Laboratorijske metode za proizvodnju kisika. Hemijska i fizička svojstva, primjena i proizvodnja kisika

>> Dobivanje kiseonika

Dobijanje kiseonika

Ovaj paragraf govori o:

> o otkriću kiseonika;
> o dobijanju kiseonika u industriji i laboratorijama;
> o reakcijama razgradnje.

Otkriće kiseonika.

J. Priestley je dobio ovaj plin iz spoja zvanog živin(II) oksid. Naučnik je koristio stakleno sočivo kojim je fokusirao sunčevu svetlost na supstancu.

IN moderan dizajn ovaj eksperiment je prikazan na slici 54. Kada se zagrije, živin(||) oksid (prašak žuta boja) pretvara u živu i kiseonik. Živa se oslobađa u gasovitom stanju i kondenzuje se na zidovima epruvete u obliku srebrnastih kapi. Kiseonik se sakuplja iznad vode u drugoj epruveti.

Priestleyeva metoda se više ne koristi jer je živa para otrovna. Kiseonik se proizvodi pomoću drugih reakcija sličnih onoj o kojoj se raspravlja. Obično se javljaju prilikom zagrijavanja.

Reakcije u kojima iz jedne supstance nastaje nekoliko drugih naziva se reakcijama raspadanja.

Za dobivanje kisika u laboratoriji koriste se sljedeća jedinjenja koja sadrže kisik:

Kalijum permanganat KMnO 4 (uobičajeni naziv kalijum permanganat; supstance je uobičajeno dezinfekciono sredstvo)

Kalijum hlorat KClO 3 ( trivijalno ime- Bertoletova so, u čast francuskog hemičara s kraja 18. veka - početkom XIX V. K.-L. Berthollet)

Mala količina katalizatora - mangan (IV) oksida MnO 2 - dodaje se kalijevom hloratu tako da dolazi do razgradnje jedinjenja uz oslobađanje kiseonika 1.

Laboratorijski eksperiment br. 8

Proizvodnja kiseonika razgradnjom vodikovog peroksida H 2 O 2

Sipajte 2 ml rastvora vodikovog peroksida u epruvetu ( tradicionalno ime ova supstanca je vodikov peroksid). Zapalite dugu iver i ugasite je (kao šibicom) tako da jedva tinja.
Sipajte malo katalizatora - crnog praha mangan (IV) oksida - u epruvetu sa rastvorom vodikovog oksida. Posmatrajte brzo oslobađanje gasa. Upotrijebite krhotinu koja tinja da provjerite je li plin kisik.

Napišite jednadžbu za reakciju raspadanja vodikovog peroksida čiji je produkt reakcije voda.

U laboratoriji se kiseonik može dobiti i razgradnjom natrijum nitrata NaNO 3 ili kalijum nitrata KNO 3 2. Kada se zagriju, spojevi se prvo tope, a zatim se raspadaju:

1 Kada se jedinjenje zagreva bez katalizatora, javlja se drugačija reakcija

2 Ove supstance se koriste kao đubriva. Njihov zajednički naziv je salitra.

Šema 7. Laboratorijske metode dobijanje kiseonika

Pretvorite dijagrame reakcija u hemijske jednačine.

Informacije o tome kako se kisik proizvodi u laboratoriji prikupljene su u shemi 7.

Kiseonik i vodonik su produkti razgradnje vode pod uticajem električna struja:

U prirodi se kisik proizvodi fotosintezom u zelenim listovima biljaka. Pojednostavljeni dijagram ovog procesa je sljedeći:

zaključci

Kiseonik je otkriven u kasno XVIII V. nekoliko naučnici .

Kiseonik se u industriji dobija iz vazduha, au laboratoriji reakcijama razgradnje određenih jedinjenja koja sadrže kiseonik. Tokom reakcije raspadanja, iz jedne supstance nastaju dvije ili više tvari.

129. Kako se kiseonik dobija u industriji? Zašto za ovo ne koriste kalijum permanganat ili vodikov peroksid?

130. Koje reakcije se nazivaju reakcijama razlaganja?

131. Pretvorite sljedeće šeme reakcija u hemijske jednačine:

132. Šta je katalizator? Kako može uticati na tok hemijskih reakcija? (Za svoj odgovor koristite i materijal iz § 15.)

133. Na slici 55 prikazan je trenutak raspadanja bijele boje solidan, koji ima formulu Cd(NO3)2. Pažljivo pogledajte crtež i opišite sve što se dešava tokom reakcije. Zašto se rasplamsa tinjajući komadić? Napišite odgovarajuću hemijsku jednačinu.

