Получения кислорода

Урок по химии на тему "Получение кислорода"

Дата: 23.11.2022 г.

Класс: 8

Учитель химии: Просянок Василий Иванович

 

Цели урока:

• формирование понятий о способах получении кислорода в природе, промышленности и лаборатории, доказательстве наличия и способах его собирания; дать понятие оксидов, круговорота кислорода в природе.

Задачи урока:

• способствовать формированию умений выделять общие и существенные признаки; умений видеть проблему и найти пути ее решения; умений применять полученные знания на практике и оценивать результаты выполненных действий;

• продолжить развивать память, внимание, творческую активность;

• продолжить развитие самостоятельности, умения работать в группах;

Оборудование:

1. Химические приборы и реактивы: лоток, спиртовка, КМnО₄ ,спички, лучина, штатив, пробирка с газоотводной трубкой, чистая пробирка (для демонстрационного опыта учителем)

2. Химические приборы и реактивы для учеников: лучина, спички, колбы, раствор пероксида водорода, оксид марганца (II).

3. На столах: тетради, карточки “Результаты урока”, инструктивные карточки для практической работы.

4. Презентация «Получение кислорода»

Тип  урока: Изучение нового материала в сочетании с систематизацией и закреплением
пройденного материала

Методы обучения:

• Объяснительно-иллюстративный (словесные: беседа, изложение; словесно-наглядные: самостоятельная работа учащихся с наглядными пособиями; словесно-наглядно-практические: работа учащихся с раздаточным материалом, выполнение химического опыта, выполнение письменной самостоятельная работы).

• Частично-поисковый (эвристический) метод (словесные: беседа-дискуссия; словесно-наглядные: дискуссия с демонстрацией средств наглядности, самостоятельная работа учащихся с наглядным пособием; словесно-наглядно-практические: работа учащихся с раздаточным материалом, выполнение химического опыта, выполнение письменной самостоятельная работы).

• Исследовательский метод (словесно-наглядно-практический: выполнение исследовательского химического опыта).

Формы организации деятельности: фронтальная, групповая (парная).

Технологии: личностно-ориентированное развивающее обучение

Дидактическое и методическое оснащение урока:
1.Учебник «Химия» для 8 класса общеобразовательных учреждений, Рудзитис Г.Е,2016

2. Химия. Уроки в 8 классе (пособие для учителя). Н.Н. Гара.

Опыт: Получение кислорода из пероксида водорода и подтверждение его наличия.

Демонстрации. Получение кислорода из перманганата калия. Собирание кислорода методом вытеснения воздуха и подтверждение его наличия.

 

 

 

 

 

 

План урока:

1. Организационный момент (2 мин.)

2. Повторение темы “Кислород и его применение” - блиц – опрос (5 мин)

3. Изучение нового материала – способы получения О₂ (7 мин)

4. Практическая работа – получение О₂ из Н2О2 (15 мин.)

5. Вывод о проделанной практической работе – итог эксперимента (5 мин.)

6. Закрепление “Составь слово” (5 мин.)

7. Итог урока. Рефлексия (3 мин).

8. Домашнее задание(3 мин).

Ход урока:

I.Организационный момент.

Здравствуйте ребята, садитесь. Прежде чем мы начнем заниматься делом, я хотел бы, чтобы каждый из вас настроился на урок. Перед вами лежат карточки разных цветов. Если в конце урока вы почувствуете, что ваши знания и настроение улучшились – поднимите карточку желтого  цвета, если вы получили недостаточно информации – зеленого, а если урок не принес вам полезных знаний и удовлетворения – синего  цвета.

Ну, а мы продолжим изучение темы “Кислород”. Для начала повторим тему пройденного урока “Кислород и его применение”. Затем приступим к изучению новой темы “Получение кислорода”. Сегодня вы экспериментально должны получить кислород как простое вещество в чистом виде, и доказать, что это О₂.

II. Проверка Домашнего задания.

Повторение темы «Кислород и его применение».

Блиц – опрос. (Учителем читается вопрос - учащиеся пишут ответ. )

1) Какой химический элемент является самым распространенным в природе?

2) Кто впервые предположил, что атмосферный воздух состоит из двух видов воздуха “огненного и “испорченного”?

3) Как называлась теория о составе воздуха до открытия кислорода?

4) Кто впервые изучил свойства кислорода и дал ему название как химическому элементу?

5) Чему равна относительная атомная масса кислорода?

6) Чему равна относительная молекулярная масса кислорода?

7) Чему равна валентность кислорода?

8) За счет какого процесса регулируется круговорот кислорода в природе?

9) В 1 м³ воздуха содержится 20 мл кислорода. В какой роли здесь выступает кислород: химический элемент или простое вещество?

