"Химия ", Габриелян О.С, Сивоглазов В.И. и др., Изд. "ДРОФА"
Кислород — химический элемент O и простое вещество O₂, необходимое для дыхания большинства организмов. Это бесцветный газ без запаха, который поддерживает горение и реагирует со многими металлами и неметаллами. В природе он входит в состав воздуха, воды, минералов и органических веществ. На уроке важно различать элемент и простое вещество, понимать образование оксидов, способы получения кислорода и правила составления уравнений реакций.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Кислород — химический элемент с порядковым номером 8 и простое вещество, образованное молекулами O2. В первом случае речь идёт о видах атомов, а во втором — о конкретном газе. Такое различие нужно, чтобы правильно описывать состав веществ и химические реакции.
Оксид — сложное вещество, состоящее из двух элементов, один из которых кислород. Например, MgO и CO2 являются оксидами магния и углерода. Понятие помогает распознавать продукты взаимодействия кислорода с другими элементами.
Реакция горения — быстрое окисление вещества с выделением теплоты и обычно света. При горении исходное вещество соединяется с кислородом, поэтому образуются новые вещества, часто оксиды. По этому признаку горение отличается от медленного окисления, например ржавления.
Катализатор — вещество, изменяющее скорость химической реакции и не расходующееся в ней. Он позволяет получить кислород быстрее или при более мягких условиях. Например, MnO2 ускоряет разложение пероксида водорода, но не становится продуктом реакции.
Кислород занимает восьмое место в периодической системе, поэтому заряд его ядра равен +8, а в нейтральном атоме находится 8 электронов. Электронная оболочка имеет два уровня: на первом 2 электрона, на внешнем 6. До устойчивого внешнего уровня не хватает двух электронов, поэтому кислород образует связи, принимая электроны или используя их совместно с другими атомами.
Молекула кислорода состоит из двух атомов, соединённых химической связью, поэтому формула простого вещества — O2. Такая молекула достаточно устойчива, но при нагревании или наличии подходящего вещества кислород легко вступает в реакции. Способность активно присоединять электроны объясняет, почему кислород относится к неметаллам и выступает сильным окислителем.
В природе кислород находится в воздухе примерно на одну пятую его объёма. Значительная его часть связана в воде, минералах и горных породах, а также входит в состав белков, жиров, углеводов и других органических веществ. Такое распространение связано с тем, что атомы кислорода образуют прочные соединения с атомами многих элементов.
Кислород поддерживает горение, потому что участвует в быстром окислении топлива и помогает реакции продолжаться. Сам газ не является горючим веществом: он не служит топливом, а лишь принимает участие в его окислении. Если внести тлеющую лучинку в кислород, она вспыхивает, а магний горит особенно ярко; углерод при нагревании сгорает с образованием углекислого газа.
В лаборатории кислород получают разложением некоторых кислородсодержащих веществ: например, перманганата калия или пероксида водорода. В промышленности используют воздух: его охлаждают, сжижают, а затем разделяют на компоненты по различию температур кипения. Для сбора газа применяют вытеснение воды из-за его малой растворимости или вытеснение воздуха, поскольку кислород немного тяжелее воздуха.
| Характеристика | Содержание |
|---|---|
| Химический знак и формула простого вещества | O; O2 |
| Положение элемента в периодической системе и строение атома | Порядковый номер 8, 2-й период, 16-я группа; 8 электронов, из них 6 на внешнем уровне |
| Физические свойства | Бесцветный газ без запаха, немного тяжелее воздуха, плохо растворяется в воде |
| Нахождение в природе | Воздух, вода, минералы, горные породы и органические вещества |
| Отношение к горению | Поддерживает горение, но сам не горит |
| Реакции с металлами | Образуются оксиды, например 2Mg + O2 → 2MgO |
| Реакции с неметаллами | Образуются оксиды, например C + O2 → CO2 |
| Получение в лаборатории | Разложение KMnO4, H2O2 и других веществ |
| Получение в промышленности | Разделение жидкого воздуха |
| Применение | Дыхание, медицина, сварка и резка металлов, металлургия, химическая техника |
Таблица удобна для быстрого повторения: сначала найдите нужную характеристику, а затем сопоставьте её со свойством или способом получения. Уравнения в строках о реакциях показывают, какие оксиды образуются и как соблюдается число атомов каждого элемента.