134. Maseni udio kiseonika u ostatku nakon zagrijavanja kalijum nitrata KNO 3 iznosio je 40%. Da li se ovo jedinjenje potpuno razgradilo?

Rice. 55. Raspadanje supstance pri zagrevanju

Popel P. P., Kryklya L. S., Hemija: Pidruch. za 7. razred zagalnosvit. navch. zatvaranje - K.: VC "Akademija", 2008. - 136 str.: ilustr.

Otkriće kiseonika označilo je novi period u razvoju hemije. Od davnina je poznato da je za sagorevanje potreban vazduh. Proces sagorijevanja tvari dugo vremena ostalo nejasno. U eri alkemije postala je raširena teorija flogistona, prema kojoj tvari izgaraju zbog interakcije s vatrenom materijom, odnosno s flogistonom koji se nalazi u plamenu.

Kiseonik je dobio engleski hemičar Džozef Pristli 70-ih godina 18. veka. Hemičar je zagrijao crveni živin(II) oksid u prahu, uzrokujući razgradnju tvari da nastane metalna živa i bezbojni plin:

2HgO t° → 2Hg + O2

Oksidi– binarna jedinjenja koja sadrže kiseonik

Kada je tinjajuća krhotina unesena u posudu s plinom, ona je sjajno bljesnula. Naučnik je vjerovao da je tinjajući komadić unio flogiston u plin i on se zapalio.

D. Priestley Pokušao sam udahnuti nastali plin i bio sam oduševljen koliko je lako i slobodno disati. Tada naučnik nije ni zamišljao da je zadovoljstvo udisanja ovog gasa bilo dato svima.

D. Priestley je podijelio rezultate svojih eksperimenata sa francuskim hemičarem Antoineom Laurentom Lavoisierom. Imajući u to vrijeme dobro opremljenu laboratoriju, A. Lavoisier je ponovio i poboljšao eksperimente D. Priestleya.

A. Lavoisier je mjerio količinu gasa koji se oslobađa tokom razgradnje određene mase živinog oksida. Hemičar je zatim zagrijavao metalnu živu u zatvorenoj posudi sve dok nije postala živin(II) oksid. Otkrio je da je količina gasa oslobođena u prvom eksperimentu jednaka gasu apsorbovanom u drugom eksperimentu. Dakle, živa reaguje sa nekom supstancom u vazduhu. I ta ista supstanca se oslobađa tokom razgradnje oksida. Lavoisier je prvi zaključio da flogiston nema apsolutno nikakve veze s tim, a gorenje tinjajuće krhotine uzrokovano je nepoznatim plinom, koji je kasnije nazvan kisikom. Otkriće kiseonika označilo je kolaps teorije flogistona!

Metode za proizvodnju i sakupljanje kiseonika u laboratoriji

Laboratorijske metode za proizvodnju kisika su vrlo raznolike. Postoje mnoge supstance iz kojih se može dobiti kiseonik. Pogledajmo najčešće metode.

1) Razgradnja živinog (II) oksida

Jedan od načina za dobivanje kisika u laboratoriju je dobivanje pomoću gore opisane reakcije razgradnje oksida živa(II). Zbog visoke toksičnosti živinih spojeva i same živine pare, ova metoda se koristi izuzetno rijetko.

2) Raspadanje kalijum permanganata

Kalijum permanganat(u svakodnevnom životu to zovemo kalijum permanganat) – kristalna supstanca tamno ljubičaste boje. Kada se kalijum permanganat zagrije, oslobađa se kisik.

Sipajte malo praha kalijum permanganata u epruvetu i pričvrstite je vodoravno u nogu stativa. Stavite komad vate blizu otvora epruvete. Epruvetu zatvaramo čepom u koji je umetnuta cijev za odvod plina, čiji se kraj spušta u prihvatnu posudu. Cijev za izlaz plina mora doseći do dna prijemne posude.

Vata koja se nalazi u blizini otvora epruvete potrebna je kako bi se spriječilo ulazak čestica kalijevog permanganata u prihvatnu posudu (tokom raspadanja, oslobođeni kisik nosi čestice permanganata).

Kada je uređaj sastavljen, počinjemo zagrijavati epruvetu. Počinje oslobađanje kisika.

Jednačina reakcije za razgradnju kalijum permanganata:

2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2

Kako otkriti prisustvo kiseonika? Koristimo Priestleyjev metod. Zapalimo drvenu iver, pustimo da malo zagori, pa je ugasimo da jedva tinja. Spustimo iver koji tinja u posudu sa kiseonikom. Baklja jako bljeska!

Odvodna cijev za plin nije slučajno spušten na dno prihvatne posude. Kiseonik je teži od vazduha, stoga će se skupljati na dnu prijemnika, istiskujući vazduh iz njega.