10) В составе молекулы воды содержится 89% кислорода. В какой роли здесь выступает кислород: химический элемент или простое вещество?

11) Как называется кислород из трех атомов кислорода?

 

 Заметка в исторических газетах

1. В 1758 году М. В. Ломоносов склонен был признать, что в процессе горения участвует воздух, и на основании своих опытов доказал, что в состав воздуха входит вещество, окисляющее металл.

2. Упоминание об этом элементе вполне могло появиться уже в VIII в. Сведения о нем – косвенные, разумеется, – есть в трактате китайского алхимика Мао Хао. Китайцы знали «деятельное начало», входящее в состав воздуха, и называли его «йын». В XV в. следы кислорода можно обнаружить в трудах Леонардо да Винчи. Потом снова теряются – до XVII в., когда голландец Дреббель изобретает подводную лодку. Он использует селитру, чтобы ее кислородом обогатить воздух в подводной лодке. Но этот факт остался незамеченным.

3. Одновременно с Пристли кислород открыл и шведский ученый Карл Шееле. Шееле даже получил его раньше, чем Пристли, но сообщение об этом было опубликовано позже, чем открытие Пристли. И все-таки главная фигура в истории открытия кислорода – не Шееле и не Пристли. Они открыли новый газ – и только. Собственно открывшим кислород остается французский химик Антуан Лавуазье. В 1775 году он исследовал кислород и создал кислородную теорию горения, которая пришла на смену теории флогистона (теория огненной материи). За два века, прошедшие со времени открытия, теория Лавуазье не только не была опровергнута, но еще более укрепилась. Лавуазье дал название кислороду oxygenium – рождающий кислоту

4. Открытие кислорода является одним из важнейших событий в истории, и связано с именами учёных Д. Пристли, К. Шееле и А. Лавуазье.

Вот как об этом писал сам Джозеф Пристли: «1 августа 1774 г. Я попытался извлечь воздух из ртутной окалины (оксида ртути) и нашел, что воздух легко может быть изгнан из нее посредством линзы. Этот воздух не поглощался водой. Каково же было мое изумление, когда я обнаружил, что свеча горит в этом воздухе необычайно ярким пламенем. Тщетно пытался я найти объяснение этому явлению».

Вопросы на понимание прочитанного:

1. Восстановите в исторической последовательности вырезки из статей газет.

2. Выпишите имена и фамилии ученых внесших вклад в открытие кислорода.

3. Какое уравнение мы можем записать?

3.  Литературная страничка:

А история простая…

Джозеф Пристли как-то раз

Окись ртути нагревая,

Обнаружил странный газ.

Газ без цвета, без названья.

Ярче в нём свеча горит.

Новый газ из колбы вышел – никому он не знаком.

Этим газом дышат мыши под стеклянным колпаком,

Человек им тоже дышит.

Джозеф Пристли быстро пишет:

«Воздух делится на части»

Эта мысль весьма нова

Здесь у химика от счастья

Закружилась голова. 

 

 

Учащиеся меняются тетрадями. Учитель зачитывает ответ. Ответы на доске и в тетрадях проверяются. Результаты заносятся в карточку “Результаты урока”.

1. Кислород

2. Карл Шееле

3. Флогистонская

4. Антуан Лавуазье

5. 16

6. 32

7. II

8. фотосинтез

9. простое вещество

10. химическое вещество

11. озон

III.Изучение нового материала.

Актуализация знаний.

Мы продолжаем знакомиться с простыми веществами. Сегодня узнаем больше о веществе, о котором Берцелиус сказал, что вокруг него вращается земная химия. Что это за вещество вы узнаете, выполнив следующее задание.

Вместо … вставьте слово, которое соответствует элементу вещества, и запишите слово в тетради. (Приложение 2.)

– Вы записали одно слово?

– Кто записал несколько слов?

– Какое это слово? (Кислород.)

Итак, начинаем изучать простое вещество кислород!

– Почему изучаем эту тему? Чем важен кислород? (Кислород необходимое вещество для дыхания, самый распространенный элемент земной коры, входит в состав воды.)

– В разделе простые вещества стоит жизненная задача, которая связана с кислородом. Прочитайте ее.

Жизненная задача.

Для путешествия по пещере необходим запас кислорода. Как его можно добыть в походных условиях?

– На основе жизненной задачи скажите, что должны изучать сегодня? (Как получают кислород?)

Тема урока: “Получение кислорода”.

При изучении этой темы:

• вы узнаете, какие вещества и химические реакции используются для получения кислорода;

• научитесь записывать соответствующие уравнения реакций;

• научитесь получать кислород и доказывать его наличие.

