"Химия", Оржековский П.А., Мещерякова Л.М. (изд. Астрель)
Кислород — газ, который реагирует со многими веществами и помогает им окисляться. В таких реакциях часто образуются оксиды, а при быстром взаимодействии выделяются тепло и свет — это горение. Чтобы реакция началась, вещества обычно нужно нагреть, но после воспламенения она может идти сама. Кислород не горит, а поддерживает горение, поэтому его используют для дыхания, сварки, выплавки металлов и химического производства.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Окислитель — вещество, принимающее электроны в химической реакции. Кислород способен притягивать электроны других атомов, поэтому при взаимодействии с металлами и многими неметаллами он проявляет окислительные свойства. Это понятие помогает понять, какую роль кислород играет в реакции.
Оксид — сложное вещество, состоящее из двух химических элементов, один из которых — кислород. Примеры оксидов металлов: оксид магния MgO и оксид железа Fe₂O₃; неметаллов — углекислый газ CO₂ и оксид серы SO₂. По составу продукта можно распознать результат реакции вещества с кислородом.
Горение — быстро протекающая реакция вещества с кислородом, сопровождающаяся выделением теплоты и обычно света. При горении магния появляется яркое свечение, а при сгорании топлива выделяется тепло. Термин отличает такие быстрые реакции от медленного окисления, например ржавления.
Реакция соединения — реакция, в которой из нескольких веществ образуется одно сложное вещество. При соединении кислорода с простым веществом часто получается один оксид: например, из магния и кислорода образуется MgO. Это позволяет определить тип реакции по числу исходных и конечных веществ.
Кислород активно взаимодействует со многими веществами, потому что его атомы способны принимать электроны от атомов других элементов. В результате образуются новые вещества, часто оксиды. Поэтому кислород называют окислителем, хотя сам он в этих реакциях не является горючим веществом. Реакционная способность кислорода объясняет, почему он участвует в горении и многих промышленных процессах.
Многие металлы реагируют с кислородом при нагревании: сначала нагрев помогает преодолеть препятствие для начала реакции. Например, магний после поджигания горит ярким светом и образует оксид магния: 2Mg + O₂ → 2MgO. Железо может гореть в кислороде с образованием оксида Fe₃O₄: 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄. Продукты таких реакций относятся к оксидам металлов.
Неметаллы тоже соединяются с кислородом, но образуют другие оксиды: углерод даёт углекислый газ CO₂, сера — оксид серы SO₂, фосфор — оксид фосфора P₂O₅. Уравнения этих реакций: C + O₂ → CO₂; S + O₂ → SO₂; 4P + 5O₂ → 2P₂O₅. Водород отличается тем, что при реакции с кислородом образует воду: 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Состав продукта зависит от того, с каким элементом соединяется кислород.
Многие реакции с кислородом являются горением: при быстром окислении выделяется энергия в виде теплоты, а часто и света. Однако реакцию обычно нужно сначала начать нагреванием или поджиганием, поскольку исходным частицам требуется энергия для вступления в реакцию. Когда горение началось, выделяемого тепла может быть достаточно для его продолжения. Поэтому нагревание часто необходимо только на старте, а не на протяжении всего процесса.
Кислород применяют там, где нужны дыхание или быстрое окисление. В медицине его используют для дыхательной поддержки, а в металлургии подача кислорода усиливает горение топлива и помогает нагревать металл. При сварке и резке металлов кислород используют для получения горячего пламени. В химической промышленности он нужен для окислительных процессов, а в ракетной технике — как компонент, поддерживающий горение топлива.
| Вещество, реагирующее с кислородом | Условия реакции | Уравнение реакции | Продукт и наблюдаемые признаки | Применение или значение |
|---|---|---|---|---|
| Металлы: магний, железо и другие | Обычно требуется нагревание или поджигание | 2Mg + O₂ → 2MgO; 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ | Оксиды металлов; магний горит ярким светом, железо — искрами | Образование оксидов; окисление металлов |
| Углерод | Нагревание до воспламенения | C + O₂ → CO₂ | Углекислый газ; выделяется тепло | Горение топлива, получение энергии |
| Сера | Поджигание | S + O₂ → SO₂ | Оксид серы(IV); синее пламя | Получение сырья для химического производства |
| Фосфор | Поджигание | 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ | Оксид фосфора(V); яркое горение, белый дым | Окисление фосфора, получение оксида |
| Водород | Поджигание смеси с кислородом | 2H₂ + O₂ → 2H₂O | Вода; выделяется тепло | Реакция горения водорода |
| Сложные органические вещества и топливо | Нагревание или поджигание | Например: CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O | При полном сгорании образуются углекислый газ и вода; выделяется тепло | Получение энергии для отопления и работы двигателей |
Сначала найдите в таблице реагирующее вещество и условия, затем проследите, какие продукты и признаки указаны. Уравнение показывает, какие вещества вступают в реакцию и в каком соотношении. Сравнивайте его с наблюдениями, чтобы не путать продукт реакции с признаками горения.
