g9k-5.1· Глава 5: Кислород, водород и вода· ~13 мин

Кислород. Состав воздуха

Получение и свойства кислорода, состав воздуха.

Кислород (O₂) — элемент VI A подгруппы периодической системы; самый распространённый элемент в природе. В лаборатории кислород получают разложением пероксида водорода, перманганата калия или бертолетовой соли (KClO₃): 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑ (катализатор MnO₂); 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑ (катализатор MnO₂). В промышленности кислород получают разделением сжиженного воздуха. Кислород — бесцветный газ без запаха, немного тяжелее воздуха, сильный окислитель, поддерживающий горение: соединяясь с простыми и сложными веществами, образует оксиды.

📌Пример

Например: S + O₂ → SO₂; 4P + 5O₂ → 2P₂O₅; 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄; CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Озон (O₃) — аллотропная модификация кислорода. Воздух — смесь газов; объёмный состав сухого воздуха приблизительно таков: ~78% азот (N₂), ~21% кислород (O₂), ~0,93% аргон (Ar) и ~0,04% углекислый газ (CO₂). Средняя молярная масса воздуха принимается равной 29 г/моль, а относительная плотность газов по воздуху вычисляется по формуле D = M(газ)/29.

Графики

Состав воздуха (по объёму): азот 78%, кислород 21%, прочие газы (CO₂, аргон) 1%
Состав воздуха (по объёму): азот 78%, кислород 21%, прочие газы (CO₂, аргон) 1%

Ключевые термины

Кислород — Элемент VI A подгруппы периодической системы, химическая формула O2O_2. Самый распространённый элемент в природе. Бесцветный газ без запаха, немного тяжелее воздуха.
Аллотропное видоизменение — Явление существования одного элемента в виде простых веществ с различной структурой. Озон (O3O_3) является аллотропным видоизменением кислорода.
Катализатор — Вещество, увеличивающее скорость реакции, но само не расходующееся в её результате. При получении кислорода в лаборатории MnO2MnO_2 используется в качестве катализатора.
Окислитель — Вещество, окисляющее другие вещества и само при этом восстанавливающееся. Кислород — сильный окислитель; соединяясь с металлами и неметаллами, образует оксиды.
Оксиды — Бинарные соединения, получаемые при соединении элементов с кислородом. Например: S+O2→SO2S + O_2 \rightarrow SO_2, 4P+5O2→2P2O54P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5, 3Fe+2O2→Fe3O43Fe + 2O_2 \rightarrow Fe_3O_4.
Относительная плотность (по воздуху) — Отношение массы газа к массе такого же объёма воздуха. Средняя молярная масса воздуха принимается равной 29 г/моль29\ \text{г/моль}: Dвозд=M(газ)29D_{\text{возд}} = \frac{M(\text{газ})}{29}.
Объёмный состав сухого воздуха
ГазХимическая формулаОбъёмная доля
АзотN2N_2~78%
КислородO2O_2~21%
АргонArAr~0,93%
Углекислый газCO2CO_2~0,04%

Примерное объёмное содержание основных газов в сухом воздухе. Остальные 0,03% приходятся на прочие газы.

✎Расчёт относительной плотности кислорода по воздуху
  1. 1Дано: Молярная масса кислорода: M(O2)=32 г/мольM(\text{O}_2) = 32\ \text{г/моль}. Средняя молярная масса воздуха: M(возд)=29 г/мольM(\text{возд}) = 29\ \text{г/моль}.
  2. 2Формула: Относительная плотность газа по воздуху: Dвозд=M(газ)29D_{\text{возд}} = \frac{M(\text{газ})}{29}.
  3. 3Расчёт: Dвозд(O2)=3229≈1,1D_{\text{возд}}(\text{O}_2) = \frac{32}{29} \approx 1{,}1.
  4. 4Результат: Относительная плотность кислорода по воздуху составляет примерно 1,11{,}1, то есть кислород примерно в 1,11{,}1 раза тяжелее воздуха. По этой причине в лаборатории для сбора кислорода пробирку держат отверстием вверх.
🚫Частая ошибка

Ученики часто записывают катализатор MnO2MnO_2 как продукт реакции или реагент. В реакции 2H2O2→MnO22H2O+O2↑2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow MnO2MnO_2 лишь увеличивает скорость, сам не расходуется — записывать его в правой части уравнения реакции нельзя.

⚠️Внимание

Кислород не горит, но активно поддерживает горение. В среде чистого кислорода легко воспламеняются даже вещества, не горящие в обычных условиях. Контакт кислородных баллонов с маслами и органическими веществами может привести к взрыву — необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Правила

  1. 1Кислород в лаборатории получают реакциями 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑ и 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑ (катализатор MnO₂).
  2. 2Кислород — сильный окислитель: соединяясь с металлами и неметаллами, образует оксиды (S + O₂ → SO₂; 4P + 5O₂ → 2P₂O₅).
  3. 3Объёмный состав сухого воздуха: ~78% N₂, ~21% O₂, ~0,93% Ar, ~0,04% CO₂.
  4. 4Озон (O₃) — аллотропная модификация кислорода.
  5. 5Средняя молярная масса воздуха принимается равной 29 г/моль; D(газ/воздух) = M(газ)/29.

Тренировка

10 лёгких · 10 средних · 10 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

ЛёгкийСреднийСложныйМикс