"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А. и др./ Под ред. Лунина В.В.
Кислород в лаборатории получают из веществ, содержащих кислород, чаще всего разложением перманганата калия или пероксида водорода. В первом случае вещество нагревают, а во втором используют катализатор — диоксид марганца. Выделившийся газ собирают вытеснением воды, потому что кислород мало растворяется в ней. Главные умения темы — правильно записывать уравнения реакций, отличать исходное вещество от катализатора и распознавать кислород по способности поддерживать горение.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Кислород — газ, который в лаборатории получают из кислородсодержащих веществ. Его формула — O₂: молекула состоит из двух атомов кислорода. Это обозначение нужно помнить, чтобы правильно записывать газ среди продуктов реакции.
Разложение — превращение одного сложного вещества в несколько более простых. При такой реакции исходная частица распадается, поэтому из одного вещества можно получить кислород и другие продукты. Именно это позволяет выделить кислород из соединения, в котором он уже содержится.
Катализатор — вещество, ускоряющее химическую реакцию и остающееся неизрасходованным. При получении кислорода из пероксида водорода такую роль выполняет диоксид марганца MnO₂. Он помогает реакции идти быстрее, но не является исходным веществом или продуктом.
Собирание газа вытеснением воды — способ получения газа в сосуде, основанный на его малой растворимости в воде. Сосуд заранее заполняют водой и переворачивают в кювете, а газ вводят внутрь. Кислород вытесняет воду, не смешиваясь с ней в значительном количестве.
Для лабораторного получения кислорода выбирают реакцию разложения, потому что так газ образуется непосредственно из одного исходного соединения. Вещество должно содержать кислород, быть достаточно безопасным и разлагаться при доступных условиях. Также желательно, чтобы продукты реакции не мешали отделению газа и чтобы процесс можно было контролировать нагреванием или катализатором.
Перманганат калия помещают в пробирку и нагревают. При нагревании его частицы распадаются, образуя манганат калия, диоксид марганца и молекулярный кислород. Уравнение реакции: 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑. Коэффициент 2 перед формулой перманганата нужен, чтобы число атомов каждого элемента слева и справа совпадало.
Другой способ основан на разложении раствора пероксида водорода. Вещество превращается в воду и кислород, а диоксид марганца ускоряет этот процесс: 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑. MnO₂ не является реагентом, потому что не расходуется в общем уравнении. В отличие от реагента, катализатор указывают над стрелкой.
Установка состоит из пробирки или колбы с исходным веществом, плотно закрытой пробкой и газоотводной трубки. Свободный конец трубки опускают в сосуд, заполненный водой, чтобы выделяющийся газ поступал под воду. Герметичность нужна для того, чтобы кислород не уходил в воздух, а вода не попадала обратно в нагретую пробирку.
Кислород удобно собирать над водой, потому что он мало растворим в ней и не реагирует с ней при обычных условиях. Пузырьки газа заполняют перевёрнутый сосуд, постепенно вытесняя воду. Когда вода почти полностью вышла, а пузырьки перестали занимать объём сосуда, его считают заполненным кислородом.
| Способ | Исходное вещество | Условия и катализатор | Что наблюдают | Уравнение реакции | Способ собирания кислорода |
|---|---|---|---|---|---|
| Разложение перманганата калия | KMnO₄ | Нагревание, без катализатора | Выделяются пузырьки газа; твёрдое вещество изменяется | 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑ | Вытеснением воды |
| Разложение пероксида водорода | H₂O₂ | Раствор; катализатор MnO₂ | Быстро выделяются пузырьки газа | 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑ | Вытеснением воды |
Таблицу удобно читать по строкам: каждая строка показывает полный способ получения кислорода. Сначала найдите исходное вещество и условия, затем сравните наблюдения и уравнение реакции. Последний столбец связывает свойства кислорода с практическим способом его сбора.
При нагревании перманганата калия выделяется газ. Нужно определить его и записать уравнение реакции разложения. Для решения важно вспомнить, какой газ получают при нагревании KMnO₄, а затем проверить сохранение атомов.
Ответ: выделяется кислород O₂; 2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑.
Пероксид водорода разлагают в присутствии диоксида марганца. Нужно указать роль каждого вещества и записать уравнение. Сначала отделяем исходное вещество от добавки, затем составляем продукты разложения.
Ответ: H₂O₂ — реагент, MnO₂ — катализатор; 2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑.
Для получения кислорода собрали установку с газоотводной трубкой. Нужно выбрать способ собирания и объяснить проверку газа. Выбор делают не по названию установки, а по свойствам кислорода.
Ответ: кислород собирают над водой, а распознают по усилению горения тлеющей лучинки.
Ошибка: считать MnO₂ исходным веществом при разложении H₂O₂. Её допускают, потому что диоксид марганца записан рядом с реакцией. Проверьте себя: если вещество ускоряет процесс и не входит в продукты, это катализатор, а не реагент.
Ошибка: записывать кислород как отдельные атомы O. В природе и в уравнении реакции кислород выделяется молекулами O₂. Сверяйте формулу простого вещества с его молекулярным составом.
Ошибка: забывать коэффициенты или расставлять их случайно. Так нарушается закон сохранения атомов. После записи уравнения пересчитайте атомы каждого элемента слева и справа.
Ошибка: собирать любой газ над водой. Такой способ подходит только газам, которые мало растворяются в воде и не реагируют с ней. Перед выбором метода проверьте оба свойства газа.
Для понимания темы нужны формулы веществ, состав молекул и правила расстановки коэффициентов в уравнениях реакций. Без этого трудно определить продукты и проверить правильность записи.
Реакция разложения и катализатор встречаются при изучении других способов получения веществ и скорости химических реакций. Эти понятия помогают объяснять не только состав продуктов, но и условия протекания процесса.
Лабораторное получение кислорода связывает способы получения вещества с его свойствами. Наблюдение за поддержанием горения подготавливает к изучению реакций горения и окисления.
Почему кислород получают именно из кислородсодержащих веществ?
При разложении исходное сложное вещество распадается на более простые вещества, среди которых может быть кислород. Поэтому удобно выбирать вещества, в состав которых уже входят атомы кислорода и из которых он легко выделяется.
Зачем при разложении пероксида водорода добавляют диоксид марганца?
Диоксид марганца ускоряет разложение пероксида водорода и называется катализатором. Он не становится продуктом реакции и практически не расходуется.
Как отличить катализатор от исходного вещества реакции?
Исходное вещество превращается в продукты и расходуется, а катализатор только изменяет скорость реакции. Катализатор записывают над стрелкой уравнения, а не среди реагентов и продуктов.
Почему кислород можно собирать над водой?
Кислород мало растворяется в воде и не вступает с ней в реакцию при обычных условиях. Поэтому он вытесняет воду из перевёрнутого сосуда и остаётся в нём.
Как проверить, что в сосуде собрался кислород?
В сосуд вносят тлеющую лучинку. В кислороде она вспыхивает или горение заметно усиливается, потому что кислород поддерживает горение.
§ 15. Получение кислорода в лаборатории
