и упаковочный газ. Пропелленты — газы, выдавливающие пищевые продукты из ёмкости (контейнера, баллончика со спреем, танка или хранилища для сыпучих продуктов). Кислород выполняет бесценную биологическую роль. Кислород необходим практически всем живым существам для дыхания. Дыхание – это окислительно-восстановительный процесс, где кислород является окислителем. С помощью дыхания живые существа вырабатывают энергию, необходимую для поддержания жизни.
Задание №1 (проверка)
Прочитайте и озаглавьте текст, разделите на абзацы. Найдите главную мысль и озаглавьте каждый абзац.
Общая характеристика кислорода как химического элемента по положению его в ПСХЭ
Кислород — элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным порядковым номером 8.
Обозначается символом O (лат. Oxygenium).
Относительная атомная масса химического элемента кислорода равна 16, т.е. Ar(O) = 16.
Относительная молекулярная масса равна 32, т.е. Мr (O2) = 32. В соединениях кислород обычно двухвалентен (в оксидах), валентность VI не существует.
Физические свойства
В свободном виде встречается в виде двух простых веществ: О2 («обычный» кислород) и О3 (озон). О2 — газ без цвета и запаха, с относительной молекулярной массой =32. О3 – газ без цвета с резким запахом, с относительной молекулярной массой =48. Температура кипения сжиженного кислорода -183ºС, температура плавления твердого кислорода -219ºС. Интересно, что кислород притягивается магнитом.
Кислород поддерживает дыхание и горение. Причем, если внести в сосуд с кислородом тлеющую лучинку, то она вспыхнет ярким пламенем.
Кислород в природе
Кислород — самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 49% массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,5% (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 21% по объёму и 23% по массе. Более 1500 соединений земной коры в своем составе содержат кислород. Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 20 %, по массовой доле — около 65 %.
Открытие кислорода
Открытие кислорода приходится на XVIII век. До этого времени считалось, что любой газ – это разновидность воздуха. Началом изучения газов послужило, казалось бы, незначительное изобретение. Английский ученый Гейлс предложил прибор для сбора газов. Заполненную водой колбу он опустил горлом вниз в сосуд с водой, в горло колбы поместил изогнутый ружейный ствол, по которому в колбу, вытесняя воду, поступали газы. Вот с этого прибора все и началось…
Приоритет открытия кислорода принадлежит англичанину Джозефу Пристли.В 1774 г. он обнаружил, что при разложении оксида ртути образуется газообразное вещество, в атмосфере которого тлеющая лучина вспыхивает ярким пламенем, а дышать этим газом особенно легко. Это был кислород. Уравнение реакции разложения оксида ртути: 2HgO = 2Hg + O2. Пристли поделился своим открытием с А.Лавуазье, и тот дал газу название «кислород». Интересно, что еще до работ Дж. Пристли в 1771 г. опыты по разложению оксида ртути проделал шведский химик Карл Шееле. Но результаты его исследований были опубликованы только в 1775 г., поэтому Пристли о них ничего не знал. Есть еще один интересный исторический факт. Оказывается голландский химик Корнелиус Дреббел примерно за 150 лет до Пристли и Шееле получил кислород при нагревании нитрата калия: 2KNO3 = 2KNO2 + O2. Он описал свойства полученного газообразного вещества: тлеющий уголек в нем вспыхивал, в атмосфере этого газа легко дышалось. Свое открытие ученый даже использовал на изобретенном им подводном судне. Однако в то время ученые не интересовались газами, и открытие Дреббела даже не заметили.
Получение кислорода
Промышленный способ получения кислорода
В промышленных целях кислород необходимо получать в больших объёмах и максимально дешёвым способом. Такой способ получения кислорода был предложен лауреатом Нобелевской премии Петром Леонидовичем Капицей. Он изобрёл установку для сжижения воздуха. Как известно, в воздухе находится около 21% по объему кислорода. Кислород можно выделить из жидкого воздуха методом перегонки, т.к. все вещества, входящие в состав воздуха имеют разные температуры кипения. Температура кипения кислорода - -183°С, а азота - -196°С. Значит, при перегонке сжиженного воздуха первым закипит и испарится азот, а затем – кислород.
Лабораторные способы получения кислорода
В лаборатории кислород требуется не в таких больших количествах, как в промышленности. Обычно его привозят в голубых стальных баллонах, в которых он находится под давлением. В некоторых случаях всё же требуется получить кислород химическим путём. Для этого используют реакции разложения. При комнатной температуре пероксид водорода разлагается медленно (признаков протекания реакции мы не видим), но этот процесс можно ускорить, если добавить в раствор несколько крупинок оксида марганца(IV). Вокруг крупинок черного оксида сразу начинают выделяться пузырьки газа. Это кислород. Как бы долго ни протекала реакция, крупинки оксида марганца(IV) в растворе не растворяются. То есть, оксид марганца(IV) участвует в реакции, ее ускоряет, но сам в ней не расходуется.
Вещества, которые ускоряют реакцию, но не расходуются в реакции, называют катализаторами.
Реакции, ускоряемые катализаторами, называют каталитическими.
Ускорение реакции катализатором называют катализом.
