"Химия", Еремин В.В., Кузьменко Н.Е., Дроздов А.А. и др./ Под ред. Лунина В.В.
Кислород O₂ — простое вещество и сильный окислитель: при реакциях другие вещества отдают ему электроны. Он взаимодействует с металлами и неметаллами, часто образуя оксиды. Быстрое взаимодействие с кислородом называют горением; оно сопровождается выделением тепла, а иногда и света. Для начала многих реакций нужно нагревание, а уравнения составляют и уравнивают коэффициентами.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Кислород как окислитель — вещество, которое принимает электроны у другого вещества при химической реакции. Поэтому кислород помогает превращать исходные вещества в новые продукты, сам входя в их состав. Этот термин нужен, чтобы объяснить, почему кислород поддерживает многие реакции и почему его называют химически активным.
Горение — быстрое взаимодействие вещества с кислородом, обычно сопровождаемое выделением тепла и света. Для горения нужны горючее вещество и кислород, а начало реакции часто требует нагревания. Понятие помогает отличать яркую быструю реакцию от медленного окисления без пламени.
Оксид — сложное вещество, состоящее из двух химических элементов, один из которых — кислород. Примеры оксидов: MgO, Fe₃O₄, CO₂ и SO₂. По формуле оксида можно понять, какие элементы соединились и в каком соотношении находятся их атомы.
Реакция соединения — реакция, в которой из нескольких веществ образуется одно новое вещество. Многие реакции горения относятся к соединению: например, из магния и кислорода получается один продукт MgO. Такое определение помогает определить тип реакции по числу исходных веществ и продуктов.
Молекула простого вещества кислорода состоит из двух атомов, поэтому её формула — O₂. Во время реакции молекулы O₂ расходуются, их связи разрушаются, а отдельные атомы кислорода соединяются с атомами другого вещества. Поэтому кислород в уравнении записывают слева как O₂, а в продукте — уже внутри формулы нового вещества.
При взаимодействии с металлами кислород обычно образует оксиды металлов. Например, магний при нагревании ярко горит, потому что для разрыва начальных связей и запуска реакции нужна энергия: 2Mg + O₂ → 2MgO. Железо реагирует с кислородом при нагревании, образуя, в частности, Fe₃O₄: 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄.
Неметаллы тоже могут соединяться с кислородом, поскольку их атомы способны образовывать с атомами кислорода новые связи. Углерод при достаточном количестве кислорода образует углекислый газ: C + O₂ → CO₂. Сера горит синим пламенем и превращается в оксид серы(IV): S + O₂ → SO₂.
При горении энергия быстро выделяется в окружающую среду, поэтому вещество нагревается, а иногда начинает светиться. Если убрать кислород или горючее вещество, цепь реакции прерывается и пламя гаснет. Не всякое окисление является горением: медленное ржавление железа идёт без яркого пламени, хотя тоже связано с кислородом.
Состав продукта зависит от того, какое вещество реагирует и сколько кислорода доступно. Сначала определяют формулу оксида по валентностям или по условию, затем записывают схему и подбирают коэффициенты так, чтобы число атомов каждого элемента слева и справа совпало. Например, для фосфора уравнение имеет вид 4P + 5O₂ → 2P₂O₅.
| Исходное вещество | Тип вещества | Продукт реакции | Пример уравнения |
|---|---|---|---|
| Магний | Металл | Оксид магния MgO | 2Mg + O₂ → 2MgO |
| Железо | Металл | Оксид железа Fe₃O₄ | 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ |
| Углерод | Неметалл | Оксид углерода(IV) CO₂ | C + O₂ → CO₂ |
| Сера | Неметалл | Оксид серы(IV) SO₂ | S + O₂ → SO₂ |
| Фосфор | Неметалл | Оксид фосфора(V) P₂O₅ | 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ |
Сначала найдите в таблице исходное вещество и определите, металл это или неметалл. Затем проверьте формулу продукта и сравните число атомов каждого элемента по обе стороны уравнения. Таблица помогает увидеть общее правило: при взаимодействии простых веществ с кислородом часто образуется один оксид.
Запишите уравнение реакции магния с кислородом и расставьте коэффициенты. Магний образует оксид MgO, потому что его атомы соединяются с атомами кислорода. После записи формул нужно проверить не только магний, но и двухатомные молекулы кислорода.
Ответ: 2Mg + O₂ → 2MgO.
Составьте и уравняйте уравнения взаимодействия серы и углерода с кислородом. Формулы продуктов определяем по составу веществ: сера образует SO₂, а углерод при полном горении — CO₂. В обоих случаях число атомов уже совпадает без дополнительных коэффициентов.
Ответ: S + O₂ → SO₂; C + O₂ → CO₂.
Железо массой 11,2 г полностью прореагировало с кислородом с образованием Fe₃O₄. Найдём массу оксида по уравнению 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄. Используем относительные атомные массы Fe = 56 и O = 16.
Ответ: масса образовавшегося Fe₃O₄ примерно равна 15,5 г.
Запись кислорода как O вместо O₂ неверна, потому что простое вещество состоит из двухатомных молекул. Ошибка появляется, когда путают символ элемента с формулой простого вещества. Проверьте себя: в левой части реакции горения кислород обычно записан именно как O₂.
Нельзя менять индексы в формулах оксидов, чтобы получить равенство атомов. Индекс создаёт формулу другого вещества, поэтому балансируют реакцию только коэффициентами перед формулами. Для проверки пересчитайте атомы каждого элемента слева и справа.
Кислород реагирует не только с металлами, но и со многими неметаллами, например с углеродом и серой. Такое заблуждение возникает из-за первых знакомых примеров с магнием и железом. Вспомните, есть ли среди примеров реакции C + O₂ и S + O₂.
Не каждое взаимодействие с кислородом сопровождается пламенем. Медленное окисление может идти без заметного света, поэтому горение — только быстрое окисление с выделением тепла. Проверяйте, есть ли в условии признаки быстрого процесса и свечения.
Для изучения темы нужны обозначения химических элементов, умение составлять формулы по валентности и расставлять коэффициенты в уравнениях. Эти навыки позволяют правильно определить продукт и проверить сохранение числа атомов. Позже знания пригодятся при изучении оксидов, типов химических реакций и условий горения, а также при решении расчётных задач по уравнениям.
Почему в уравнениях реакций кислород записывают как O₂?
Простое вещество кислород состоит из двухатомных молекул. Поэтому в исходной записи реакции используют формулу O₂, а не O.
Всегда ли при взаимодействии с кислородом появляется пламя?
Нет. Некоторые реакции идут медленно и без заметного свечения, например постепенное окисление металлов. Пламя характерно прежде всего для быстрого горения.
Какие вещества образуются при горении металлов?
Обычно образуются оксиды металлов — сложные вещества, в состав которых входят металл и кислород. Например, магний при горении образует оксид магния MgO.
Почему нельзя менять индексы в формулах, чтобы уравнять реакцию?
Индексы показывают состав конкретного вещества, и их изменение означает уже другое вещество. Баланс атомов в уравнении восстанавливают только коэффициентами перед формулами.
Может ли горение происходить без доступа воздуха?
Для горения нужен кислород, но не обязательно именно воздух. Если кислород поступает из другого источника или находится в замкнутой системе, горение возможно.
§ 16. Химические свойства кислорода
