Достоин тот газ удивленья – Его применяют сейчас Для резки металлов, в сталеваренье И в доменных мощных печах. Берёт его лётчик в высотные дали. Подводник с собою берёт. Вы, верно, уже угадали, Что этот газ – …
Кислород
Тема урока: Кислород. Получение. Свойства.
Цель урока: Изучить историю открытия, основные способы получения и свойства кислорода.
План урока:
- Значение кислорода. Биологическая роль.
2. Распространённость в природе.
3. История открытия.
4. Положение элемента кислорода в ПСХЭ Д.И. Менделеева.
5. Физические свойства.
6. Получение кислорода
7. Химические свойства.
8. Применение кислорода.
Джозеф Пристли
(1743 – 1794)
Карл Шееле
(1742 – 1786)
Антуан Лавуазье
(1743 – 1794)
t = – 1 83 °C
t = –219 °C
Жидкость бледно-синего цвета
Газ, без цвета, запаха, вкуса, малорастворим в воде
Кристаллы синего цвета
Тяжелее воздуха.
Свет, хлорофилл
6СО 2 + 6Н 2 О
С 6 Н 12 О 6 + 6О 2
Сжижение воздуха под давлением при t = – 1 83 °C
Вытеснением в оздуха
Вытеснением воды
Разложение воды
H 2 O H 2 + O 2
Разложение перекиси водорода
H 2 O 2 H 2 O + O 2
Разложение перманганата калия
KMnO 4 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
перманганат калия
манганат калия
Разложение бертолетовой соли (хлората калия)
KClO 3 KCl + O 2
Кислород в лаборатории получают разложением кислородсодержащих соединений
С простыми веществами:
С неметаллами:
S + O 2 SO 2
P + O 2 P 2 O 5
С металлами:
Mg + O 2 MgO
Fe + O 2 Fe 3 O 4 (FeO Fe 2 O 3 )
При взаимодействии простых веществ с кислородом образуются – оксиды
Подумай и ответь
а
1
б
2
в
3
г
4
д
5
Подумай и ответь
- Ученые, занимавшиеся получением и изучением кислорода:
а) Дмитрий Иванович Менделеев;
б) Джозеф Пристли;
в) Антуан Лоран Лавуазье;
г) Карл Шееле;
д) Михаил Васильевич Ломоносов
Подумай и ответь
2. В трех разных колбах находятся воздух, углекислый газ, кислород. Распознать каждый из газов можно:
а) сравнив массы колб, заполненных газами
б) при помощи тлеющей лучинки
в) по растворимости газов в воде
г) по запаху
д) при помощи других веществ
Подумай и ответь
3. В лаборатории кислород получают:
а) сжижением воздуха
б) разложением воды
в) разложением перманганата калия
г) из перекиси водорода
д) окислением веществ
Подумай и ответь
4. Кислород можно собрать путем вытеснения воды, так как он:
а) легче воздуха
б) хорошо растворим в воде
в) тяжелее воздуха
г) плохо растворим в воде
д ) не имеет цвета, запаха, вкуса
Подумай и ответь
5. Речь идет о кислороде как о простом веществе:
а) кислород входит в состав воды;
б) кислород плохо растворим в воде;
в) кислород поддерживает дыхание и горение;
г) является составным компонентом воздуха;
д) входит в состав углекислого газа.
а
1
2
б
в
3
г
4
д
5
Ar(O)=16 неметалл В= II
t = – 1 83 °C
Жидкость бледно-синего цвета
Ме Неме
t = –219 °C
в пром-ти: охлаждение воздуха до -183 °C
окисление
Э х О у
Кристаллы синего цвета
в лаборатории:
Н 2 О Н 2 О 2 KMnO 4 KClO 3
Методы собирания:
Вытеснение воздуха
Вытеснение воды
Домашнее задание
§3 2–34
«3» - с. 111 вопросы 1,2
«4» - с. 111 вопросы 3,4
«5» - с. 111 вопросы 5,6
Задача: Известно, что в организме человека содержится по массе 65% кислорода. Вычислите сколько кислорода содержится в вашем организме.
Творческое задание:
Составить кроссворд, ребус, ЛОС по теме «Кислород»
Слайд 2
КИСЛОРОД
Кислород - 16-йэлемент главной подгруппы VI группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium). Кислород - химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород при нормальных условиях - газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет, а твёрдый представляет собой кристаллы светло-синего цвета.
Слайд 3
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). 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. Важным этапом, который способствовал открытию кислорода, были работы французского химика Пьера Байена, который опубликовал работы по окислению ртути и последующему разложению её оксида. 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 сожженных 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. ОТКРЫТИЕ КИСЛОРОДА
Слайд 4
Слайд 5
Применение кислорода Широкое промышленное применение кислорода началось в середине ХХ века, после изобретения турбодетандеров - устройств для сжижения и разделения. Применение кислорода весьма разнообразно и основано на его химических свойствах. Химическая и нефтехимическая промышленность. Кислород используется для окисления исходных реагентов, образуя азотную кислоту, этиленоксид, пропиленоксид, винилхлорид и другие основные соединения. Помимо этого он может использоваться для увеличения производительности мусоросжигательных печей. Нефтегазовая промышленность. Увеличение производительности процессов крекинга нефти, переработки высокооктановых соединений, закачка в пласт для повышения энергии вытеснения.
