Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко (2025)
§ 16. Як добути і зібрати кисень
• Кисень, водень чи повітря об’ємом 11,2 л (н. у.) кожний має більшу масу?
• У скільки разів відрізняються густина повітря і густина води?
• На основі набутих знань і власного досвіду вислови судження про потребу в промисловому добуванні кисню.
Опрацюй. Зрозумій. Використай
ДОБУВАННЯ КИСНЮ. Промислове добування кисню з повітря потребує спеціальної газороздільної установки і дуже низьких температур. Для лабораторного способу добування кисню — розкладання води електричним струмом на водень і кисень — потрібні спеціальне обладнання й постійний електричний струм.
В лабораторії кисень також добувають із оксигеновмісних неорганічних речовин, які легко розкладаються з виділенням кисню. Однією з таких речовин є гідроген пероксид Н2О2, що за нормальних умов перебуває в рідкому агрегатному стані. Речовина повільно розкладається на воду й кисень навіть без нагрівання. Проте, якщо до гідроген пероксиду додати небагато (на кінчику шпателя) манган(ІV) оксиду МnО2 — твердої, нерозчинної у воді речовини чорного кольору, виділення кисню значно пришвидшується.
Цей процес проводять у приладі для добування газів (мал. 18) або в саморобному приладі, виготовленому за його зразком.
Мал. 18. Прилад для добування газів
Прилад складається з пробірки зі скляним тубусом (1), лійки з довгим відростком (2), вставленої в гумовий корок (3), газовідвідної гумової трубки (4), скляного наконечника на кінці гумової трубки (5), пружинного зажиму (6).
Манган(IV) оксид під час добування кисню з гідроген пероксиду прискорює хімічну реакцію, але сам не витрачається. Речовини з такою дією називають каталізаторами.
Каталізатори — це речовини, які прискорюють хімічні реакції, але при цьому самі не витрачаються і не входять до складу продуктів реакції.
У схемах чи хімічних рівняннях реакцій формули каталізаторів пишуть над стрілкою чи знаком « = », наприклад:
2SO2 + О2 =V2O5 2SO3.
Серед неорганічних речовин прикладами каталізаторів є манган(ІV) оксид, ванадій(V) оксид.
Медіапошук
Каталізатори використовують не лише в лабораторіях, а й на хімічних підприємствах. Різноманітні хімічні реакції в організмі людини відбуваються завдяки ферментам.
Завдання. Із доступних джерел добери інформацію про:
- використання каталізаторів у промисловому виробництві речовин;
- фермент чи групу ферментів.
Результати інформаційного пошуку презентуй на уроці.
ПЛІЧ-О-ПЛІЧ
Завдання 1. За наведеними схемами напишіть хімічні рівняння.
Н2О2 →t°, MnO2 H2O2 + O2↑
HgO →t° Hg + O2↑
NaNO3 →t° NaNO2 + O2↑
КМnО4 →t° К2ΜnΟ2 + MnO2 + О2↑
Завдання 2. Обговоріть у групі і з’ясуйте:
- скільки реактантів у кожній реакції;
- скільки продуктів реакції в кожному рівнянні;
- простими чи складними речовинами є реактанти;
- простими чи складними речовинами є продукти реакції.
Завдання 3. Знайдіть спільне в записаних вами у завданні 1 хімічних рівняннях.
У природі та лабораторіях відбувається чимало реакцій, в яких з одного реагента / реактанта утворюється кілька продуктів реакції. Такі реакції об’єднують в один тип під назвою реакції розкладу.
Реакції, в результаті яких з однієї складної речовини утворюється дві чи більше нових речовин, називають реакціями розкладу.
Схема реакції розкладу:
Завдання. Поміркуй, чи можуть прості речовини бути реагентами реакцій розкладу.
ЯК ДОБУТИ І ЗІБРАТИ КИСЕНЬ В ЛАБОРАТОРІЇ? Тепер ти знаєш, що кисень в лабораторії можна добути реакцією розкладу деяких оксигеновмісних речовин.
Перед дослідником завжди постає питання: «Як правильно зібрати газ, що виділяється?». Для відповіді на це питання потрібно з’ясувати розчинність газу у воді та його відносну густину за повітрям.
Гази збирають двома способами (мал. 19).
Мал. 19. Способи збирання газів: 1a і 1б — витісненням повітря; 2 — витісненням води
Способом витіснення води можна збирати гази, які в ній погано розчиняються, наприклад водень і кисень. А от амоніак цим способом не збереш, бо він не витіснятиме воду з посудини, в яку його хочуть зібрати, а розчинятиметься у воді та взаємодіятиме з нею.