Для решения той жизненной задачи, которая перед нами стоит, поработайте в группах.

Класс разбит на четыре группы по 4 человека. Каждая группа имеет свое задание. 

– Внимательно изучите информацию, ответьте на вопросы, запишите уравнения реакций.

 

 

Работа в группах.

Затем представление выполненного задания. Один представитель от группы отвечает устно на вопросы задания, а второй записывает уравнения реакций на доске.

– Будьте внимательны, слушая друг друга. По ходу ваших выступлений будем оформлять схему – получение кислорода.

Используя кислород воздуха для дыхания, уменьшаем его количество. Но содержание в воздухе остается постоянным – 21%. Как же поддерживается необходимое нам постоянное содержание кислорода? Как получается кислород в природе?

Выступление 1 группы о получении кислорода в природе.

Уравнение реакции 

Общий вывод: кислород в природе получается благодаря процессу фотосинтеза в растениях на свету.

Оформляется часть схемы

– Подходит ли данный способ для решения жизненной задачи? (Нет, для фотосинтеза необходим свет.)

Кислород необходим не только в природе. В промышленности его используют для получения металлов и других необходимых веществ. Для этого кислород необходим в больших количествах. Способы получения, которые используются при этом, так и называются – промышленные.

Выступление 2 группы о получении кислорода в промышленности.

Уравнение реакции 

Общий вывод: кислород в промышленности получают из воздуха и воды.

– Почему для получения больших количеств кислорода используют воздух и воду? (наиболее распространенные вещества в природе, содержащие кислород)

Оформляется часть следующая часть схемы “Получение кислорода”

– Подходит ли данный способ для решения жизненной задачи? (нет, дорогостоящее оборудование, такие процессы занимают много времени)

Слайд   В Англии на одной из площадей г. Лидса стоит памятник ученому. В правой руке он держит линзу, чтобы собрать пучок солнечных лучей, а в левой – тигель с оксидом ртути. Молодой человек сосредоточен и внимателен, ожидает результаты опыта. Это Джозеф Пристли, англ. ученый, запечатленный в момент получения кислорода в своей лаборатории.

Рассматриваем лабораторные способы получения кислорода.

Выступление 3 группы о некоторых способах получения кислорода в лаборатории.

Уравнения реакций

Все химические реакции разложения.

Вывод: данные способы не подходят для решения жизненной задачи, т.к. соединения ртути ядовито, а калийной селитры может и не оказаться в походных условиях.

– Этими лабораторными способами не ограничивается получение кислорода. Есть еще несколько способов получения кислорода в лаборатории.

Выступление 4 группы о наиболее распространенный способах получения кислорода в лаборатории (стр. 73 от слов ….В школьной лаборатории… и стр. 74).

Уравнения реакций

MnO₂ – катализатор, ускоряет химическую реакцию, но сам при этом не расходуется.

Все химические реакции разложения.

Общий вывод: в лаборатории кислород получают реакциями разложения кислородсодержащих веществ при нагревании или действии катализатора.

Оформляется оставшаяся часть схемы.

– Оцените данные вещества, условия протекания реакций для использования в походных условиях.

Учащиеся высказывают предположения.

Например, для получения кислорода в походных условиях можно использовать реакцию разложения перманганат калия, который всегда есть в аптечке. Можно использовать также разложение пероксида водорода, для данной реакции применить в качестве катализатора можно кровь, слюну, которые содержат природные катализаторы.

– Получив кислород, необходимо также определенным образом его собрать и доказать наличие.

Выступление 5 группы о способах собирания кислорода и доказательстве его присутствия.  (стр. 73)

Общий вывод: кислород собирают методом вытеснения воздуха и воды, наличие кислорода доказывают с помощью тлеющей лучинки.

IV.Выполнение практической работы “ Получение кислорода каталитическим разложением пероксида водорода и доказательство его наличия” (в парах).

Выдаются на каждую парту «Инструктивные карточки» (Приложение 4.).

Перед работой повторяются правила по технике безопасности при работе со спиртовкой и при нагревании. (Приложение 5.). Обсуждение проделанного опыта.

Далее Демонстрация опыта учителем «Получение кислорода разложением перманганата калия методом вытеснения воздуха». Перед началом опыта возвращаемся к схеме на доске.

Обратите внимание на первую химическую реакцию.

