Химия. 7 класс. Попель

§ 20. Получение кислорода

Материал параграфа поможет вам:

• сравнить методы получения кислорода в промышленности и лаборатории;
• выяснить, что такое реакция разложения;
• узнать, как можно собрать кислород, образующийся во время опыта.

Открытие кислорода. Кислород был открыт во второй половине XVIII в. несколькими учеными разных стран. Первым получил этот газ шведский химик К. В. Шееле в 1772 г., а через два года, не зная об опытах предшественника, — английский химик Дж. Пристли. В 1775 г. французский ученый А. Л. Лавуазье исследовал кислород и дал ему название oxygen.

Кислород можно обнаружить с помощью тлеющей лучинки: помещенная в сосуд с этим газом, она ярко вспыхивает (рис. 53).

Промышленное получение кислорода. Неисчерпаемым источником кислорода является воздух. Чтобы получить из него кислород, необходимо отделить этот газ от азота и других газов. На такой идее основан промышленный метод получения кислорода. Его реализуют, используя специальную, достаточно громоздкую аппаратуру. Сначала воздух сильно охлаждают до превращения его в жидкость. Затем температуру сжиженного воздуха постепенно повышают. Первым из него начинает выделяться газ азот (температура кипения жидкого азота равна -196 °С). Оставшаяся жидкость постепенно обогащается кислородом (температура кипения кислорода составляет -183 °С).

Рис. 53. Обнаружение кислорода: а — тлеющая лучинка на воздухе; б — возгорание лучинки в кислороде

Жидкий кислород транспортируют в специальных стальных резервуарах с двойными стенками, между которыми создан вакуум (для эффективной теплоизоляции). Газообразным кислородом под высоким давлением наполняют баллоны; их окрашивают в голубой цвет (рис. 54).

Рис. 54. Баллон с кислородом

Получение кислорода в лаборатории. В лаборатории кислород получают с помощью химических реакций.

Дж. Пристли получил кислород из соединения, название которого — меркурий(II) оксид. Он нагревал вещество, фокусируя на нем солнечный свет с помощью стеклянной линзы.

В современном исполнении этот опыт изображен на рисунке 55. Желтый порошок меркурий(II) оксида¹ при нагревании превращается в ртуть и кислород. Ртуть выделяется в газообразном состоянии и конденсируется на стенках пробирки в виде серебристых капель. Кислород накапливается во второй пробирке, предварительно заполненной водой.

¹ Во многих химических названиях, которые состоят из двух слов, склоняется только второе слово.

Рис. 55. Получение кислорода нагреванием меркурий(II) оксида

Химическое уравнение этой реакции:

Ныне метод Пристли не применяют из-за токсичности паров ртути. Кислород получают с помощью других реакций, подобных рассмотренной. Они, как правило, протекают при нагревании.

Реакции, при которых из одного вещества образуется несколько других веществ, называют реакциями разложения.

Для получения кислорода в лаборатории чаще всего используют такие оксигенсодержащие соединения:

• калий перманганат KMnО₄ (бытовое название — марганцовка; водный раствор вещества является дезинфицирующим средством)

• калий хлорат КСlО₃ (тривиальное название — бертолетова соль, в честь французского химика конца XVIII — начала XIX в. К. Л. Бертолле)

Чтобы разложение калий хлората происходило с выделением кислорода, к соединению добавляют небольшое количество манган(ІV) оксида MnО₂ (эта химическая формула записана над знаком равенства в химическом уравнении)¹.

Вещество, которое вызывает реакцию или ускоряет ее, оставаясь после реакции неизменным, называют катализатором².

Манган(ІV) оксид в роли катализатора используют также при получении кислорода из водного раствора гидроген пероксида Н₂О₂ (тривиальное название — перекись водорода). Если в этот раствор внести указанное соединение Мангана, начинается интенсивное выделение кислорода³. Реакция происходит в соответствии с уравнением

Кислород можно получить разложением натрий нитрата NaNO₃ или калий нитрата KNO₃. Эти соединения при нагревании сначала плавятся, а потом разлагаются:

• Преобразуйте схемы реакций в химические уравнения.

Сведения о том, как можно получить кислород в лаборатории, собраны в схеме 5.

Собирание кислорода в лаборатории. Образующийся кислород можно собирать двумя способами — вытесняя им воду или воздух из сосуда.

¹ Если соединение Мангана не добавлять, происходит другая реакция.

² Термин происходит от греческого слова katalysis — разрушение.

³ Гидроген пероксид без катализатора разлагается очень медленно.

Схема 5

Лабораторные методы получения кислорода

Первый способ основан на том, что кислород очень слабо растворяется в воде. Трубку, по которой идет газ, помещают под пробирку, наполненную водой (рис. 55, 56, а). Собранный таким способом кислород содержит примесь водяного пара.

Используя другой способ, учитывают, что кислород немного тяжелее воздуха. Трубку опускают в пустую пробирку или стакан до самого дна и накрывают отверстие сосуда стеклянной или пластмассовой пластинкой (рис. 56, б). Полноту наполнения сосуда кислородом проверяют тлеющей лучинкой.

Рис. 56. Собирание кислорода: а — вытеснением воды; б — вытеснением воздуха

Выводы

Кислород был открыт в конце XVIII в. несколькими учеными.

В промышленности кислород получают из воздуха, а в лаборатории — с помощью реакций разложения некоторых оксигенсодержащих соединений.

Реакции, при которых из одного вещества образуется по меньшей мере два вещества, называют реакциями разложения.

В лаборатории кислород собирают вытеснением из сосуда воды или воздуха.

146. Как получают кислород в промышленности? Почему, на ваш взгляд, для этого не используют калий перманганат, гидроген пероксид?

147. Какие реакции называют реакциями разложения?

148. Преобразуйте в химические уравнения схемы реакций, одним из продуктов которых является кислород:

149. Что такое катализатор?

150. Какими способами можно собирать кислород, получаемый в лаборатории? На каких физических свойствах кислорода основан каждый способ? В каком случае визуально нельзя установить момент, когда сосуд полностью заполнен кислородом?

151. На рисунке 57 показано, как разлагается при нагревании белое твердое вещество — кадмий нитрат Cd(NO₃)₂. Внимательно рассмотрите рисунок и опишите, что происходит во время реакции. Почему загорается тлеющая лучинка? Составьте соответствующее химическое уравнение.

152. Массовая доля Оксигена в остатке после нагревания калий нитрата KNO₃ составила 40 %. Полностью ли разложилось это соединение?

Рис. 57. Разложение вещества при нагревании

153. По материалам из интернета или других источников информации подготовьте небольшие сообщения о научных достижениях химиков К. В. Шееле, Дж. Пристли и К. Л. Бертолле.