Kiseonik se takođe može prikupiti istiskivanjem vode. Da biste to učinili, cijev za izlaz plina mora se spustiti u epruvetu napunjenu vodom i spustiti u kristalizator s vodom s rupom prema dolje. Kada kiseonik uđe, gas istiskuje vodu iz epruvete.

Razgradnja vodikovog peroksida

Vodikov peroksid- supstanca poznata svima. Prodaje se u ljekarnama pod nazivom "vodikov peroksid". Ovaj naziv je zastario, ispravnije je koristiti izraz "peroksid". Hemijska formula vodikov peroksid H2O2

Vodikov peroksid se tokom skladištenja polako razlaže na vodu i kiseonik. Da biste ubrzali proces razgradnje, možete zagrijati ili primijeniti katalizator.

Katalizator– supstanca koja ubrzava brzinu hemijske reakcije

Sipajte vodikov peroksid u tikvicu i dodajte katalizator u tečnost. Katalizator može biti crni prah - mangan oksid MnO2. Smjesa će se odmah početi pjeniti zbog oslobađanja velika količina kiseonik. Unesimo tinjajuću krhotinu u tikvicu - ona sjajno bukti. Jednačina reakcije za razgradnju vodikovog peroksida je:

2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2

Napomena: katalizator koji ubrzava reakciju je napisan iznad strelice ili znaka «=», jer se ne troši tokom reakcije, već je samo ubrzava.

Razgradnja kalijum hlorata

Kalijum hlorat– kristalna supstanca bijela. Koristi se u proizvodnji vatrometa i drugih raznih pirotehničkih proizvoda. Postoji trivijalno ime za ovu tvar - "Bertholletova sol". Supstanca je dobila ovo ime u čast francuskog hemičara koji ju je prvi sintetizirao, Claude Louis Berthollet. Hemijska formula kalijum hlorata je KSlO3.

Kada se kalijum hlorat zagrijava u prisustvu katalizatora - mangan oksida MnO2, Berthollet sol se razlaže prema sljedećoj shemi:

2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2.

Razgradnja nitrata

Nitrati- supstance koje sadrže jone NO3⎺. Jedinjenja ove klase se koriste kao mineralna đubriva, uključeni su u pirotehničke proizvode. Nitrati– jedinjenja su termički nestabilna, a kada se zagreju razlažu se oslobađanjem kiseonika:

Imajte na umu da su sve razmatrane metode za proizvodnju kisika slične. U svim slučajevima kisik se oslobađa prilikom razgradnje složenijih tvari.

Reakcija razgradnje

IN opšti pogled Reakcija razlaganja može se opisati dijagramom slova:

AB → A + B.

Reakcije razgradnje mogu se javiti kada su izložene razni faktori. To može biti grijanje, električna struja ili korištenje katalizatora. Postoje reakcije u kojima se tvari spontano razgrađuju.

Proizvodnja kiseonika u industriji

U industriji se kiseonik dobija odvajanjem iz vazduha. Zrak– mješavina plinova čije su glavne komponente prikazane u tabeli.

Suština ove metode je duboko hlađenje vazduha, pretvarajući ga u tečnost, koja u normalnim uslovima, atmosferski pritisak može se postići na temperaturi od oko -192°S. Odvajanje tekućine na kisik i dušik vrši se korištenjem razlike u njihovim temperaturama ključanja, i to: Tb. O2 = -183°C; Bp.N2 = -196°S(pri normalnom atmosferskom pritisku).

Sa postepenim isparavanjem tečnosti u gasovitu fazu, azot, koji ima više niske temperature ključanja, a kako se oslobađa, tečnost će biti obogaćena kiseonikom. Višestruko ponavljanje ovog procesa omogućava dobijanje kiseonika i azota potrebne čistoće. Ova metoda razdvajanja tekućina na sastavne dijelove naziva se rektifikacija tečnog vazduha.

• U laboratoriji se kisik proizvodi reakcijama razgradnje
• Reakcija razgradnje- reakcija koja rezultira složene supstance rastaviti na jednostavnije
• Kiseonik se može prikupiti metodom istiskivanja vazduha ili metodom istiskivanja vode
• Za otkrivanje kisika koristi se tinjajuća krhotina, koja u njoj svijetlo treperi
• Katalizator- supstanca koja ubrzava hemijska reakcija, ali se ne konzumira u njemu

Kiseonik se pojavio u Zemljinoj atmosferi sa pojavom zelene biljke i fotosintetske bakterije. Zahvaljujući kiseoniku, aerobni organizmi vrše disanje ili oksidaciju. Kiseonik je važno nabaviti u industriji - koristi se u metalurgiji, medicini, vazduhoplovstvu, nacionalne ekonomije i druge industrije.