 

Вот именно ее мы сейчас осуществим на практике. Но сначала выясним, как собрать О₂, ведь это газ. Посмотрите внимательно на рисунок 25 на стр. 73  (учебник .Химия 8 класс. Г.Е. Рудзитис). На нем показано устройство для собирания О₂ методом вытеснения воздуха. У меня  на столе стоит точно такой же прибор. Для начала разберем это устройство: газоотводная трубка прикрепляется плотно пробкой к пробирке с перманганатом калия (марганцовка). Эта пробирка прикрепляется к штативу. Газоотводная трубка  подведена и опущена в пробирку. Теперь начинаем нагревать пробирку с КМnО_4. Из газоотводной трубки идут пузырьки – это О₂, он заполняет пробирку. После того, как пробирка заполнится, зажигаем спиртовку, поджигаем лучину, тушим, делаем тлеющей. Опускаем ее в пробирку с О₂. Лучина ярко вспыхивает и загорается. Это доказывает, что в пробирке находится О₂.

VI. Закрепление: “Составь слово”. На столе лежат задания – 11 вопросов. У полученных ответов необходимо взять только первую букву и вписать в отдельный столбик, напротив вопроса. В итоге, сложив полученные буквы, вы узнаете слово, обозначающее вещества, ускоряющие химические реакции. (Приложение3)

Итак, получилось слово “катализатор”. Это новое понятие вы должны запомнить.

Катализаторы - это вещества, ускоряющие химические реакции, но сами при этом они не расходуются. Они играют большую роль в химической промышленности в качестве ускорителей химических процессов.

Вывод: 

–Какое вещество  мы сегодня получали?

Мы сегодня научились получать О₂ в лабораторных условиях реакцией разложения пероксида водорода и доказали наличие О₂ тлеющей лучиной.

- С каким новым понятием познакомились?

Узнали новое химическое понятие катализатор – важный компонент для ускорения химических реакций.

VII. Итог урока: 

кислород можно получить в природе, промышленности и лаборатории. Для получения кислорода используют реакции разложения кислородсодержащих веществ. Реакции протекают при нагревании или в присутствии катализатора.

VIII. Оценки за урок.

Поставить в карточку “Результаты урока” (Приложение №1) баллы и сдать учителю.

Рефлексия. Поделитесь своими впечатлениями об уроке. Сформулировать предложение вам поможет рефлексивный экран. Закончите следующие предложения.

Сегодня я узнал(а) …
Было трудно …
Теперь я могу …
Я понял, что …
У меня получилось ..
Было интересно …
Меня удивило …
Мне захотелось …

VII. Домашнее задание.

1)Обязательное задание:

 Параграф № 22. № 1, 6 (а,б).

 

 История открытия

Официально считается, что кислород был открыт английским химиком Джозефом Пристли 1 августа 1774 года путём разложения оксида ртути в герметично закрытом сосуде (Пристли направлял на это соединение солнечные лучи с помощью мощной линзы).

 2HgO →^ot  2Hg + O₂↑

Однако Пристли первоначально не понял, что открыл новое простое вещество, он считал, что выделил одну из составных частей воздуха (и назвал этот газ «дефлогистированным воздухом»). О своём открытии Пристли сообщил выдающемуся французскому химику Антуану Лавуазье. В 1775 году А. Лавуазье установил, что кислород является составной частью воздуха, кислот и содержится во многих веществах.

Несколькими годами ранее (в 1771 году) кислород получил шведский химик Карл Шееле. Он прокаливал селитру с серной кислотой и затем разлагал получившийся оксид азота. Шееле назвал этот газ «огненным воздухом» и описал своё открытие в изданной в 1777 году книге (именно потому, что книга опубликована позже, чем сообщил о своём открытии Пристли, последний и считается первооткрывателем кислорода). Шееле также сообщил о своём опыте Лавуазье.

Наконец, окончательно разобрался в природе полученного газа А. Лавуазье, воспользовавшийся информацией от Пристли и Шееле. Его работа имела громадное значение, потому что благодаря ей была ниспровергнута господствовавшая в то время и тормозившая развитие химии флогистонная теория. Лавуазье провёл опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожжённых элементов. Вес золы превышал первоначальный вес элемента, что дало Лавуазье право утверждать, что при горении происходит химическая реакция (окисление) вещества, в связи с этим масса исходного вещества увеличивается, что опровергает теорию флогистона.

Таким образом, заслугу открытия кислорода фактически делят между собой Пристли, Шееле и Лавуазье.

Происхождение названия

Слово кислород (именовался в начале XIX века ещё «кислотвором») своим появлением в русском языке до какой-то степени обязано М. В. Ломоносову, который ввёл в употребление, наряду с другими неологизмами, слово «кислота»; таким образом слово «кислород», в свою очередь, явилось калькой термина «оксиген» (фр. oxygene), предложенного А. Лавуазье (от др.-греч. ὀξύς — «кислый» и γεννάω — «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его — «кислота», ранее подразумевавшим вещества, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.

