§22. Кислород, его общая характеристика, нахождение в природе и получение
1. Предложите свой вариант диаграммы «Распространение химических элементов в природе (по массе)». Выполните его на компьютере.
2. Как получают кислород в лаборатории и в промышленности? Напишите уравнения соответствующих реакций. Обсудите с соседом по парте, чем различаются эти способы.
Получение кислорода в лаборатории
В школьной лаборатории чаще всего кислород получают из перманганата калия :
KMnO4 t⟶ K2MnO4 + MnO2 + O2↑
Разложение пероксида водорода в присутствии оксида марганца (IV) :
2H2O2 _MnO₂⟶ 2H2O + O2↑
Разложение бертолетовой соли при нагревании в присутствии оксида марганца (IV) :
2KClO3 MnO₂, t⟶ 2KCl + 3O2↑
Получение кислорода в промышленности
В промышленности кислород получают из воздуха. Воздух представляет собой смесь различных газов : основные компоненты в нем – азот и кислород. Для получения кислорода воздух под давлением сжижают. Так как температура кипения жидкого азота (-196°С) ниже температуры кипения жидкого кислорода (-183°С), то азот испаряется, а жидкий кислород остается. Газообразный кислород хранят в стальных баллонах под давлением 15 МПа.
Отличие способов получения кислорода в лаборатории и в промышленности заключается в том, что в лаборатории его получают благодаря химическим процессам, а в промышленности благодаря физическим процессам.
В промышленности : реакции не происходит; 2 основных компонента воздуха (азот и кислород) разделяют, используя разности их температур кипения (воздух сжижают и последовательно выпаривают азот, затем кислород). Процесс чисто физический, позволяет получить кислород высокой чистоты; но затратный - требует высокой температуры и давления, а также дорогостоящего оборудования.
3. Какие вещества называют катализаторами? Какой катализатор используют в известных вам реакциях получения кислорода?
Катализаторы - вещества, которые ускоряют химические реакции, но сами при этом не расходуются и не входят в состав продуктов реакции.
В реакциях получения кислорода из перекиси водорода и хлората калия, используют оксид марганца (IV) в качестве катализатора.
4. Допишите уравнение реакции разложения оксида ртути(Н) и расставьте необходимые коэффициенты :
HgO = ... + ...
HgO → Hg + O2↑
Начинают уравнивать с кислорода :
O → O2
2O = O2
Теперь по ртути :
2HgO → Hg
2HgO → 2Hg
2HgO = 2Hg + O2↑
5. Допишите уравнение реакции разложения пероксида водорода расставьте необходимые коэффициенты :
H2O2 = ... + ...
H2O2 → H2O + O2↑
Начинают уравнивать с кислорода :
H2O2 → O2- + O2
2H2O2 = 2O2- + O2
И по водороду сходится :
2H2O2 = 2H2O
2H2O2 = 2H2O + O2↑
6 Вычислите массовые доли элементов (в процентах) : а) в оксиде серы(IV); б) в бертолетовой соли КСlO3.
а) В оксиде серы (IV)
Дано :
SO2
ω(S) = ?
ω(O) = ?
Решение
Mr(SO2) = Ar(S) + 2*Ar(O) = 32 + 2*16 = 64 а.е.м
ω(S) = Ar(S)/Mr(SO2) = 32/64 * 100 = 50%
ω(O) = 100 - ω(S) = 100 - 50 = 50%
Ответ: ω(S) = 50%, ω(O) = 50%
б) В бертолетовой соли KClO3
Дано :
KClO3
ω(K) = ?
ω(Cl) = ?
ω(O) = ?
Решение
Mr(KClO3) = Ar(K) + Ar(Cl) + 3*Ar(O) = 39 + 35.5 + 3*16 = 122.5 а.е.м
ω(K) = Ar(K)/Mr(KClO3) * 100 = 39/122.5 * 100 = 31.8%
ω(Cl) = Ar(Cl)/Mr(KClO3) * 100 = 35.5/122.5 * 100 = 29%
ω(O) = 3*Ar(O)/Mr(KClO3) * 100 = 3*16/122.5 * 100 = 39.2%
Ответ: ω(K) = 31.8%, ω(Cl) = 29%, ω(O) = 39.2%
7. На основании закона сохранения массы веществ рассчитайте массу кислорода, вступившего в реакцию с 3,2 г меди, если в результате реакции образовалось 4 г оксида меди(Н).
Дано :
m(Cu) = 3.2 г
m(CuO) = 4 г
m(O2) = ?
Решение:
2Cu + O2 = 2CuO
m(Cu) + m(O2) = m(CuO)
3.2 + m(O2) = 4
m(O2) = 0.8 г
Ответ: m(O2) = 0.8 г
Еще вариант решения через количество вещества, которое будете проходить в параграфе 36:
Дано :
m(Cu) = 3,2 г
M(Cu) = 64 г/моль
m(CuO) = 4 г
M(CuO) = 80 г/моль
M (O2) = 32 г/моль
m(O2) = ?
Решение:
2Cu + O2 = 2CuO
n(Cu) = m/M = 3,2/64 = 0,05 (моль)
n(CuO) = m/M = 4/80 = 0,05 (моль)
Cu O2 CuO
0,05 моль x моль 0,05 моль
2 молекулы 1 молекула 2 молекулы
x = n(O2) = 0,05·1/2 = 0,025 (моль)
m(O2) = n·M = 0,025 ·32 = 0,8 (г)
Ответ. 0,8 г.
Тест
1. Самый распространённый химический элемент в земной коре — это
1) водород
2) кислород
3) железо
4) кремний
Правильный ответ 2) кислород
2. В предложении «Кислород входит в состав воздуха» речь идёт о кислороде
1) как о химическом элементе
2) как о простом веществе
Воздух - смесь газов, один из которых кислород. Элемент не может быть газом, вещество может. Кислород газ - простое вещество.
Правильный ответ 2.
3. Укажите правую часть уравнения химической реакции разложения пероксида водорода H202.
1) 2H2 + 2O2
2) 2H2O + O2
3) H2O + H2
4) H2O + O2
Правильный ответ 2) 2H2O + O2
4. Для получения кислорода в лаборатории не используют вещество
1) КМnO4
2) КСlO3
3) H2O2
4) СаО
Кислород получают в лаборатории разложением перманганата калия, перекиси или хлората калия, поэтому ответы 1,2,3 неверны.
Правильный ответ 4.
