"Химия", Кузнецова Н.Е., Титова И.М., Гара Н.Н.
Кислород — простое вещество, которое реагирует со многими металлами, неметаллами и сложными веществами. В результате часто образуются оксиды, а при быстром окислении выделяются тепло и свет — происходит горение. Кислород поддерживает горение, но сам не является горючим веществом. Эти свойства используют в медицине, металлургии, сварке и дыхательных аппаратах. Чтобы разбираться в реакциях, нужно уметь составлять формулы продуктов и уравнивать уравнения коэффициентами.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Окисление — взаимодействие вещества с кислородом, при котором образуются продукты реакции, содержащие кислород. Например, при реакции магния с кислородом возникает оксид магния. Это понятие помогает распознавать реакции, в которых кислород входит в состав новых веществ.
Оксид — сложное вещество, состоящее из двух химических элементов, один из которых — кислород. Таковы оксид магния MgO и оксид углерода(IV) CO₂. Понятие нужно, чтобы называть и классифицировать продукты взаимодействия кислорода с другими элементами.
Горение — быстро протекающая реакция вещества с кислородом, сопровождающаяся выделением тепла и обычно света. При горении магния, например, появляется яркое свечение. Это слово обозначает один из заметных видов окисления и помогает отличать быстрое превращение от медленного.
Окислитель — вещество, которое обеспечивает окисление другого вещества в реакции. Кислород принимает участие в превращении горючего вещества в продукты реакции и поэтому часто выступает окислителем. Это понятие объясняет роль кислорода: он поддерживает горение, но сам не является горючим.
Кислород вступает в реакции со многими простыми веществами — например, металлами и неметаллами, — а также со сложными веществами. Это происходит потому, что атомы кислорода соединяются с атомами реагирующих веществ и образуют новые соединения. Если продукт состоит из кислорода и ещё одного химического элемента, он относится к оксидам; при взаимодействии сложного вещества продуктов может быть несколько.
При взаимодействии с металлами кислород образует оксиды металлов. Так, магний реагирует с кислородом с выделением яркого света: 2Mg + O₂ → 2MgO. Коэффициент 2 перед Mg и MgO нужен, чтобы число атомов магния и кислорода слева и справа совпадало. Металлы при этом превращаются в новые вещества с иными свойствами.
Неметаллы тоже могут гореть в кислороде. Углерод при полном сгорании образует оксид углерода(IV): C + O₂ → CO₂, а сера — оксид серы(IV): S + O₂ → SO₂. В обоих случаях атомы кислорода соединяются с атомами неметалла, поэтому получаются оксиды. Конкретный продукт зависит от вещества и условий реакции.
Горение отличается от медленного окисления прежде всего скоростью: при горении энергия выделяется быстро, а при медленном окислении — постепенно, без яркого пламени. Чтобы началось горение, нужны горючее вещество и кислород, а также нагрев до температуры воспламенения. Удаление кислорода или охлаждение ниже этой температуры может остановить горение, поэтому такими способами пользуются при тушении огня.
При сварке кислород усиливает горение топлива, благодаря чему достигается высокая температура, нужная для соединения деталей. В металлургии его используют в процессах, где требуется интенсивное окисление примесей или топлива. В медицине и дыхательных аппаратах кислород помогает обеспечить дыхание, когда обычного поступления кислорода организму недостаточно. В каждом случае применение связано с участием кислорода в окислении или дыхании.
| Исходное вещество | Пример уравнения реакции | Продукт реакции | Особенность реакции |
|---|---|---|---|
| Металл: магний | 2Mg + O₂ → 2MgO | Оксид магния | Яркое горение |
| Неметалл: углерод | C + O₂ → CO₂ | Оксид углерода(IV) | Полное сгорание углерода |
| Неметалл: сера | S + O₂ → SO₂ | Оксид серы(IV) | Образуется газообразный оксид |
| Сложное вещество: метан | CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O | Углекислый газ и вода | При полном сгорании образуются два продукта |
Сначала определите, какие вещества вступают в реакцию, затем прочитайте формулу продукта и особенность процесса. Уравнения показывают, что продукты могут быть не только оксидами одного элемента: при полном сгорании метана одновременно образуются углекислый газ и вода. Проверяйте, что число атомов каждого элемента слева и справа одинаково.
