Хімія. 7 клас. Савчин

Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.

§ 17. Добування кисню. Реакція розкладу

Опанувавши матеріал параграфа, ви зможете:

здобути знання про реакції, які взято за основу добування кисню в лабораторії та промисловості, способи збирання кисню й реакції розкладу;
складати рівняння реакцій добування кисню;
формулювати визначення реакції розкладу, каталізатора та розуміти їх суть;
досліджувати наявність кисню;
формувати здатності до оволодіння хімічною мовою.

З історії відкриття. Вам уже відомо, що кисень відкривали тричі. Англійський хімік Дж. Прістлі добув кисень у чистому вигляді за допомогою експерименту. Він розжарив меркурій(ІІ) оксид HgO, фокусуючи сонячне проміння лінзою (рис. 61). На стінках приладу, у якому проводився експеримент, з’явилися крапельки сріблястої металічної ртуті й виділилося досить багато газу. Добутий газ характеризувався такими властивостями: запалена свічка горіла в ньому яскраво-блискучим полум’ям, а дихати ним було легко й приємно.

Рис. 61. Прилад, за допомогою якого Дж. Прістлі добув кисень

Добування кисню в лабораторії. Про один із лабораторних способів добування кисню вам уже відомо з досліду, проведеного Дж. Прістлі.

Реакцію розкладу меркурій(II) оксиду в уже згадуваному експерименті можна записати рівнянням

де t означає, що реакція відбулася за нагрівання.

Реакцію, описану в досліді Дж. Прістлі, не проводять у шкільних умовах через високу токсичну дію парів ртуті. Проте існує багато інших оксигеновмісних речовин, здатних розкладатися з виділенням кисню. До них належать: гідроген пероксид Н₂О₂, калій хлорат КСlО₃, натрій нітрат NaNO₃, калій нітрат KNO₃, вода Н₂О, калій перманганат KMnO₄ (марганцівка) тощо.

Досить безпечним і доступним у лабораторних умовах є добування кисню розкладом гідроген пероксиду. Проведемо демонстраційний дослід.

Дослід 1. Наллємо в пробірку гідроген пероксиду Н₂О₂, умонтуємо її в лапку штатива, а кінець газовідвідної трубки опустимо в циліндр для збирання кисню. Нагріємо обережно пробірку з її вмістом і перевіримо на наявність кисню. Кисень не виділяється.

Рис. 62. Добування кисню розкладом гідроген пероксиду

Видозмінимо дослід. У пробірку з гідроген пероксидом додамо трохи манган(ІV) оксиду (рис. 62) і знову нагріємо. Перевіримо наявність газу тліючою скіпкою, яку опустимо в циліндр. Вона загоряється яскравим полум’ям. Отже, робимо висновок про те, що в циліндрі зібрався газ кисень.

Яким способом, на вашу думку, збирали кисень?

Чому реакція відбувається швидко у випадку, коли до реагенту додати чорного порошку манган(ІV) оксиду? Останній проявляє здатність прискорювати перебіг хімічного перетворення, але сам залишається незмінним.

Рівняння реакції:

Речовини, що прискорюють хімічні реакції, але не витрачаються, називають каталізаторами.

Реакції, що відбуваються за участю каталізаторів, називають каталітичними. Каталітичною є й реакція добування кисню з калій хлорату за нагрівання:

У живих організмах теж містяться каталізатори, що прискорюють хімічні реакції в їхніх клітинах. Такі каталізатори називають ферментами. Вони беруть участь у всіх біологічних перетвореннях. Дію ферментів спостерігають під час виготовлення сиру, випікання хліба, виробництва квасу тощо.

Під дією постійного електричного струму вода теж розкладається на два гази — кисень і водень:

Способи збирання кисню. У хімічних лабораторіях застосовують два способи збирання кисню: витісненням повітря та витісненням води. З першим способом ви ознайомилися під час добування кисню з гідроген пероксиду. Його застосовують, ураховуючи те, що кисень є важчим за повітря, тому й може витіснити повітря з посудини, у яку його збирають. Другий спосіб ґрунтується на властивості кисню дуже слабо розчинятися у воді (рис. 63).

