Свойства кислорода и способы его получения | Сварка и сварщик

Характеристика кислорода как химического элемента

(слайды 5-8)

• Химический знак – О,
• латинское название – Оxygenium,
• А_r(O) = 16;
• валентность – II,
• степень окисления в соединениях: – 2;
• содержание в земной коре – I место – более 49% ,
• самые распространённые оксиды: оксид водорода (вода) – H₂O, оксид кремния – SiO₂ , оксид алюминия – Al₂O₃ .

Демонстрация минералов:

• кварц – SiO₂– эту устойчивую при низких температурах модификацию обычно называют просто кварцем; происхождение названия остается неизвестным. Кварц является одним из наиболее распространенных в земной коре.
• аметист –SiO₂
• горный хрусталь – SiO₂
• агат – SiO₂
• рубин – Аl₂О₃ – одна из разновидностей корунда
• изумруд – Be₃Al₂[Si₆O₁₈] – одна из разновидностей берилла. Химический состав:SiO₂ 66,9%.Al₂O₃ 19,0 %, BeO 14,1%, в виде примесей содержатся Na₂O, K₂O, Li₂O, иногда Rb₂O, Cs₂O.
• александрит – BeAl₂O₄ – разновидность хризоберилла «хризос» по гречески – золото. Химический состав. Al₂O₃80,2 %. BeO 19,8 %, Всегда присутствуют примеси: FeO (3,5-6%), иногда TiO₂ (до 3%) и Cr₂O₃ (до 0,4%), с чем связана окраска александрита. Цветалександрита изумрудно-зеленый, а при электрическом освещении – фиолетово-красный.

Химические свойства кислорода

( слайд 16)

• облегчает дыхание;
• поддерживает горение;
• повышает температуру пламени;
• ускоряет химические реакции;

Где и как человек использует эти свойства кислорода?

• взаимодействует с металлами (слайды 17-19)

Записать уравнения реакций, расставить коэффициенты, назвать образующиеся вещества. Что такое оксиды?

Оксиды – бинарные соединения металлов и неметаллов с кислородом. На первом месте в формуле оксида пишут химический знак элемента, на втором – химический знак кислорода.

4Fe 3O₂=2Fe₂O₃

2Fe O₂ =2FeO

3Fe 2O₂ =Fe₃O₄

2Mg O₂ = 2MgO

Fe2O3 – оксид железа (III), FeO — оксид железа (II), (Fe2O3 и FeO) – Fe3O4 – железная окалина, MgO – оксид магния.

• взаимодействует с неметаллами; (слайды 20-21)

Записать уравнения реакций, расставить коэффициенты, назвать образующиеся вещества

4P 5O₂ = 2 P₂O₅

2H₂ O₂ = 2H₂O

• взаимодействует со сложными веществами, (слайд 22) демонстрационный опыт: «несгораемый платок»:

C₂H₆O 3O₂ = 2CO₂ 3H₂O

Реакции взаимодействия простых и сложных веществ с кислородом называются реакциями окисления.

Закрепление изученного материала

(слайды 23-25)

(химический тест):

1. Кто назвал кислород «огненным», а азот « испорченным» воздухом?
   А) Лавуазье, В) Пристли, С) Шееле.

2. Какие вещества образует химический элемент кислород?
   А) только простые вещества, В) простые и сложные вещества, С) только сложные вещества.

3. Как называются бинарные соединения, молекулы которых образованы атомами какого-либо химического элемента и кислорода:
   А) сульфиды, В) хлориды, С) оксиды.

4. В 1774 году один учёный после проведённого эксперимента написал: «Но что поразило меня больше всего – это то, что свеча горела в этом воздухе удивительно блестящим пламенем…» Это был:
   А) Лавуазье, В) Пристли, С) Шееле.

5. Название «Оxygenium» предложил:
   А) Лавуазье, В) Пристли, С) Шееле.

6. Кислород в воде:
   А) хорошо растворим, В)малорастворим, С)вообще не растворяется.

7. При вдувании кислорода в пламя температура пламени:
   А) не изменяется, В) понижается, С) повышается.

8. Оксид железа (III) имеет формулу:
   А) Fe₂O₃, В) FeO, С) FeO₂.

9. В каком уравнении коэффициенты расставлены правильно:
   А) 2P O₂ = P₂O₅; В) 2P 5O₂ = P₂O₅, С) 4P 5O₂ = 2P₂O₅

10. В каком ряду все три формулы написаны правильно:
    А) P₂O₅, Al₂O, H₂O; В) MgO, Al₂O₃ , CO₂; С) CO₂, FeO₂, P₂O₅

Проверка диктанта. (слайд 26-27)

Итого:Оценка:

Критерии оценки:

• «5» – 10-9 правильных ответов
• «4» – 8-7 правильных ответов
• «3» – 6-5 правильных ответов

Все тесты

Кислород, его общая характеристика и нахождение в природе. получение кислорода и его физические свойства

Общая характеристика элемента

Кислород – самый распространенный элемент на Земле, на его долю приходится чуть меньше половины, 49 % от общей массы земной коры. Природный кислород состоит из 3 стабильных изотопов

16

О,

17

О и

18

О (преобладает

16

О).