Задача 1. Составить и уравнять реакцию горения магния в кислороде, назвать продукт реакции.
Ответ: 2Mg + O₂ → 2MgO; образуется оксид магния.
Задача 2. Составить уравнения горения углерода, серы и фосфора и указать формулы оксидов.
Ответ: C + O₂ → CO₂; S + O₂ → SO₂; 4P + 5O₂ → 2P₂O₅. Продукты — оксид углерода(IV), оксид серы(IV) и оксид фосфора(V).
Задача 3. Какой объём кислорода необходим для полного сгорания 4 моль водорода?
Ответ: для полного сгорания 4 моль водорода требуется 2 моль, или 44,8 л кислорода при нормальных условиях.
Ошибка — считать, что кислород сам горит. Её допускают, потому что кислород виден рядом с пламенем и необходим для горения, но он в реакции помогает окислять другое вещество. Проверьте себя вопросом: что здесь является топливом? Кислород поддерживает горение, но сам топливом не служит.
Не всякое взаимодействие с кислородом — горение: горение должно быть быстрым и сопровождаться выделением теплоты и обычно света. Иногда путают любой процесс окисления с ярким пламенем. Сверьте скорость реакции и признаки: медленное ржавление железа — окисление, но не горение.
Неверно составленная формула оксида или коэффициенты нарушают состав вещества либо закон сохранения атомов. Обычно причина — забытые валентности или попытка изменить индексы в формуле при уравнивании. Сначала составьте правильную формулу продукта, затем меняйте только коэффициенты и пересчитайте атомы каждого элемента с обеих сторон.
Нагревание часто требуется для начала реакции, а не для её постоянного поддержания. Ошибку вызывает смешение условия воспламенения с признаком уже идущей реакции. Проверьте последовательность: сначала подводят тепло, затем реакция может продолжаться сама, если выделившейся энергии достаточно.
Для изучения реакций кислорода нужно знать, что его простое вещество состоит из молекул O₂, а также понимать химические реакции, валентности и правила составления уравнений. Эти знания помогают выводить формулы оксидов и проверять коэффициенты. Далее тема связана с изучением оксидов и окислительно-восстановительных реакций. Она пригодится при расчётах по химическим уравнениям и при разборе горения топлива, получения металлов и сварки.
Почему кислород поддерживает горение, но сам не горит?
Горение — это реакция топлива или другого вещества с кислородом, а кислород выступает в ней окислителем. Он не является топливом и сам по себе не горит, но помогает другим веществам быстро реагировать.
Всегда ли реакция вещества с кислородом является горением?
Нет. Горением называют быстрое окисление, которое сопровождается выделением теплоты и обычно света. Медленное окисление, например ржавление железа, тоже происходит с участием кислорода, но горением не считается.
Почему некоторые вещества начинают реагировать с кислородом только после нагревания?
Чтобы частицы начали активно реагировать, им нужно получить энергию для начала реакции. Нагревание даёт эту энергию; после воспламенения выделяемого тепла иногда хватает, чтобы реакция продолжалась без дополнительного нагрева.
Какие продукты образуются при горении металлов и неметаллов?
При горении металлов обычно образуются оксиды металлов, например оксид магния MgO. Неметаллы тоже часто образуют оксиды: углерод — CO₂, сера — SO₂, фосфор — P₂O₅; водород образует воду H₂O.
Почему кислород используют при сварке, в медицине и металлургии?
Кислород необходим для дыхания, а в медицине его подают пациентам, которым трудно получать достаточно кислорода из воздуха. В сварке и металлургии он усиливает горение топлива, поэтому можно получить более высокую температуру и быстрее нагревать или плавить металл.
§ 22. Химические свойства кислорода. Применение кислорода