Условие. Нужно собрать кислород, полученный при разложении перманганата калия, и доказать его наличие. Газ почти не растворяется в воде, поэтому подходит сбор вытеснением воды.
Ответ: кислород собирают над водой, а проверяют тлеющей лучинкой.
Условие. Составьте уравнения взаимодействия Mg и C с O2, расставьте коэффициенты и назовите продукты. Сначала определяем оксид каждого элемента, затем проверяем число атомов слева и справа.
Ответ: образуются оксид магния и оксид углерода(IV), или углекислый газ.
Условие. Найдём объём O2, необходимый для сгорания 12 г углерода, если молярный объём газа равен 22,4 л/моль. Используем реакцию C + O2 → CO2.
Ответ: для полного сгорания 12 г углерода потребуется 22,4 л кислорода при указанных условиях.
Ошибка: считать, что кислород сам горит. Так думают из-за яркости пламени в чистом кислороде, но горит магний, углерод или другое топливо. Проверка: спросите, какое вещество расходуется как горючее, а какое лишь ускоряет его окисление.
Ошибка: не различать элемент кислород и вещество O2. Причина — в русском языке используется одно слово для двух связанных понятий. Проверка: если говорится об атомах и составе соединения, нужен элемент O, а если о газе и его молекулах — простое вещество O2.
Ошибка: записывать формулу оксида или уравнение без учёта валентности и числа атомов. Например, неверная формула приводит к нарушению закона сохранения атомов. Проверка: после записи пересчитайте атомы каждого элемента слева и справа и только затем расставляйте коэффициенты.
Ошибка: считать, что катализатор полностью расходуется при реакции пероксида водорода. Это происходит потому, что MnO2 находится в реакционной смеси, однако он ускоряет процесс и не входит в продукты. Проверка: сравните состав веществ до и после реакции и вспомните определение катализатора.
Для изучения кислорода нужны знания о строении атома, периодической системе, валентности, формулах веществ и расстановке коэффициентов. Без них трудно объяснить образование молекулы O2 и состав оксидов. Эти умения применяются при записи уравнений реакций.
Тема связана с химическими реакциями, окислением, тепловым эффектом и агрегатными состояниями веществ. Они помогают понять, почему горение сопровождается выделением энергии и почему газ можно собирать над водой.
Дальше знания пригодятся при изучении оксидов, дыхания, горения топлива, коррозии и круговорота кислорода в природе. Они также нужны для расчётов по химическим уравнениям и объяснения процессов в металлургии и технике.
Почему кислород поддерживает горение, но сам не горит?
Горение — это реакция вещества с кислородом, сопровождающаяся выделением теплоты и часто света. Кислород выступает окислителем: он помогает другим веществам быстро окисляться, но не является топливом.
Чем химический элемент кислород отличается от простого вещества O₂?
Химический элемент кислород — это вид атомов с зарядом ядра +8. Простое вещество O₂ состоит из молекул, каждая из которых содержит два таких атома.
Почему кислород можно собирать над водой?
Кислород плохо растворяется в воде и не реагирует с ней при обычных условиях. Поэтому вода почти не мешает его накоплению в перевёрнутом сосуде.
Зачем при получении кислорода используют катализатор?
Катализатор ускоряет химическую реакцию, но сам в ней не расходуется. Например, оксид марганца(IV) ускоряет разложение пероксида водорода и не входит в состав продуктов.
Как доказать, что в сосуде находится кислород?
В сосуд вносят тлеющую лучинку. В кислороде она вспыхивает или начинает гореть ярче, потому что этот газ поддерживает горение.
§ 25. Кислород