Нахождение в природе

Накопление O₂ в атмосфере Земли. Зелёный график — нижняя оценка уровня кислорода, красный — верхняя оценка.
1. (3,85—2,45 млрд лет назад) — O₂ не производился
2. (2,45—1,85 млрд лет назад) O₂ производился, но поглощался океаном и породами морского дна
3. (1,85—0,85 млрд лет назад) O₂ выходит из океана, но расходуется при окислении горных пород на суше и при образовании озонового слоя
4. (0,85—0,54 млрд лет назад) все горные породы на суше окислены, начинается накопление O₂ в атмосфере
5. (0,54 млрд лет назад — по настоящее время) современный период, содержание O₂ в атмосфере стабилизировалось

Кислород — самый распространённый в земной коре элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов) приходится около 47 % массы твёрдой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода — 85,82 % (по массе). Более 1500 соединений земной коры в своём составе содержат кислород.

В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе (около 10¹⁵ тонн). Однако до появления первых фотосинтезирующих микробов в архее 3,5 млрд лет назад, в атмосфере его практически не было. Свободный кислород в больших количествах начал появляться в палеопротерозое (3—2,3 млрд лет назад) в результате глобального изменения состава атмосферы (кислородной катастрофы). Первый миллиард лет практически весь кислород поглощался растворённым в океанах железом и формировал залежи джеспилита. 3—2,7 млрд лет назад он начал выделяться в атмосферу и 1,7 млрд лет назад достиг 10 % от нынешнего уровня.

Наличие большого количества растворённого и свободного кислорода в океанах и атмосфере привело к вымиранию большинства анаэробных организмов. Тем не менее, клеточное дыхание с помощью кислорода позволило аэробным организмам производить гораздо больше АТФ, чем анаэробным, сделав их доминирующими.

С начала кембрия 540 млн лет назад содержание кислорода колебалось от 15 % до 30 % по объёму. К концу каменноугольного периода (около 300 миллионов лет назад) его уровень достиг максимума в 35 % по объёму, который, возможно, способствовал большому размеру насекомых и земноводных в это время.

Основная часть кислорода на Земле выделяется фитопланктоном Мирового океана. Около 60 % кислорода от используемого живыми существами расходуется на процессы гниения и разложения, 80 % кислорода, производимого лесами, уходит на гниение и разложение растительности лесов.

Деятельность человека очень мало влияет на количество свободного кислорода в атмосфере. При нынешних темпах фотосинтеза понадобится около 2000 лет, чтобы восстановить весь кислород в атмосфере.

Кислород входит в состав многих органических веществ и присутствует во всех живых клетках. По числу атомов в живых клетках он составляет около 25 %, по массовой доле — около 65 %.

В 2016 году датские учёные доказали, что свободный кислород входил в состав атмосферы уже 3,8 млрд лет назад.

Получение Перегонка жидкого воздуха

В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. Основным промышленным способом получения кислорода является криогенная ректификация. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной технологии.

В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа.

Разложение кислородсодержащих веществ

Небольшие количества кислорода можно получать нагреванием перманганата калия KMnO₄:

 2KMnO₄ → K2MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

Используют также реакцию каталитического разложения пероксида водорода H₂O₂ в присутствии оксида марганца (IV):

 2H₂O₂ →^MnO2   2H₂O + O₂↑

Кислород можно получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO₃:

 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑

Разложение оксида ртути (II) (при t = 100 °C) было первым методом синтеза кислорода:

 2HgO →^100oC   2Hg + O₂↑

Электролиз водных растворов

К лабораторным способам получения кислорода относится метод электролиза разбавленных водных растворов щелочей, кислот и некоторых солей (сульфатов, нитратов щелочных металлов):

 2H₂O →^e− 2H₂ + O₂↑

Реакция перекисных соединений с углекислым газом

На подводных лодках и орбитальных станциях обычно получается реакцией пероксида натрия и углекислого газа, выдыхаемого человеком:

 2Na₂O₂ + 2CO₂ → 2Na₂CO₃ + O₂↑

Для соблюдения баланса объёмов поглощённого углекислого газа и выделившегося кислорода, к нему добавляют надпероксид калия. В космических кораблях для уменьшения веса иногда используется пероксид лития.

Физические свойства

В мировом океане содержание растворённого O₂ больше в холодной воде, а меньше — в тёплой

Жидкий кислород

При нормальных условиях кислород — это газ без цвета, вкуса и запаха.

1 л его имеет массу 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100 г при 0 °C, 2,09 мл/100 г при +50 °C) и спирте (2,78 мл/100 г при +25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O₂ в 1 объёме Ag при +961 °C). Хорошо растворяется в перфторированных углеводородах (20-40 об/об %).