Задача 1. Запишите уравнение реакции магния с кислородом и расставьте коэффициенты. Нужно получить формулу продукта и проверить равенство числа атомов элементов в обеих частях уравнения. Магний образует с кислородом оксид магния.
Ответ: 2Mg + O₂ → 2MgO. Коэффициенты показывают число частиц, участвующих в реакции; индексы в формулах веществ не меняются.
Задача 2. Запишите и уравняйте реакцию горения серы в кислороде. Назовите продукт реакции. Сера образует оксид серы(IV), поэтому сначала нужно правильно записать его формулу, а затем проверить баланс атомов.
Ответ: S + O₂ → SO₂; продукт — оксид серы(IV). Проверка атомов помогает не ставить лишние коэффициенты.
Задача 3. При полном сгорании 16 г метана образуются углекислый газ и вода. Составьте уравнение реакции и найдите массу кислорода, необходимую для реакции. Сначала уравняем реакцию, затем используем соотношение веществ по коэффициентам.
Ответ: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O; для полного сгорания 16 г метана требуется 64 г кислорода. Сначала уравнение задаёт соотношение количеств веществ, а затем его используют для расчёта массы.
Ошибка — считать, что кислород сам горит. Так могут думать, потому что без кислорода пламя обычно гаснет, но в реакции горит именно горючее вещество, а кислород поддерживает окисление. Проверьте себя: определите, какое вещество расходуется как топливо, и вспомните, что кислород указан среди реагентов.
Ошибка — ожидать, что любая реакция с кислородом даёт только один продукт. Это предположение возникает из примеров образования оксидов металлов, однако при сгорании метана образуются углекислый газ и вода. Сверяйте число и состав продуктов с исходными веществами и условиями реакции.
Ошибка — записывать формулу оксида, не учитывая валентности элементов. Тогда в формуле может оказаться неправильное соотношение атомов, потому что индексы нельзя подбирать наугад. Проверьте, соответствует ли формула составу соединения; например, у магния оксид имеет формулу MgO.
Ошибка — менять индексы в формулах, чтобы уравнять реакцию. Так нарушается состав самого вещества: например, изменение O₂ на O меняет формулу кислорода. При проверке сохраняйте формулы реагентов и продуктов, а балансируйте уравнение только коэффициентами перед формулами.
Для изучения реакций кислорода нужны знания символов химических элементов, различий между простыми и сложными веществами, а также правила составления формул и уравнений. Эта тема связана с понятиями «оксид», «окисление» и «горение», которые помогают описывать превращения веществ. Уравнивание реакций готовит к расчётам по химическим уравнениям. Позже эти знания пригодятся при изучении дыхания, процессов горения и получения веществ.
Почему кислород поддерживает горение, но сам не горит?
При горении кислород реагирует с горючим веществом и помогает ему окисляться, поэтому выделяются тепло и часто свет. Кислород выступает окислителем, а не горючим веществом.
Какие вещества образуются при взаимодействии кислорода с металлами?
Обычно образуются оксиды металлов: например, магний при реакции с кислородом даёт оксид магния MgO. Состав продукта зависит от реагентов и условий реакции.
Всегда ли при реакции вещества с кислородом получается оксид?
Нет, продукты зависят от исходного вещества и условий. Например, при полном сгорании метана образуются углекислый газ и вода, а не один продукт.
Чем горение отличается от медленного окисления?
Горение — быстрое окисление с выделением тепла и обычно света. Медленное окисление протекает постепенно, поэтому яркого пламени и заметного свечения обычно нет.
Почему кислород используют при сварке и в медицине?
При сварке кислород помогает горючему газу сгорать интенсивнее, создавая высокую температуру. В медицине кислород применяют для дыхательной поддержки, когда организму не хватает кислорода для дыхания.
§ 29. Химические свойства и применение кислорода