Витісненням повітря можна збирати і добре розчинні, й погано розчинні у воді гази. Але є одна засторога: гази, важчі за повітря, збирають, тримаючи посудину-приймач, як показано на малюнку 19 (1б), тобто донизу дном. Важчий за повітря газ «переливатиметься» у посудину-приймач і наповнюватиме її подібно до того, як воду наливають у склянку, пробірку тощо. А тепер уяви, чим би закінчилася спроба наповнити водою пробірку, перевернуту догори дном? За аналогією спрогнозуй, чи наповниться вона важчим за повітря газом. Легші за повітря гази збирають способом, що показаний на малюнку 19 (1а).
Малорозчинні у воді гази збирають і витісненням води, і витісненням повітря. Добре розчинні у воді гази збирають витісненням повітря. Перед збиранням газу витісненням повітря, спершу обчислюють його відносну густину за повітрям, щоб обрати правильне розташування посудини-приймача (догори чи донизу дном).
Наповнення посудини-приймача киснем перевіряють тліючою дерев’яною скіпкою. Скіпку підносять збоку отвору посудини, і якщо кисень є в посудині, то тліюча скіпка яскраво спалахне.
Завдання. Поміркуй, чи можна зібрати газ гідроген хлорид способом витіснення води, якщо він добре в ній розчиняється. Запропонуй спосіб його збирання.
ХІМІЧНА СКАРБНИЦЯ
Іноді досліднику не вдається зібрати у посудину-приймач кисень чи іншу газувату речовину, виділення якої спостерігається в приладі для добування газів. Таке трапляється, якщо корок негерметично закриває отвір приладу для добування газу, і газ крізь шпаринки виходить у навколишнє середовище. Щоб подібного не трапилось, перед заповненням приладу речовиною, з якої добуватимуть газ, прилад перевіряють на герметичність (мал. 20).
Мал. 20. Перевірка на герметичність приладу для добування газів
Якщо корок щільно закриває отвір і проникнення газу в місці його розташування не відбувається, то потримавши прилад у долоні, як показано на малюнку 20, 10-20 секунд, можна побачити виділення бульбашок повітря, яке було у приладі й від нагрівання теплою долонею розширилося та надійшло у воду через газовідвідну трубку.
Переконавшись у герметичності приладу, можна розпочинати добування газу.
НУМО ДОСЛІДЖУВАТИ
ЗДОБУВАННЯ І ЗБИРАННЯ КИСНЮ
Мета дослідження: добути, виявити і зібрати кисень способом витіснення повітря.
Речовини та обладнання: розчин гідроген пероксиду, каталізатор манган(IV) оксид МnО2, шпатель, пробірки, штатив для пробірок, корок із газовідвідною трубкою, лабораторний штатив, дерев’яна скіпка, сірники, посудина-приймач для кисню (хімічна склянка, колба, пробірка), скляна паличка.
Завдання. Проведи дослідження з добування та виявлення кисню.
Крок 1. Перевір герметичність приладу в місці розташування корка.
Крок 2. Скористайся допомогою вчителя або лаборанта і закріпи прилад вертикально в лапці лабораторного штатива так, щоб кінець газовідвідної трубки майже торкався дна посудини, в яку збиратимеш кисень (мал. 21).
Мал. 21. Добування та збирання кисню способом витіснення повітря
Крок 3. Відміряй 2 мл гідроген пероксиду і через відкритий корок залий його у прилад. Перш ніж закрити корок, внеси у пробірку на кінчику шпателя каталізатор — манган(IV) оксид.
Крок 4. Спостерігай за реакцією й періодично піднось до кінчика газовідвідної трубки тліючу скіпку. Як тільки вона загориться яскраво, це означатиме, що із пробірки та газовідвідної гумової трубки все повітря витіснилось киснем і можна переходити до його збирання.
Крок 5. Збери кисень у пробірку способом витіснення повітря. Наповнення пробірки киснем перевіряй тліючою скіпкою.
Звіт про виконане дослідження та висновки запиши у зошит у вигляді таблиці 15.
Таблиця 15
|
Крок |
Твої дії |
Результат, твої пояснення |
Візуалізувати і правильно виконати це дослідження тобі допоможе перегляд відео за покликанням https://qr.orioncentr.com.ua/ifcEo або QR-кодом.
ТОБІ ДО СНАГИ
1. До фізичних чи хімічних явищ належать:
- а) добування кисню з повітря;
- б) добування кисню з води?
2. Які речовини називають каталізаторами? Наведи приклади реакцій із використанням каталізаторів.
3. Які властивості газоподібної речовини необхідно враховувати, щоб правильно її зібрати?
4. Ознайомся зі схемами реакцій розкладу речовин із виділенням кисню і напиши рівняння реакцій:
Ag2O → Ag + O2↑;
КСlО3 → КСl + O2↑;
KNO3 → KNO2 + O2↑.
За одним із рівнянь склади умову задачі на обчислення з використанням кількісних відношень речовин у хімічній реакції.
5. Який малюнок ілюструє правильний спосіб збирання витісненням повітря вуглекислого газу, а який — гелію? Відповідь обґрунтуй.
6. Наведи власні приклади газів, які можна збирати способами, що ілюструє малюнок 19 (с. 78).