Межатомное расстояние — 0,12074 нм. Является парамагнетиком. В жидком виде притягивается магнитом.

При нагревании газообразного кислорода происходит его обратимая диссоциация на атомы: при +2000 °C — 0,03 %, при +2600 °C — 1 %, +4000 °C — 59 %, +6000 °C — 99,5 %.

Жидкий кислород (температура кипения −182,98 °C) — это бледно-голубая жидкость.

Фазовая диаграмма O₂

Твёрдый кислород (температура плавления −218,35 °C) — синие кристаллы. Известны 6 кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:

• α-O₂ — существует при температуре ниже 23,65 K; ярко-синие кристаллы относятся к моноклинной сингонии, параметры ячейки a=5,403 Å, b=3,429 Å, c=5,086 Å; β=132,53°.

• β-O₂ — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 K; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°.

• γ-O₂ — существует при температурах от 43,65 до 54,21 K; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, период решётки a=6,83 Å.

Ещё три фазы образуются при высоких давлениях:

• δ-O₂ — интервал температур 20—240 K и давление 6—8 ГПа, оранжевые кристаллы;

• ε-фаза, содержит молекулы O₄ или O₈, существует при давлении от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от тёмно-красного до чёрного, моноклинная сингония;

• ζ-O_n — давление более 96 ГПа, металлическое состояние с характерным металлическим блеском, при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние.

Химические свойства

Сильный окислитель, самый активный неметалл после фтора, образует бинарные соединения (оксиды) со всеми элементами, кроме гелия, неона, аргона. Наиболее распространённая степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры (см. Горение). Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:

 4Li + O₂ → 2Li₂O

 2Sr + O₂ → 2SrO

Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:

 2NO + O₂ → 2NO₂↑

Окисляет большинство органических соединений в реакциях горения:

 2C₆H₆ + 15O₂ → 12CO₂ + 6H₂O

 CH₃CH₂OH + 3O₂ → 2CO₂ + 3H₂O

При определённых условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:

 CH₃CH₂OH + O₂ → CH₃COOH + H₂O

Кислород реагирует непосредственно (при нормальных условиях, при нагревании и/или в присутствии катализаторов) со всеми простыми веществами, кроме Au и инертных газов (He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn); реакции с галогенами происходят под воздействием электрического разряда или ультрафиолета. Косвенным путём получены оксиды золота и тяжёлых инертных газов (Xe, Rn). Во всех двухэлементных соединениях кислорода с другими элементами кислород играет роль окислителя, кроме соединений со фтором (см. ниже #Фториды кислорода).

Кислород образует пероксиды со степенью окисления атома кислорода, формально равной −1.

• Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:

 2Na + O₂ → Na₂O₂

• Некоторые оксиды поглощают кислород:

 2BaO + O₂ → 2BaO₂

• По теории горения, разработанной А. Н. Бахом и К. О. Энглером, окисление происходит в две стадии с образованием промежуточного пероксидного соединения. Это промежуточное соединение можно выделить, например, при охлаждении пламени горящего водорода льдом, наряду с водой, образуется пероксид водорода:

 H₂ + O₂ → H₂O₂

• В надпероксидах кислород формально имеет степень окисления −½, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O−
   2). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлении и температуре:

 Na₂O₂ + O₂ → 2NaO₂

• Калий K, рубидий Rb и цезий Cs реагируют с кислородом с образованием надпероксидов:

 K + O₂ → KO₂

• Неорганические озониды содержат ион O−
   3 со степенью окисления кислорода, формально равной −1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:

 3KOH + 3O₃ → 2KO₃ + KOH ∗ H₂O + 2O₂↑

• В ионе диоксигенила O₂⁺ кислород имеет формально степень окисления +½. Получают по реакции:

 PtF₆ + O₂ → O₂PtF₆

В этой реакции, кислород проявляет восстановительные свойства.

Фториды кислорода

• Дифторид кислорода, OF₂ степень окисления кислорода +2, получают пропусканием фтора через разбавленный раствор щёлочи:

 2F₂ + 2NaOH → 2NaF + H₂O + OF₂↑

• Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O₂F₂, нестабилен, степень окисления кислорода +1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре −196 °C:

 F₂ + O₂ → O₂F₂

• Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определённых давлении и температуре, получают смеси высших фторидов кислорода O₃F₂, O₄F₂, O₅F₂ и O₆F₂.

• Квантовомеханические расчёты предсказывают устойчивое существование иона трифторгидроксония OF₃⁺. Если этот ион действительно существует, то степень окисления кислорода в нём будет равна +4.

Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения.

