Хімія. Повторне видання (2025). 8 клас. Попель
§ 6. Одержання кисню
«Навіщо одержувати кисень?» — запитаєте ви. Адже ми дихаємо цим газом у складі повітря. Бензин згоряє в автомобільному двигуні, куди потрапляє повітря. Аквалангісти можуть довго милуватися підводним світом завдяки використанню для дихання балонів зі стисненою сумішшю газів, яка містить кисень. Однак є багато сфер діяльності людини, де необхідний чистий кисень. У медицині він незамінний у лікуванні захворювань дихальних шляхів, серцево-судинної системи, у проведенні хірургічних операцій, у разі отруєнь. Не обходяться без нього і в космічній галузі — у космічні кораблі, крім палива, завантажують зріджений кисень. А метали зварюють і ріжуть ацетиленово-кисневим пальником.
Дізнаєтеся, зрозумієте, використаєте
- Як одержують кисень?
- Яку речовину називають каталізатором?
- Як зібрати одержаний кисень?
Одержання кисню в промисловості. Невичерпним джерелом кисню є повітря. Щоб одержати з нього кисень, потрібно відокремити цей газ від азоту та інших газів. На цьому ґрунтується промисловий метод. Його реалізують, використовуючи спеціальну, досить громіздку апаратуру. Повітря сильно охолоджують до перетворення його на рідину, а потім температуру зрідженого повітря поступово підвищують. Спочатку з нього виділяється переважно газ азот (температура кипіння рідкого азоту -196 °С). Рідина, що залишається, поступово збагачується киснем (температура кипіння рідкого кисню -183 °С). Унаслідок зрідження і випаровування суміші речовин одержують окремо азот і кисень.
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. 15).
Мал. 15. Балони з киснем
Відшукаймо
За матеріалами з інтернету довідайтеся, якими ще газами наповнюють металеві балони і в який колір пофарбований балон з кожним газом.
Обговорюймо
Чому в лікарнях використовують балони з киснем, а в дайвінгу — балони з газовими сумішами, за складом подібними до повітря?
Одержання кисню в лабораторії. Кисень одержують у лабораторії, здійснюючи хімічні реакції.
Відкривачі кисню англієць Дж. Прістлі і швед К.-В. Шеєле одержали цей газ із речовини, хімічна формула якої — HgO. Її нагрівали за допомогою скляної лінзи, яка фокусувала на речовині сонячне світло. Докладніше про відкриття кисню ви можете дізнатися за покликанням у QR-коді (https://h8.academiabook.club/p-7-kusen.html).
text
У сучасному виконанні цей дослід зображено на малюнку 16. Речовина HgO внаслідок 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 заздалегідь заповнюють водою).
Мал. 16. Одержання кисню нагріванням речовини HgO
Виконаймо вправу
Складіть рівняння цієї реакції із зазначенням умов її перебігу та агрегатного стану кисню.
Обговорюймо
Чому, на ваш погляд, описаний спосіб одержання кисню нині не використовують?
Реакцію, унаслідок якої з однієї речовини утворюється щонайменше дві, називають реакцією розкладу.
Одержання кисню на уроках хімії здійснюють розкладанням гідроген пероксиду Н2О2 (інша назва речовини — перекис водню) у водному розчині. Такий розчин із масовою часткою гідроген пероксиду 3 % є лікарським засобом; у ньому розчинена речовина розкладається дуже повільно. Якщо до розчину додати невелику кількість речовини МnО2, починається інтенсивне виділення кисню. Рівняння цієї реакції:
Речовину, яка прискорює хімічну реакцію і не є її продуктом, називають каталізатором1.
1 Термін походить від грецького слова «каталізис» — руйнування, розпад.
Дізнатися більше про каталізатори ви можете за покликанням у QR-коді (https://h8.academiabook.club/p-7-katalizator.html).
text
Обговорюймо
Слово «каталізатор» використовують не лише в хімії. Наведіть приклади речень із цим словом, які стосуються діяльності людей.
Кисень утворюється під час розкладу води за дії постійного електричного струму:
2Н2О =ел. струм 2H2↑ + O2↑.
