Хімія. 7 клас. Ярошенко

§ 25. Добування та збирання кисню. Поняття про каталізатори. Реакція розкладу

Вивчення параграфа допоможе вам:

• складати рівняння реакції добування кисню з гідроген пероксиду;
• зрозуміти роль каталізаторів;
• наводити приклади і пояснювати суть реакцій розкладу;
• обирати способи збирання газів

Щоб проводити у хімічній лабораторії досліди з киснем, його добувають із деяких оксигеновмісних речовин. Як саме це роблять, ви дізнаєтеся з параграфа.

ПОНЯТТЯ ПРО КАТАЛІЗАТОР. У шкільній хімічній лабораторії кисень добувають із розчину гідроген пероксиду H₂O₂, більш відомого вам під медичною назвою «перекис водню». Вже при кімнатній температурі він починає розкладатися з виділенням кисню. Для прискорення реакції додають невелику кількість манґан(IV) оксиду МnО₂ — твердої, нерозчинної у воді речовини чорного кольору. Під час реакції манґан(IV) оксид не витрачається, але його наявність значно прискорює хімічну реакцію. Речовини такої дії дістали назву каталізатори.

• Каталізаторами називають речовини, які прискорюють хімічні реакції інших речовин, але при цьому самі не витрачаються і не входять до складу утворених продуктів реакції. Тому їхні формули не пишуть ні в лівій, ні в правій частині рівнянь хімічних реакцій.

Каталізатори використовують не лише у лабораторіях, а й на хімічних заводах для виробництва різних речовин. Багато каталізаторів міститься в організмі людини. Вони мають загальну назву ферменти. За участю ферментів відбуваються тисячі хімічних реакцій, що забезпечують перетворення речовин та енергії, тобто життєдіяльність організмів.

Існують також речовини, які, навпаки, не прискорюють, а сповільнюють реакції інших речовин і теж при цьому не витрачаються. Їх називають інгібіторами. Каталізатори та інгібітори — речовини багаторазової дії.

СПОСОБИ ЗБИРАННЯ КИСНЮ ТА ІНШИХ ГАЗІВ. Існує два способи збирання газоподібних речовин: витісненням води (мал. 84, а) та витісненням повітря (мал. 84, б, в). Важливо завчасно продумувати, яким із них доцільно скористатися у конкретному випадку.

• Витісненням води збирають лише ті гази, які в ній погано розчиняються. Якщо газоподібна речовина добре розчиняється у воді, то не витісняє її з посудини.

Ви вже знаєте, що кисень погано розчинний у воді. Тому для його збирання можна скористатися цим способом.

Другим способом збирання газів — витісненням повітря — можна збирати всі газоподібні речовини. Слід лише визначитися з тим, як розташовувати посудину-приймач — донизу (мал. 84, б) чи догори (мал. 84, в) дном.

Мал. 84. Способи збирання газоподібних речовин

Немає сумніву, що, заповнюючи пробірку водою, ви її триматимете дном донизу, а не навпаки. Тепер уявіть собі, що ви надумали заповнити пробірку водою, тримаючи її догори дном. Що з цього вийде? Щось подібне станеться, якщо ви наповнюватимете важчим за повітря газом пробірку, що розташована догори дном. Він «виливатиметься», точніше, буде опускатися вниз, а не підніматиметься вгору. Зібрати такий газ у перевернуту догори дном пробірку вам не вдасться.

Зовсім по-іншому поводить себе газ, легший за повітря. Виділившись через газовідвідну трубку, він піднімається вгору. Там йому на перепоні стає дно перевернутої пробірки-приймача, і газ залишається в ній. Збирати такий газ у пробірку, розташовану донизу дном, зрозуміло, не вдасться.

• Легші за повітря гази збирають способом витіснення повітря, тримаючи посудину-приймач догори дном. Для збирання важчого за повітря газу пробірку тримають донизу дном.

Оскільки кисень трохи важчий за повітря, його збирають, тримаючи пробірку донизу дном.

Слід пам’ятати про те, що при добуванні кисню та інших газів пробка з газовідвідною трубкою має щільно (герметично) закривати отвір пробірки. Якщо цього не буде, то кисень виділятиметься не лише через газовідвідну трубку, а й через нещільно вставлену пробку. Тому перед проведенням досліду з добування газу пробірку й газовідвідну трубку з пробкою перевіряють на герметичність так, як це показано на малюнку 85. Якщо прилад зібрано герметично, досить швидко у воді з’являться бульбашки газу. Це повітря, яке від нагрівання теплом долоні розширилося і надійшло у воду через газовідвідну трубку.

Мал. 85. Перевірка на герметичність приладу для добування газів

ДОБУВАННЯ КИСНЮ З ГІДРОГЕН ПЕРОКСИДУ. Для добування кисню з гідроген пероксиду змонтуємо прилад, як показано на малюнку 86а, і приготуємо все необхідне для його збирання витісненням повітря (мал. 86, б) та витісненням води (мал. 86. б).

Наллємо у круглодонну колбу з бічним відгалуженням, на якому закріплено газовідвідну трубку, невелику кількість розчину гідроген пероксиду. Додамо на кінчику шпателя каталізатора й відразу закриємо колбу пробкою, у яку вмонтовано крапельну лійку. Без будь-якого нагрівання відразу ж розпочинається реакція, про що свідчить «закипання» гідроген пероксиду. Піднесена до отвору газовідвідної трубки тліюча скіпка яскраво спалахне. Це доводить, що виділяється кисень.

• Наявність кисню можна довести за допомогою тліючої скіпки. За наявності кисню вона яскраво спалахне.