Слайд 6
Применение кислорода
Стекольная промышленность. В стекловаренных печах кислород используется для улучшения горения. Кроме этого он применяется для уменьшения выбросов оксидов азота до безопасных уровней. Целлюлозно-бумажная промышленность. Кислород используется при делигнификации, спиртовании и других процессах. В медицине Медицинский кислород хранится в металлических газовых баллонах высокого давления (для сжатых или сжиженных газов) 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 наркознойаппаратуре, 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. 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.
Кислород – химический элемент VI группы периодической системы Менделеева и самый распространенный элемент в земной коре (47% от ее массы). Кислород является жизненно важным элементом почти всех живых организмов. Более подробно о функциях и применении кислорода в этой статье.
Общие сведения
Кислород представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха, который плохо растворяется в воде. Он входит в состав воды, минералов, горных пород. Свободный кислород образуется благодаря процессам фотосинтеза. Кислород играет наиважнейшую роль в жизни человека. Прежде всего кислород необходим для дыхания живых организмов. Также он принимает участие в процессах разложения погибших животных и растений.
Воздух содержит около 20,95% по объему кислорода. В гидросфере содержится почти 86% по массе кислорода.
Кислород был получен одновременно двумя учеными, но сделали они это независимо друг от друга. Швед К. Шееле получил кислород при прокаливании селитры и других веществ, а англичанин Дж. Пристли – при нагревании оксида ртути.
Рис. 1. Получение кислорода из оксида ртути
Применение кислорода в промышленности
Области применения кислорода обширны.
В металлургии он необходим для производства стали, которую получают из металлолома и чугуна. Во многих металлургических агрегатах для лучшего сжигания топлива используют воздух, обогащенный кислородом.
В авиации кислород используется как окислитель топлива в ракетных двигателях. Также он необходим для полетов в космос и в условиях, где нет атмосферы.
В области машиностроения кислород очень важен для резки и сварки металлов. Чтобы расплавить металл нужна специальная горелка, состоящая из металлических труб. Эти две трубы вставляются друг в друга. Свободное пространство между ними заполняют ацетиленом и зажигают. Кислород же в это время пускают по внутренней трубке. И кислород и ацетилен подаются из баллона под давлением. Образуется пламя, температура в котором достигает 2000 градусов. При такой температуре плавится практически любой металл.
Рис. 2. Ацетиленовая горелка
Применение кислорода в целлюлозно-бумажной промышленности очень важно. Он используется для отбеливания бумаги, при спиртовании, при вымывании лишних компонентов из целлюлозы (делигнификация).
В химической промышленности кислород используется в качестве реагента.
Для создания взрывчатых веществ необходим жидкий кислород. Жидкий кислород производится путем сжижения воздуха и последующего отделения кислорода от азота.
Применение кислорода в природе и жизни человека
Кислород играет наиважнейшую роль в жизни человека и животных. Свободный кислород существует на нашей планете благодаря фотосинтезу. Фотосинтез – это процесс образования органического вещества на свету с помощью углекислого газа и воды. В результате этого процесса образуется кислород, который необходим для жизнедеятельности животных и человека. Животные и человек потребляют кислород постоянно, растения же расходуют кислород только ночью, а днем производят его.
Применение кислорода в медицине
Кислород находит применение и в медицине. Особенно актуально его использование при затрудненном дыхании во время некоторых заболеваний. Он применяется для обогащения дыхательных путей при туберкулезе легких, а также используется в наркозной аппаратуре. Кислород в медицине используется для лечения бронхиальной астмы, болезней желудочно-кишечного тракта. Для этих целей используют кислородные коктейли.
Также большое значение имеют кислородные подушки – прорезиненная емкость, заполненная кислородом. Она служит для индивидуального применения медицинского кислорода.
Рис. 3. Кислородная подушка
Что мы узнали?
В данном сообщении, которое охватывает тему «Кислород» по химии 9 класса кратко даны общие сведения о свойствах и применении этого газа. Кислород крайне важен для машиностроения, медицины, металлургической области и т.д.
Тест по теме
Оценка доклада
Средняя оценка: 4.6 . Всего получено оценок: 243.
Кислород Кислород элемент главной подгруппы шестой группы, второго периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 8. Обозначается символом O (лат. Oxygenium). Кислород химически активный неметалл, является самым лёгким элементом из группы халькогенов. Простое вещество кислород (CAS-номер:) при нормальных условиях газ без цвета, вкуса и запаха, молекула которого состоит из двух атомов кислорода (формула O 2), в связи с чем его также называют дикислород. Жидкий кислород имеет светло-голубой цвет.
