Хімія. Повторне видання. 7 клас. Попель

§ 23. Добування кисню

Матеріал параграфа допоможе вам:

• порівняти методи добування кисню у промисловості і лабораторії;
• з'ясувати, що таке реакція розкладу;
• зрозуміти особливості способів збирання кисню, добутого під час досліду.

Відкриття кисню. Кисень був відкритий у другій половині XVIII ст. кількома вченими різних країн. Першим цей газ добув шведський хімік К.-В. Шеєле в 1772 р., а через два роки, не знаючи про досліди попередника, — англійський хімік Дж. Прістлі. У 1775 р. французький учений А.-Л. Лавуазьє дослідив кисень і дав йому назву oxygen.

Кисень можна виявити за допомогою жевріючої скіпки; вона яскраво спалахує в посудині із цим газом (мал. 62).

Мал. 62. Виявлення кисню: а — жевріюча скіпка на повітрі; б — спалахування скіпки в кисні

Добування кисню в промисловості. Невичерпним джерелом кисню є повітря. Щоб добути з нього кисень, потрібно відокремити цей газ від азоту та інших газів. На цьому ґрунтується промисловий метод добування кисню. Його реалізують, використовуючи спеціальну, досить громіздку апаратуру. Спочатку повітря сильно охолоджують до перетворення його на рідину, а потім температуру зрідженого повітря поступово підвищують. Першим із нього починає виділятися газ азот (температура кипіння рідкого азоту становить -196 °С). Рідина, що залишається, поступово збагачується на кисень (температура кипіння кисню -183 °С).

Рідкий кисень транспортують у спеціальних сталевих резервуарах, що мають подвійні стінки, між якими створено вакуум (для ефективної теплоізоляції). Газуватим киснем наповнюють під високим тиском балони; їх фарбують у блакитний колір (мал. 63).

Мал. 63. Балони з киснем

Добування кисню в лабораторії. Кисень добувають у лабораторії, здійснюючи певні хімічні реакції.

Дж. Прістлі добув кисень зі сполуки, назва якої — меркурій(ІІ) оксид. Учений нагрівав сполуку за допомогою скляної лінзи, яка фокусувала сонячне світло на речовині.

У сучасному виконанні цей дослід зображено на малюнку 64. Порошок меркурій(ІІ) оксиду¹ під час нагрівання перетворюється на ртуть і кисень. Ртуть виділяється в газоподібному стані й конденсується на стінках пробірки у вигляді сріблястих крапель. Кисень накопичується в другій пробірці (її попередньо заповнюють водою).

¹ У багатьох хімічних назвах, які складаються із двох слів, відмінюється лише друге слово.

Мал. 64. Добування кисню нагріванням меркурій(ІІ) оксиду

Хімічне рівняння цієї реакції:

2HgO =^t 2Hg + O₂↑.

Нині метод Прістлі не використовують через токсичність парів ртуті. Кисень добувають за допомогою інших реакцій, подібних до щойно розглянутої. Вони здебільшого відбуваються за нагрівання.

Реакції, під час яких із однієї речовини утворюється кілька інших, називають реакціями розкладу.

Добування кисню на уроках хімії здійснюють розкладом гідроген пероксиду Н₂О₂ (інша назва — перекис водню) в розчині. Такий розчин із масовою часткою гідроген пероксиду 3 % є лікарським засобом; розчинена речовина в ньому майже не розкладається. Якщо до розчину додати невелику кількість манган(IV) оксиду MnO₂, то одразу починає виділятися кисень:

Речовину, яка прискорює хімічну реакцію, залишаючись після її перебігу незміненою, називають каталізатором¹.

¹ Термін походить від грецького слова katalysis — руйнування.

Кисень добувають у навчальних лабораторіях університетів термічним розкладом деяких оксигеновмісних сполук:

• калій перманганату KMnO₄ (побутова назва — марганцівка; водний розчин речовини є дезінфекційним засобом)

• калій хлорату KClO₃

За відсутності каталізатора MnO₂ відбувається інша реакція, серед продуктів якої кисню немає. Отже, каталізатор іноді змінює хімічне перетворення.

Кисень утворюється під час розкладу води постійним електричним струмом:

Цей метод добування кисню використовують у промисловості (у країнах, де виробляють багато електроенергії) і як демонстраційний експеримент у лабораторії (мал. 65).

Мал. 65. Розклад води постійним електричним струмом

Збирання кисню. На малюнках 65 і 66, а показано, як збирають кисень, витискуючиним воду із посудини. Це вдається зробити, бо кисень розчиняється у воді дуже слабко. Зібраний газ містить домішку водяної пари.

Інший спосіб збирання кисню полягає у витисненні ним повітря із посудини. Оскільки кисень трохи важчий за повітря, пробірку або колбу розміщують донизу дном і накривають скляною пластинкою (мал. 66, б).

Мал. 66. Збирання кисню: а — витисненням води; б — витисненням повітря

ВИСНОВКИ

Кисень був відкритий у XVIII ст. кількома вченими. Цей газ добувають у промисловості переважно з повітря, а в лабораторіях — із деяких оксигеновмісних сполук.

Реакції, під час яких з однієї речовини утворюються дві або більше, називають реакціями розкладу.

Речовину, яка прискорює хімічну реакцію, називають каталізатором.

Кисень можна зібрати в посудину витисненням із неї води або повітря.

164. Як добувають кисень у промисловості? Чому, на вашу думку, для цього не використовують гідроген пероксид?

165. Які реакції називають реакціями розкладу?

166. Перетворіть на хімічні рівняння схеми реакцій, під час яких утворюється кисень:

а) Ag₂O →^t Ag + O₂↑;

Mn₂O₇ →^t MnO₂ + O₂↑;

б) Al(NO₃)₃ →^t Al₂O₃ + NO₂↑ + O₂↑;

Ag₂CO₃ →^t Ag + CO₂↑ + O₂↑.

167. Що таке каталізатор?

168. Якими способами можна збирати кисень під час його добування в лабораторії? На яких фізичних властивостях кисню ґрунтується кожний спосіб? В якому разі візуально не можна встановити момент, коли посудина цілком заповнена киснем?

169. На малюнку 67 зафіксовано момент розкладу білої твердої речовини — кадмій нітрату. Уважно розгляньте малюнок і опишіть, що відбувається під час реакції. Чому спалахує жевріюча скіпка? Складіть відповідне хімічне рівняння.

Мал. 67. Розкладання речовини під час нагрівання

170. Студентка добула кисень, нагріваючи натрій нітрат. Схема цієї реакції: NaNO₃ →^t NaNO₂ + O₂↑. Чи повністю розклалася сполука, якщо масова частка Оксигену в залишку після нагрівання становила 50 %?

171. Підготуйте за матеріалами з інтернету повідомлення про наукові здобутки хіміків К.-В. Шеєле та Дж. Прістлі.