Цей спосіб одержання кисню використовують у демонстраційному експерименті (мал. 17). Побачити його ви зможете за покликанням у QR-коді (https://h8.academiabook.club/p-7-video.html).
video
Мал. 17. Розклад води постійним електричним струмом
Обговорюймо
Висловте гіпотезу стосовно того, про що може свідчити вдвічі більший об’єм водню, ніж кисню (мал. 17).
Варто знати
Першим виявив, що вода розкладається електричним струмом, англійський фізик і хімік Вільям Ніколсон у 1800 р. Він застосував в експерименті сконструйовану разом з колегою електричну батарею.
Збирання кисню. Оскільки кисень розчиняється у воді дуже слабко, його збирають, витискуючи ним воду з посудини (мал. 16—18, а). Зібраний газ містить домішку пари.
Інший спосіб збирання кисню полягає у витисненні ним повітря з посудини (мал. 18, б). Оскільки кисень трохи важчий за повітря, посудину розміщують дном донизу.
Мал. 18. Збирання кисню: а — витисненням води; б — витисненням повітря
Виявлення кисню. Кисень можна виявити за допомогою скіпки, що тліє; вона яскраво спалахує в посудині з цим газом (мал. 19).
Мал. 19. Виявлення кисню: а — скіпка, що тліє в повітрі; б — спалахування скіпки в кисні
Обговорюймо
Висловте гіпотезу щодо того, чому скіпка, яка жевріє в повітрі, спалахує в кисні.
ВИОКРЕМЛЮЄМО ОСНОВНЕ
Проаналізувавши матеріал, викладений у параграфі, запишіть у зошиті висновки про способи одержання кисню.
Думаймо
Сформулюйте цікаве запитання за темою параграфа і поставте його своїм однокласникам/однокласницям. Зіставте свою і їхні відповіді та оцініть їх. Поясніть, чому ваша оцінка саме така.
ВАШІ ДОСЯГНЕННЯ І ВІДКРИТТЯ
Перевірмо себе
1. Якими способами можна зібрати кисень під час його одержання в лабораторії? На яких фізичних властивостях кисню ґрунтується кожний спосіб? У якому разі не можна візуально встановити момент, коли посудина цілком заповнена киснем?
2. Яку речовину називають каталізатором?
Аналізуймо
3. Чому, на вашу думку, для одержання кисню в промисловості не використовують гідроген пероксид?
4. На малюнку 20 зафіксовано момент розкладу білої твердої речовини, формула якої — Cd(NO3)2. Уважно розгляньте малюнок та опишіть, що відбувається під час реакції. Чому спалахує скіпка, що тліє? Складіть відповідне хімічне рівняння.
Мал. 20. Розкладання речовини під час нагрівання
5. Чи можна, з огляду на викладене в параграфі, класифікувати хімічні реакції на два типи — каталітичні та некаталітичні? Відповідь аргументуйте.
Виконаймо вправу
6. Перетворіть на хімічні рівняння схеми реакцій, під час яких утворюється кисень:
a) Ag2O →t Ag + О2↑;
Mn2O7 →t MnO2 + О2↑;
б) Al(NO3)3 →t Al2O3 + NO2↑ + О2↑;
Ag2CO3 →t Ag + CO2↑ + О2↑.
Розв'язуймо задачу
7.*Студентка одержала кисень, нагріваючи речовину NaNO3. Схема цієї реакції:
NaNO3 →t NaNO2 + O2↑.
Чи цілком розклалася речовина, якщо масова частка Оксигену в отриманому твердому залишку становила 50 %? Відповідь дайте на підставі розрахунків. Візьміть до уваги те, що обидві сполуки Натрію — кристалічні речовини.
Створюймо проєкт
8. Підготуйте за матеріалами з інтернету повідомлення про наукові здобутки відкривачів кисню К.-В. Шеєле та Дж. Прістлі.
Формуймо словничок
9. Випишіть ключові слова і словосполучення з тексту параграфа для укладання двомовного словничка.
Оцінюймо свої знання
10. Створіть у зошиті таблицю оцінювання ваших знань і заповніть її.
Експериментуємо в хімічному кабінеті/лабораторії
ОДЕРЖУЄМО КИСЕНЬ
Дотримуйтеся правил безпеки!