Существуют и другие аллотропные формы кислорода, например, озон (CAS-номер:) при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода (формула O 3).
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 (t) 2Hg + O 2
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 провел опыт по сжиганию различных веществ и опроверг теорию флогистона, опубликовав результаты по весу сожженных 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. l"oxygène), предложенного А. Лавуазье (греческое όξύγενναω от ξύς «кислый» и γενναω «рождаю»), который переводится как «порождающий кислоту», что связано с первоначальным значением его «кислота», ранее подразумевавшим окислы, именуемые по современной международной номенклатуре оксидами.
Нахождение в природе Кислород самый распространенный на Земле элемент, на его долю (в составе различных соединений, главным образом силикатов), приходится около 47,4 % массы твердой земной коры. Морские и пресные воды содержат огромное количество связанного кислорода 88,8 % (по массе), в атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,12 % 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 25 %, по массовой доле около 65 %.
Получение В настоящее время в промышленности кислород получают из воздуха. В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением около 15 МПа. Важнейшим лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей. Небольшие количества кислорода можно также получать взаимодействием раствора перманганата калия с подкисленным раствором пероксида водорода. Также хорошо известны и успешно применяются в промышленности кислородные установки, работающие на основе мембранной и азотной технологий. При нагревании перманганат калия KMnO 4 разлагается до манганата калия K 2 MnO 4 и диоксида марганца MnO 2 с одновременным выделением газообразного кислорода O 2: 2KMnO 4 K2MnO 4 + MnO 2 + O 2
В лабораторных условиях получают также каталитическим разложением пероксида водорода Н 2 О 2: 2Н 2 О 2 2Н 2 О + О 2 Катализатором является диоксид марганца (MnO 2) или кусочек сырых овощей (в них содержатся ферменты, ускоряющие разложение пероксида водорода). Кислород можно также получить каталитическим разложением хлората калия (бертолетовой соли) KClO 3: 2KClO 3 2KCl + 3O 2 Помимо изложенного лабораторного метода кислород получают методом разделения воздуха на воздухоразделительных установках с чистотой до 99,9999% по O 2.
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 O 2 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. Фазовая диаграмма O 2 Твердый кислород (темп. плавления 218,79 °C) синие кристаллы. Известны шесть кристаллических фаз, из которых три существуют при давлении в 1 атм.:
α-О 2 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-О 2 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° γ-О 2 существует при температурах от 43,65 до 54,21 К; бледно-синие кристаллы имеют кубическую симметрию, период решётки a=6,83 Å
Ещё три фазы образуются при высоких давлениях: δ-О 2 интервал температур до 300 К и давление 6-10 ГПа, оранжевые кристаллы; ε-О 2 давление от 10 и до 96 ГПа, цвет кристаллов от темно красного до чёрного, моноклинная сингония; ζ-О 2 давление более 96 ГПа, металлическое состояние с характерным металлическим блеском, при низких температурах переходит в сверхпроводящее состояние.
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 + O 2 2K 2 O 2Sr + O 2 2SrO Окисляет соединения, которые содержат элементы с не максимальной степенью окисления: 2NO + O 2 2NO 2
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 + O 2 Na 2 O 2 Некоторые окислы поглощают кислород: 2BaO + O 2 2BaO 2
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 перекись водорода: H 2 + O 2 H 2 O 2 Надпероксиды имеют степень окисления 1/2, то есть один электрон на два атома кислорода (ион O 2 -). Получают взаимодействием пероксидов с кислородом при повышенных давлениям и температуре: Na 2 O 2 + O 2 2NaO 2 Озониды содержат ион O 3 - со степенью окисления 1/3. Получают действием озона на гидроксиды щелочных металлов: КОН(тв.) + О 3 КО 3 + КОН + O 2 Ион диоксигенил O 2 + имеет степень окисления +1/2. Получают по реакции: PtF 6 + O 2 O 2 PtF 6
Фториды кислорода Дифторид кислорода, OF 2 степень окисления +2, получают пропусканием фтора через раствор щелочи: 2F 2 + 2NaOH OF 2 + 2NaF + H 2 O Монофторид кислорода (Диоксидифторид), O 2 F 2, нестабилен, степень окисления +1. Получают из смеси фтора с кислородом в тлеющем разряде при температуре 196 °C. Пропуская тлеющий разряд через смесь фтора с кислородом при определенных давлении и температуре получаются смеси высших фторидов кислорода O 3 F 2, О 4 F 2, О 5 F 2 и О 6 F 2. Кислород поддерживает процессы дыхания, горения, гниения. В свободном виде элемент существует в двух аллотропных модификациях:O 2 и O 3 (озон).
Применение Химия, нефтехимия: Cоздание инертной среды в емкостях, азотное пожаротушение, продувка и испытание трубопроводов, регенерация катализаторов, упаковка продукции в азотной среде, интенсификация окислительных процессов, выделение метана, водорода, углекислого газа.