Послідовно заповнимо киснем, що виділяється, колбу — способом витіснення повітря (мал. 86, б) та пробірку — витісненням води (мал. 86, в). Зберемо спершу кисень шляхом витіснення повітря у конічну колбу, тримаючи ЇЇ донизу дном (мал. 86, б). Цей спосіб простий, проте неточний, оскільки кисень теж безбарвний і міра наповнення колби газом потребує контролю. Тому наповнення посудини киснем час від часу перевірятимемо піднесенням тліючої скіпки до отвору колби.

Мал. 86. Добування кисню з гідроген пероксиду та збирання його

Зберемо кисень у пробірку, але вже способом витіснення води. Добре видно, як бульбашки кисню витісняють воду з пробірки. Тільки-но воду повністю буде витіснено, закриємо пробірку під водою пластинкою чи пробкою, дістанемо її звідти та поставимо у штатив для пробірок. Тліючою скіпкою переконаємося, що пробірка наповнена киснем.

Увага! Після завершення збирання кисню кінець газовідвідної трубки не залишають у посудині з водою. Тому що після закінчення реакції через газовідвідну трубку в колбу з гідроген пероксидом почне швидко надходити вода із посудини.

РЕАКЦІЇ РОЗКЛАДУ. Утворення у проведеному досліді нової речовини — кисню — свідчить про перебіг хімічного явища, або хімічної реакції. Напишемо її рівняння:

2Н₂О₂ = 2Н₂О + О₂↑ (1)

У рівняннях хімічних реакцій після формул газоподібних речовин досить часто ставлять стрілку ↑.

З рівняння бачимо, що до реакції існувала одна складна речовина, а після реакції утворилися дві нові. Це — складна речовина — вода й проста речовина — кисень.

• Реакції, в результаті яких з однієї складної речовини утворюється дві чи більше нових речовин, називають реакціями розкладу.

Один із відкривачів кисню Джозеф Прістлі добув його реакцією розкладу меркурій(ІІ) оксиду:

2HgO = 2Hg + Ο₂↑ (2)

Хімічну реакцію добування кальцій оксиду (негашеного вапна) СаО у промисловості відображає рівняння

СаСО₃ = СаО + СО₂↑ (3)

З’ясуйте, скільки речовин в обох рівняннях до і після реакції та їх склад. Чи належать вони до реакцій розкладу? Прості чи складні речовини є продуктами кожної з трьох розглянутих у параграфі реакцій?

Як бачимо, продуктами реакцій розкладу є прості й складні речовини, тоді як реагентом може бути тільки складна речовина.

ДОБУВАННЯ КИСНЮ В ПРОМИСЛОВОСТІ. У промисловості найбільше кисню добувають у повітророзподільних установках, де спершу в умовах низьких температур газоподібне повітря перетворюється в рідину. Після цього рідке повітря повільним нагріванням розділяють на окремі його компоненти.

До промислових способів одержання кисню належить також розклад води під дією постійного електричного струму:

2Н₂О = 2Н₂↑ + О₂↑

Скарбничка ерудита

Гідроген пероксид Н₂О₂ — нестійка речовина, й при тривалому зберіганні розкладається під дією світла. Щоб запобігти розкладанню, розчин гідроген пероксиду зберігають у посуді з темного скла з додаванням інгібітора — ортофосфатної кислоти Н₃РО₄.

Перекис водню є в кожній аптечці першої допомоги. Ним обробляють відкриті рани, діє він як сильний і безболісний знезаражувальний засіб.

1. Які речовини називають каталізаторами? Наведіть приклади реакцій за участю каталізаторів.

2. Поясніть, які реакції належать до реакцій розкладу. Наведіть приклади.

3. Запропонуйте спосіб виявлення кисню дослідним шляхом

4. Як перевірити прилад для добування газів на герметичність?

5. Назвіть, якими способами можна збирати гази. Що необхідно знати про газоподібну речовину, аби правильно її зібрати?

6. Який малюнок (а, б чи в) ілюструє правильний спосіб збирання кисню витісненням повітря?

7. Укажіть речовину, яка не підлягає реакції розкладу:

• А вода
• Б меркурій(ІІ) оксид
• В водень
• Г гідроген пероксид

8. Напишіть рівняння реакцій розкладу за наведеними схемами:

• a) NH₄Cl → ΝΗ₃↑ + НСl↑;
• б) Ag₂O → Ag + О₂↑;
• в) МgСО₃ = МgО + СО₂↑.

За рівнянням реакції б) обчисліть, яку масу аргентум(І) оксиду слід розкласти, щоб виділився кисень масою 3,2 г, якщо відомо, що маса другого продукту реакції — срібла — дорівнює 43,2 г.

9*. Випишіть із тексту параграфа наведені в ньому рівняння реакцій. Що в них спільного? Формули простих речовин підкресліть у рівняннях однією рискою, а складних — двома.

Ознайомтеся з переліком речовин, які при нагріванні також легко розкладаються з виділенням кисню. Це — аргентум(І) оксид, натрієва селітра NaNO₃, калієва селітра KNO₃ бертолетова сіль КСlO₃ калій перманганат КМnО₄ та деякі інші. Пам’ятаючи, що у кожній з реакцій виділяється кисень, напишіть та перевірте у групі рівняння реакцій за схемами:

• a) NaNO₃ → NaNO₂ + ?
• б) КСlО₃ → КСl + ?
• в) KNO₃ → KNO₂ + ?
• г) КМnО₄ → К₂МnО₄ + МnО₂ + ?