В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях: O₂ и O₃ (озон). Как установили в 1899 году Пьер Кюри и Мария Склодовская-Кюри, под воздействием ионизирующего излучения O₂ переходит в O₃.

Применение]

Широкое промышленное применение кислорода началось в середине XX века, после изобретения турбодетандеров — устройств для сжижения и разделения жидкого воздуха.

В металлургии

Конвертерный способ производства стали или переработки штейнов связан с применением кислорода. Во многих металлургических агрегатах для более эффективного сжигания топлива вместо воздуха в горелках используют кислородно-воздушную смесь.

Сварка и резка металлов

Кислород в баллонах голубого цвета широко используется для газопламенной резки и сварки металлов.

Компонент ракетного топлива

В качестве окислителя для ракетного топлива применяется жидкий кислород, пероксид водорода, азотная кислота и другие богатые кислородом соединения. Смесь жидкого кислорода и жидкого озона — один из самых мощных окислителей ракетного топлива (удельный импульс смеси водород — озон превышает удельный импульс для пары водород-фтор и водород-фторид кислорода).

В медицине

Основная статья: Кислородная терапия

Медицинский кислород хранится в металлических газовых баллонах высокого давления голубого цвета различной ёмкости от 1,2 до 10,0 литров под давлением до 15 МПа (150 атм) и используется для обогащения дыхательных газовых смесей в наркозной аппаратуре, при нарушении дыхания, для купирования приступа бронхиальной астмы, устранения гипоксии любого генеза, при декомпрессионной болезни, для лечения патологии желудочно-кишечного тракта в виде кислородных коктейлей. Крупные медицинские учреждения могут использовать не сжатый кислород в баллонах, а сжиженный в сосуде Дьюара большой ёмкости. Для индивидуального применения медицинским кислородом из баллонов заполняют специальные прорезиненные ёмкости — кислородные подушки. Для подачи кислорода или кислородо-воздушной смеси одновременно одному или двум пострадавшим в полевых условиях или в условиях стационара применяются кислородные ингаляторы различных моделей и модификаций. Достоинством кислородного ингалятора является наличие конденсатора-увлажнителя газовой смеси, использующего влагу выдыхаемого воздуха. Для расчёта оставшегося в баллоне количества кислорода в литрах обычно величину давления в баллоне в атмосферах (по манометру редуктора) умножают на величину ёмкости баллона в литрах. Например, в баллоне вместимостью 2 литра манометр показывает давление кислорода 100 атм. Объём кислорода в этом случае равен 100 × 2 = 200 литров.

В пищевой промышленности

В пищевой промышленности кислород зарегистрирован в качестве пищевой добавки E948, как пропеллент и упаковочный газ.

В химической промышленности

В химической промышленности кислород используют как реактив-окислитель в многочисленных синтезах, например, — окисления углеводородов в кислородсодержащие соединения (спирты, альдегиды, кислоты), диоксид серы в триоксид серы, аммиака в оксиды азота в производстве азотной кислоты. Вследствие высоких температур, развивающихся при окислении, последние часто проводят в режиме горения.

В сельском хозяйстве

В тепличном хозяйстве, для изготовления кислородных коктейлей, для прибавки в весе у животных, для обогащения кислородом водной среды в рыбоводстве.

Биологическая роль кислорода

Аварийный запас кислорода в бомбоубежище

Большинство живых существ (аэробы) дышат кислородом. Широко используется кислород в медицине. При сердечно-сосудистых заболеваниях, для улучшения обменных процессов, в желудок вводят кислородную пену («кислородный коктейль»). Подкожное введение кислорода используют при трофических язвах, слоновости, гангрене и других серьёзных заболеваниях. Для обеззараживания и дезодорации воздуха и очистки питьевой воды применяют искусственное обогащение озоном. Радиоактивный изотоп кислорода ¹⁵O применяется для исследований скорости кровотока, лёгочной вентиляции.

Токсические производные кислорода

Некоторые производные кислорода (т. н. реактивные формы кислорода), такие, как синглетный кислород, пероксид водорода, супероксид, озон и гидроксильный радикал, являются высокотоксичными продуктами. Они образуются в процессе активирования или частичного восстановления кислорода. Супероксид (супероксидный радикал), пероксид водорода и гидроксильный радикал могут образовываться в клетках и тканях организма человека и животных и вызывают оксидативный стресс.

Токсичность кислорода

Длительное вдыхание чистого кислорода может иметь опасные последствия для организма. Безопасно длительно дышать при обычном давлении смесями, содержащими до 60 % кислорода. Дыхание 90 % кислородом в течение 3 суток приводит к тахикардии, рвоте, пневмонии, судорогам. При повышении давления токсическое действие кислорода ускоряется и усиливается. Молодые люди более чувствительны к токсическому действию кислорода, чем пожилые.