Для виконання експерименту вам потрібні водний розчин гідроген пероксиду, каталізатор — речовина МnО2, а також прилад для одержання газу, склянка, промивалка з водою, шпатель, штатив для пробірок, пробірка для збирання газу, дерев’яна скіпка, спиртівка/сухе пальне, сірники.
Працюючи з вогнем, будьте обережними.
Передусім підготуйте в зошиті таблицю, у яку під час експерименту записуйте свої дії та спостереження, а після його завершення — висновки і рівняння реакції:
|
Дії |
Спостереження |
Висновки |
|
... |
... |
... |
|
Рівняння реакції: |
||
Складаємо прилад. Щоб зробити прилад для одержання газу (мал. 21), потрібні пробірка та гумовий корок з отвором, у який уставлена трубка (її називають газовідвідною). Щільно закрийте пробірку корком із газовідвідною трубкою, ніби вкручуючи корок. Не докладайте надмірних зусиль, щоб не тріснуло скло.
Мал. 21. Прилад для одержання газу
Перевіряємо прилад на герметичність. У невелику склянку налийте воду до половини її об’єму. Кінець газовідвідної трубки занурте у воду і зігрійте пробірку рукою (мал. 22). Якщо з’єднання пробірки, корка і трубки герметичні, то за кілька секунд із трубки почнуть виходити бульбашки повітря, оскільки об’єм будь-якого газу в разі підвищення температури збільшується. Якщо повітря з трубки не виділяється, роз’єднайте частини приладу, а потім знову з’єднайте їх. Можна замінити пробірку або корок із газовідвідною трубкою на інші — більшого чи меншого розміру.
Мал. 22. Перевірка приладу на герметичність
Одержуємо і збираємо кисень. Розберіть прилад. Налийте у пробірку (до 1/4—1/3 її об’єму) розчин гідроген пероксиду і додайте до нього трохи каталізатора — порошку речовини МnО2. Що спостерігаєте?
Одразу закрийте пробірку корком із газовідвідною трубкою, поставте у штатив для пробірок1, а кінець трубки опустіть до дна іншої пробірки (мал. 23).
1 Або закріпіть пробірку в лабораторному штативі за допомогою лапки.
Мал. 23. Одержання кисню
Виявляємо кисень. Через кілька хвилин запаліть спиртівку чи сухе пальне, підпаліть від полум’я довгу дерев’яну скіпку і пригасіть її (як це ви робите із сірником), щоб вона ледве тліла. За допомогою скіпки доведіть, що зібраний газ — кисень.
Після завершення експерименту погасіть скіпку і спиртівку (сухе пальне), розберіть прилад, вилийте вміст пробірки в спеціальну посудину і вимийте пробірку.
МІРКУЄМО, ПОРІВНЮЄМО, АНАЛІЗУЄМО
1. Що відбуватиметься із скіпкою, що тліє, якщо пробірка буде лише частково заповнена киснем?
2. Як можна видалити зібраний кисень із пробірки?
3. Домішки яких речовин можуть бути в кисні, зібраному:
- а) витисненням повітря;
- б) витисненням води?
Експериментуємо після уроків
ДОСЛІДЖУЄМО ВПЛИВ ТЕМПЕРАТУРИ НА РОЗКЛАД ГІДРОГЕН ПЕРОКСИДУ
Для виконання експерименту вам знадобиться медичний препарат — водний розчин гідроген пероксиду з його масовою часткою 3 %.
У дві пробірки налийте по 2—3 мл розчину гідроген пероксиду. Чи помічаєте в розчині бульбашки кисню — продукту розкладу речовини Н2О2?
Налийте в одну термостійку склянку ємністю 200 мл до половини її об’єму гарячу воду (~60—70 °С), а в другу — таку саму кількість киплячої води (~100 °С) і помістіть у кожну склянку пробірку з розчином гідроген пероксиду. Що спостерігаєте?
Доведіть, що газ, який утворюється, — кисень.
У якій пробірці гідроген пероксид розкладається інтенсивніше?
Зробіть висновок про те, як залежить швидкість розкладу гідроген пероксиду від температури.
МІРКУЄМО, ПОРІВНЮЄМО, АНАЛІЗУЄМО
Спробуйте пояснити вплив температури на реакцію розкладу гідроген пероксиду.