У промисловості кисень добувають з повітря. Основним завданням є відділити його від інших газів, зокрема від азоту. З цією метою повітря під тиском або за сильного охолодження спочатку зріджують (перетворюють на рідину). Потім температуру поступово підвищують. За температури -196 °С азот випаровується. Кисень за таких умов залишається в рідкому стані. Газоподібний кисень зберігають під високим тиском у сталевих балонах, які за будовою подібні до термоса.

Окрім цього способу, кисень у промисловості добувають з води. Вода розкладається на кисень і водень, якщо пропускати крізь неї постійний електричний струм. Таку реакцію називають електролізом води.

Рис. 63. Збирання кисню витісненням води

Електроліз води можна застосувати також для добування водню (див. опис реакції вище).

Реакції розкладу. Реакції добування кисню в лабораторії характеризуються тим, що з однієї речовини добувають дві й більше інших сполук. Такий тип реакцій у хімії називають реакціями розкладу.

Реакції розкладу — це реакції, під час яких утворюється дві або кілька простих чи складних речовин.

Поміркуйте, про що говорить сама назва типу реакцій.

Дуже ефектною реакцією розкладу є дослід «хімічний вулкан». У фарфоровій ступці розтирають оранжево-червоні кристали амоній дихромату (NH₄)₂Cr₂O₇. Висипають сіль на металеву пластинку, надаючи їй форми гірки. У вершину гірки вставляють дві-три головки сірників і запалюють їх. Від тепла, що виділяється палаючими сірниками, амоній дихромат починає бурхливо розкладатися. Із «кратера вулкана» вилітає сніп яскравих іскор. Гірка помітно збільшується від утвореного під час реакції хром(ІІІ) оксиду темно-зеленого кольору. Об’єм продуктів реакції є більшим за об’єм реагента. Увесь процес нагадує виверження вулкана (рис. 64). Рівняння цієї реакції (не для запам’ятовування):

(NH₄)₂Cr₂O₇ = N₂ + 4H₂O + Cr₂O₃

Рис. 64. Хімічний вулкан

Реакції розкладу відіграють важливу практичну роль у житті людини. До них належать: реакція випалювання вапняку (схема СаСО₃ → СаО + СО₂↑), за якою в промисловості добувають негашене вапно СаО; реакція розкладу амоній карбонату (порошку для випікання), яку можна зобразити схемою (NH₄)₂CO₃ → NH₃↑ + CO₂↑ + Н₂О, тощо.

Перепишіть ці схеми в робочий зошит і перетворіть їх на рівняння реакцій.

Численні реакції розкладу постійно відбуваються в нашому організмі, завдяки чому вивільняється багато енергії, необхідної для роботи всіх органів.

ПІДСУМОВУЄМО ВИВЧЕНЕ

У лабораторії кисень добувають за допомогою реакцій розкладу речовин, що містять Оксиген: гідроген пероксиду Н₂О₂; калій хлорату КСlО₃; калієвої чи натрієвої селітри (відповідно KNO₃ чи NaNO₃) тощо. У промисловості — дистиляцією повітря за відповідних температур і тиску.
Реакції розкладу — реакції, під час яких утворюється дві або кілька простих чи складних речовин. Реакції розкладу мають велике практичне значення для життєдіяльності організмів і добробуту людини.
Речовини, що прискорюють хімічні реакції, але не витрачаються, називають каталізаторами.

ЦІКАВО ЗНАТИ

Нині в промисловому виробництві застосовують понад 400 каталітичних реакцій.
Ферменти використовують у фармацевтичній промисловості, виробництві синтетичних мийних засобів, маргарину тощо.

ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

1. Поясніть на прикладах, що вам відомо про перші лабораторні спроби добування кисню.
2. Перетворіть схеми на відповідні рівняння реакцій:

3. Допишіть пропущені формули. Складіть рівняння реакцій:

4. Допишіть продукти реакцій; перетворіть схеми на рівняння реакцій:

ДОСЛІДЖУЄМО ВДОМА

Для експерименту використайте розчин гідроген пероксиду з масовою часткою розчиненої речовини 3 %. Цей розчин є в кожній домашній аптечці.

Покладіть на блюдце сир, сирі та заздалегідь відварені й охолоджені картоплю, моркву, буряк, м’ясо. Крапніть розчином гідроген пероксиду на кожний із цих продуктів. Спостерігайте, як поводить себе гідроген пероксид. Опишіть ваші спостереження.

Зміст