Изотопы

Основная статья: Изотопы кислорода

Кислород имеет три устойчивых изотопа: ¹⁶O, ¹⁷O и ¹⁸O, среднее содержание которых составляет соответственно 99,759 %, 0,037 % и 0,204 % от общего числа атомов кислорода на Земле. Резкое преобладание в смеси изотопов наиболее лёгкого из них ¹⁶O связано с тем, что ядро атома ¹⁶O состоит из 8 протонов и 8 нейтронов (дважды магическое ядро с заполненными нейтронной и протонной оболочками). А такие ядра, как следует из теории строения атомного ядра, обладают особой устойчивостью.

Также известны радиоактивные изотопы кислорода с массовыми числами от ¹²O до ²⁸O. Все радиоактивные изотопы кислорода имеют малый период полураспада, наиболее долгоживущий из них ¹⁵O с периодом полураспада ~120 секунд. Наиболее краткоживущий изотоп ¹²O имеет период полураспада 5,8⋅10⁻²² секунд.

Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева

1 2                             3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 H   He 2 Li Be   B C N O F Ne 3 Na Mg   Al Si P S Cl Ar 4 K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og 8 Uue Ubn Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs

© 2000-2020 Все права защищены.

Реклама Контакты О проекте

Каталог товаров Нефтегазовая промышленность

ГОСТ и ТУ Химическая энциклопедия Таблица Менделеева

Выставки Новости

Любое копирование, в т.ч. отдельных частей текстов или изображений, публикация и републикация, перепечатка или любое другое распространение информаци

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 1.

Результаты урока

Ф.И.______________________________                 Класс______________

 

Название работы	+ или -	балл
Блиц - опрос	11-10 «+» 9-8 «+» 7-5 «+» 4-1 «+» 0	5 4 3 2 0
Практическая работа	+ или -	4
Устные ответы на уроке	+ или -	3
Игра составь слово	+ или -	5
Итого (оценка за урок)	(ставит учитель)

          

 

Приложение 2.

 

 

1. … – самый распространенный элемент земной коры.

2. Молекула простого вещества озона образована элементом …

3. В воздухе содержится 21% …

4. Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является …

5. В состав воды входят два атома водорода и один атом …

Ответы:

1. Кислород – самый распространенный элемент земной коры.

2. Молекула простого вещества озона образована элементом кислородом

3. В воздухе содержится 21% кислорода

4. Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является кислород

5. В состав воды входят два атома водорода и один атом кислорода

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение3.

 

№	Вопрос	Первая буква слова ответа
1	Химический элемент, имеющий относительную массу 16?(Кислород)	К
2	Назовите имя Лавуазье? (Антуан)	А
3	Какой физический параметр необходим для разложения КМnО4? (Температура)	Т
4	Как называются частицы, образующие молекулу кислорода? (Атомы)	А
5	Где можно получить кислород, кроме промышленности? (Лаборатория)	Л
6	Как называется газ, не поддерживающий горения, по теории Флогистона? (Испорченный)	И
7	Какое физическое свойство имеет озон, но это же свойство не имеет кислород? (Запах)	З
8	Какого газа больше в атмосфере, чем кислород? (Азот)	А
9	Какую лучину используют для определения кислорода? (Тлеющую)	Т
10	Как на латинском языке называется кислород? (Оксигениум)	О
11	Какой тип реакции необходим для получения кислорода из бертолетовой соли, перманганата калия и др.? (Разложение)	Р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 4.

 

Практическая работа

«Получение кислорода из пероксида водорода и доказательство его наличия»

 

Цель работы:

1) познакомиться со способом получения кислорода в лаборатории и его химическим свойством - поддерживать горение;

2) научиться собирать газ в сосуд вытеснением воздуха;

3) совершенствовать умение работать с простейшими приборами.

 

С техникой безопасности знаком (а)________________________________

План: 

I. Выполните  опыт

1.Налейте в стакан по 8—15 мл раствора пероксида водорода.

2.Добавьте в стакан (на кончике шпателя) оксид марганца (IV). Что наблюдаете? 

3. Проверяем наличие кислорода тлеющей лучинкой.

4.Лучинку не макните в пероксид водорода. 

5.Напишите уравнение реакции.

II. Оформите отчет о работе:

 а) зарисуйте прибор для сбора кислорода, сделайте соответствующие подписи;

б) заполните таблицу, дописав предложения и закончив уравнения реакций.

Что делали	Что наблюдали	Уравнение реакции
1.

 

III. Вывод:

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 5

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.

 

 

Просмотрено: 100%

Курс повышения квалификации