Кислород входит в состав атмосферы (20,9 % по объему, 23,2 по массе), в состав воды и более 1400 минералов: кремнезема, силикатов и алюмосиликатов, мраморов, базальтов, гематита и других минералов и горных пород. Кислород составляет 50-85% массы тканей растений и животных, т.к содержится в белках, жирах и углеводах, из которых состоят живые организмы. Общеизвестна роль кислорода для дыхания, для процессов окисления.

Кислород сравнительно мало растворим в воде – 5 объемов в 100 объемах воды. Однако, если бы весь растворенный в воде кислород перешел в атмосферу, то он занял бы огромный объем – 10 млн км

3

( н.у).

Открыт шведом К. Шееле ( 1771 – 1772 г.г) и англичанином Дж. Пристли ( 1774г.). Первый использовал нагревание селитры, второй – оксида ртути ( 2). Название дал А.Лавуазье («оксигениум» — «рождающий кислоты»).

В свободном виде существует в двух аллотропных модификациях – «обыкновенного» кислорода О

2

и озона О

3

.

3О

2

= 2О

3

– 285 кДж
Озон в стратосфере образует тонкий слой, который поглощает большую часть биологически вредного ультрафиолетового излучения.
При хранении озон самопроизвольно превращается в кислород.

Получение кислорода

1.      Промышленный способ — перегонка жидкого воздуха и электролиз воды:

2Н

₂

О → 2Н

₂

О

₂

2.

В лаборатории кислород получают:
1.Электролизом щелочных водных растворов или водных растворов кислородосодержащих солей (Na

2

SO

4

и др.)

2. Термическим разложением перманганата калия KMnO

4

:
2KMnO

4

= K

2

MnO4 MnO

2

O

2

↑,

Бертолетовой соли  KClO

3

:
2KClO

3

= 2KCl 3O

2

↑      (катализатор MnO

2

)

Оксида марганца ( 4) MnO

2

:
4MnO

2

= 2Mn

2

O

3

O

2

↑      (700

o

C),

3MnO

2

= 2Mn

3

O

4

O

2

↑      (1000

o

C),

3. Разложением пероксида водорода:
2H

2

O

2

= H

2

O O

2

↑           (катализатор MnO

2

)

4. Разложение нитратов:
2KNO

3

→ 2KNO

2

O

2

На космических кораблях и подводных лодках кислород получают из смеси K

2

O

2

и K

2

O

4

:
2K

2

O

4

2H

2

O = 4KOH 3O

2

↑
4KOH 2CO

2

= 2K

2

CO

3

2H

2

O

Суммарно:
2K

2

O

4

2CO

2

= 2K

2

CO

3

3О

2

↑

Когда используют K

2

O

2

, то суммарная реакция выглядит так:
2K

2

O

2

2CO

2

= 2K

2

CO

3

O

2

↑

Если смешать K

2

O

2

и K

2

O

4

в равномолярных (т.е. эквимолярных) количествах, то на 1 моль поглощенного  СО

2

выделится один моль О

2.

Применение кислорода

Молекулярный диоксид O2 необходим для клеточного дыхания у всех аэробных организмов. Его реакционноспособные виды, такие как супероксид-ион (O2-) и пероксид водорода (H2O2), являются опасными побочными продуктами использования кислорода в организмах.

Однако части иммунной системы высших организмов используют реактивный пероксид, супероксид и синглетный кислород для уничтожения вторгающихся микробов. Реактивные виды также играют важную роль в гиперчувствительной реакции растений на воздействие патогенных микроорганизмов.

В состоянии покоя взрослый человек вдыхает от 1,8 до 2,4 г кислорода в минуту. Это составляет более 6 миллиардов тонн элемента, вдыхаемого человечеством в год. Сферы использования включают в себя следующие:

• Люди, у которых есть проблемы с дыханием, используют кислородные маски и резервуары, чтобы получить необходимый им кислород.
• Он используется в ракетном топливе, сочетается с водородом в двигателе. Когда водород и кислород объединяются, они выделяют очень большое количество энергии. Энергия используется для запуска ракеты в космос.
• На производство металла приходится самый большой процент использования О2. Например, элемент используется для сжигания углерода и других примесей, которые содержатся в железе для производства стали. Небольшое количество этих примесей может быть полезным для стали, но слишком большое делает его ломким и непригодным для использования. Углерод и другие примеси сжигаются при производстве стали путём продувки О2 через расплавленное железо.
• Используется при производстве таких металлов, как медь, свинец и цинк. Эти металлы встречаются в земле в форме сульфидов, таких как сульфид меди (CuS), сульфид свинца (PbS) и сульфид цинка (ZnS). Первым шагом в извлечении этих металлов является превращение их в оксиды. Затем оксиды нагревают с углеродом, чтобы получить чистые металлы.
• Применяется в химической промышленности в качестве исходного материала для производства некоторых очень важных соединений. Иногда этапы перехода от кислорода к конечному соединению являются длительными. Например, газообразный этилен (C2H4) может быть обработан кислородом с образованием этиленоксида (CH2CH2O). Около 60% полученного этиленоксида превращается в этиленгликоль (CH2CH2 (OH)2). Этиленгликоль используется в качестве антифриза и служит отправной точкой при производстве полиэфирных волокон, плёнки, пластиковых контейнеров, пакетов и упаковочных материалов
• Используется в оксиацетиленовой сварке, в качестве окислителя для ракетного топлива, а также в производстве метанола и этиленоксида.
• Растения и животные используют его для дыхания.
• Чистый кислород часто используется для облегчения дыхания у пациентов с респираторными заболеваниями.

Кислород и его соединения играют ключевую роль во многих важных процессах жизни и промышленности

Соединение элементов с кислородом

Простые соединения кислорода: О2 и озон О3. Степень окисления -2, -1, а также 2 (OF2). Образует соединения со всеми элементами. С некоторыми металлами образует пероксиды Me2О2, надпероксиды MeO2, озониды MeO3; с горючими газами — взрывчатые смеси. В 1 м3воды при температуре 273,15 К растворяется 0,049 м3 О2.

Кислород занимает 3-е место после водорода и гелия по распространённости во Вселенной. Самый распространённый химический элемент на Земле — 47% массы земной коры, 85,7% массы гидросферы, 23,15% массы атмосферы, 79% и 65% массы растений и животных соответственно.

По объёму кислород занимает 92% объёма земной коры. Известно около 1400 минералов, содержащих кислород, главные из них кварц, полевые шпаты, слюды, глинистые минералы, карбонаты.

Физические свойства

При нормальных условиях кислород это газ без цвета, вкуса и запаха. 1л его весит 1,429 г. Немного тяжелее воздуха. Слабо растворяется в воде (4,9 мл/100г при 0 °C, 2,09 мл/100г при 50 °C) и спирте (2,78 мл/100г при 25 °C). Хорошо растворяется в расплавленном серебре (22 объёма O2 в 1 объёме Ag при 961 °C). Является парамагнетиком.

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 (темп. кипения −182,98 °C) это бледно-голубая жидкость.

Твердый кислород (темп. плавления −218,79 °C) — синие кристаллы. Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:

α-О2 — существует при температуре ниже 23,65 К; 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-О2 — существует в интервале температур от 23,65 до 43,65 К; бледно-синие кристаллы (при повышении давления цвет переходит в розовый) имеют ромбоэдрическую решётку, параметры ячейки a=4,21 Å, α=46,25°.

Ещё три фазы образуются при высоких давлениях:δ-О2 интервал температур до 300 К и давление 6-10 ГПа, оранжевые кристаллы;ε-О2 давление от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от темно красного до чёрного, моноклинная сингония;

Химические свойства

Сильный окислитель, взаимодействует, практически, со всеми элементами, образуя оксиды. Степень окисления −2. Как правило, реакция окисления протекает с выделением тепла и ускоряется при повышении температуры. Пример реакций, протекающих при комнатной температуре:4K  O2 → 2K2O2Sr  O2 → 2SrO

Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления:2NO  O2 → 2NO2

Окисляет большинство органических соединений:CH3CH2OH  3O2 → 2CO2  3H2O

При определенных условиях можно провести мягкое окисление органического соединения:CH3CH2OH  O2 → CH3COOH  H2O

Кислород не окисляет Au и Pt, галогены и инертные газы.

Кислород образует пероксиды со степенью окисления −1.— Например, пероксиды получаются при сгорании щелочных металлов в кислороде:2Na  O2 → Na2O2

— Некоторые окислы поглощают кислород:2BaO  O2 → 2BaO2

— По принципам горения, разработанным 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 перекись водорода:H2  O2 → H2O2

Надпероксиды имеют степень окисления −1/2, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O2-). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлениям и температуре:Na2O2  O2 → 2NaO2

Озониды содержат ион O3- со степенью окисления −1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов:КОН(тв.)  О3 → КО3  КОН  O2

Ион диоксигенил O2 имеет степень окисления 1/2. Получают по реакции:PtF6  O2 → O2PtF6

Фториды кислородаДифторид кислорода, OF2 степень окисления 2, получают пропусканием фтора через раствор щелочи:2F2  2NaOH → OF2  2NaF  H2O

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

https://www.youtube.com/watch?v=_EING_B8boA

Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определенных давлении и температуре получаются смеси высших фторидов кислорода O3F2, О4F2, О5F2 и О6F2.