Таким образом, оксид марганца (IV) в реакции разложения пероксида водорода служит катализатором. В уравнении реакции формула катализатора записывается сверху над знаком равенства. Запишем уравнение проведенной реакции. При разложении пероксида водорода выделяется кислород и образуется вода. Выделение кислорода из раствора показывают стрелкой, направленной вверх:
Разложение перманганата калия
В повседневной жизни вы наверняка сталкивались с веществом, которое в быту называется «марганцовкой». Химическое название этого вещества - перманганат калия, его химическая формула KMnO4. При нагревании перманганат калия разлагается с образованием кислорода. В пробирку насыпают кристаллический перманганат калия. При нагревании перманганат калия разлагается, выделяющийся кислород поступает по газоотводной трубке в колбу-приемник. Кислород тяжелее воздуха, поэтому не покидает колбу и постепенно заполняет ее. Если опустить тлеющую лучину в колбу с собранным кислородом, то она ярко вспыхнет. Уравнение проведенной реакции:
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑
Разложение бертолетовой соли
Для получения кислорода к бертолетовой соли всегда примешивают оксид марганца МпО2 или другое вещество, каталитически ускоряющее процесс разложения. Если нагревать более или менее значительные количества чистой соли, то на поверхности расплава может образоваться корка тугоплавкого хлорида калия, под которой скопляется кислород, в результате чего происходит взрыв. В присутствии оксида марганца MnO2 бертолетова соль начинает разлагаться раньше, чем она расплавится (около 200ºС). 2KClO3 =2KCl + 3O2↑ Кислород мало растворим в воде и тяжелее воздуха, поэтому его можно получать двумя способами вытеснением воды и вытеснением воздуха (кислород будет собираться на дне сосуда) :
Химические свойства кислорода
Кислород энергично реагирует со многими веществами: простыми – металлами и неметаллами и сложными. Химические реакции взаимодействия веществ с кислородом называются реакциями окисления.
Химическая реакция, при которой происходит окисление веществ с выделением тепла и света называется реакцией горения. Продуктами реакций взаимодействия веществ с кислородом, в большинстве случаев, являются оксиды.
Оксиды – это сложные вещества, которые состоят из двух элементов, одним из которых является кислород. Общая формула оксидов: ЭхОу , где Э – это химический элемент в валентности = N группы (для элементов главных подгрупп «А»), О – это кислород в валентности (II), Х и У – это индексы, полученные исходя из валентностей элемента.
С большинством металлов кислород реагирует уже при комнатной температуре, образуя оксиды. Железо сгорает в кислороде при температуре с треском и разбрасыванием искр, при этом образуется железная окалина Fe3O4 – это соединение двух оксидов железа: FeO в валентности (II) и Fe2O3 в валентности (III): 3Fe + 2O2 = FeO · Fe2O3 (железная окалина Fe3O4). А вот медь не горит в кислороде, а окисляется кислородом при нагревании. При этом образуется оксид меди (II): 2Cu + O2 = 2CuO. Кислород взаимодействует с магнием, который вспыхивает ослепительным белым пламенем. При горении магния выделяются ультрафиолетовые лучи. 2Mg + O2 = 2MgO.
Взаимодействует с неметаллами (за исключением гелия, неона, аргона) кислород реагирует, как правило, при нагревании. Так, с фосфором он реагирует при температуре ~ 60 °С, образуя Р2О5, с серой - при температуре около 250°С. Взаимодействие с серой: S + О2 = SO2. В чистом кислороде сера сгорает быстрее, чем на воздухе. С графитом кислород реагирует при 700°С: С + О2 = СО2. Если сжечь уголь в сосуде с кислородом, то в этом случае уголь сгорит быстрее, чем на воздухе. То есть, скорость горения угля в кислороде выше, чем на воздухе.
Взаимодействие кислорода с азотом начинается лишь при 1200° С или в электрическом разряде N2 + О2= 2NО. Горение В кислороде горит фосфор: 4P + 5O2 = 2P2O5.
Кислород реагирует и со многими сложными соединениями, например с оксидом азота (II) он реагирует уже при комнатной температуре: 2NО + О2 = 2NО2.
Сероводород, реагируя с кислородом при нагревании, дает серу 2Н2S + О2 = 2S+ 2Н2О или оксид серы (IV) 2Н2S + ЗО2 = 2SО2 + 2Н2О в зависимости от соотношения между кислородом и сероводородом.
Применение кислорода
Применение любого вещества связано с его свойствами. Так и применение кислорода обусловлено, в основном, его способностями поддерживать дыхание и обеспечивать горение. Рассмотрим основные области применения кислорода. В металлургии, для резки и сварки металлов. Кислород используют в металлургии при производстве стали. Также, во многих металлургических агрегатах для более эффективного сжигания топлива вместо воздуха в горелках используют кислородо-воздушную смесь, т.е. обогащают воздух кислородом. Кислород в баллонах широко используется для газопламенной резки и сварки металлов. Горючий газ ацетилен, сгорая в токе кислорода, позволяет получить температуру выше 3000°С! Это приблизительно вдвое больше температуры плавления железа.
Окислитель топлива. Кислород, входящий в состав воздуха, применяют для сжигания топлива: например, в двигателях автомобилей, тепловозов и теплоходов. В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива.
Кислород применяется в медицинских целях. В медицине кислород тоже нашел свое применение. Кислород используется для обогащения дыхательных газовых смесей при нарушении дыхания, для лечения астмы, профилактики гипоксии в виде кислородных коктейлей, кислородных подушек. Однако чистым кислородом при нормальном давлении долго дышать нельзя – это опасно для здоровья.
Применяется в пищевой промышленности. В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948, как пропеллент и упаковочный газ. Пропелленты — газы, выдавливающие пищевые продукты из ёмкости (контейнера, баллончика со спреем, танка или хранилища для сыпучих продуктов). Кислород выполняет бесценную биологическую роль. Кислород необходим практически всем живым существам для дыхания. Дыхание – это окислительно-восстановительный процесс, где кислород является окислителем. С помощью дыхания живые существа вырабатывают энергию, необходимую для поддержания жизни.