Svojstva

Kiseonik je osmi element periodnog sistema. To je plin koji podržava sagorijevanje i oksidira tvari.

Rice. 1. Kiseonik u periodnom sistemu.

Kiseonik je zvanično otkriven 1774. Engleski hemičar Joseph Priestley izolirao je element iz živinog oksida:

2HgO → 2Hg + O 2 .

Međutim, Priestley nije znao da je kisik dio zraka. Svojstva i prisustvo kiseonika u atmosferi kasnije je odredio Priestleyev kolega, francuski hemičar Antoine Lavoisier.

Opće karakteristike kiseonika:

• bezbojni plin;
• nema miris ni ukus;
• teže od vazduha;
• molekul se sastoji od dva atoma kiseonika (O 2);
• u tečnom stanju ima blijedoplavu boju;
• slabo rastvorljiv u vodi;
• je jako oksidaciono sredstvo.

Rice. 2. Tečni kiseonik.

Prisustvo kiseonika može se lako proveriti spuštanjem tinjajuće krhotine u posudu koja sadrži gas. U prisustvu kiseonika, baklja se rasplamsava.

Kako to dobijaš?

Postoji nekoliko poznatih metoda za proizvodnju kisika iz različitih spojeva u industrijskim i laboratorijskim uvjetima. U industriji se kiseonik dobija iz vazduha ukapljivanjem pod pritiskom i na temperaturi od -183°C. Tečni vazduh je podvrgnut isparavanju, tj. postepeno zagrijati. Na -196°C dušik počinje da isparava, a kiseonik ostaje tečan.

U laboratoriju kisik nastaje iz soli, vodikovog peroksida i kao rezultat elektrolize. Do raspadanja soli dolazi prilikom zagrijavanja. Na primjer, kalijev hlorat ili bertolitna so se zagrevaju na 500°C, a kalijum permanganat ili kalijum permanganat se zagrevaju na 240°C:

• 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2;
• 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 .

Rice. 3. Zagrijavanje Berthollet soli.

Kiseonik možete dobiti i zagrijavanjem nitrata ili kalijevog nitrata:

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .

Prilikom razlaganja vodikovog peroksida kao katalizator se koristi mangan (IV) oksid - MnO 2, ugljen ili željezni prah. Opća jednačina kao što slijedi:

2H 2 O 2 → 2H 2 O + O 2.

Otopina natrijum hidroksida se podvrgava elektrolizi. Kao rezultat, nastaju voda i kisik:

4NaOH → (elektroliza) 4Na + 2H 2 O + O 2 .

Kisik se također izoluje iz vode pomoću elektrolize, razgrađujući ga na vodik i kisik:

2H 2 O → 2H 2 + O 2.

Na nuklearnim podmornicama kisik se dobivao iz natrijevog peroksida - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. Metoda je zanimljiva jer se ugljični dioksid apsorbira zajedno s oslobađanjem kisika.

Kako koristiti

Sakupljanje i prepoznavanje su neophodni za oslobađanje čistog kiseonika koji se u industriji koristi za oksidaciju supstanci, kao i za održavanje disanja u svemiru, pod vodom i u zadimljenim prostorijama (kiseonik je neophodan vatrogascima). U medicini, boce s kisikom pomažu pacijentima s poteškoćama u disanju da dišu. Kiseonik se takođe koristi za lečenje respiratornih bolesti.

Kiseonik se koristi za sagorevanje goriva - uglja, nafte, prirodni gas. Kiseonik se široko koristi u metalurgiji i mašinstvu, na primer, za topljenje, rezanje i zavarivanje metala.

Prosječna ocjena: 4.9. Ukupno primljenih ocjena: 181.

Pitanje br. 2 Kako se kiseonik dobija u laboratoriji i industriji? Napišite jednadžbe za odgovarajuće reakcije. Po čemu se ove metode razlikuju jedna od druge?

odgovor:

U laboratoriji se kisik može dobiti na sljedeće načine:

1) Razgradnja vodikovog peroksida u prisustvu katalizatora (manganov oksid

2) Razgradnja bertolet soli (kalijev hlorat):

3) Raspadanje kalijum permanganata:

U industriji se kiseonik dobija iz vazduha, koji sadrži oko 20% zapremine. Vazduh se ukapljuje pod pritiskom i ekstremnim hlađenjem. Kiseonik i azot (druga glavna komponenta vazduha) imaju različite temperature ključanje. Stoga se mogu razdvojiti destilacijom: dušik ima nižu tačku ključanja od kisika, tako da dušik isparava prije kisika.

Razlike između industrijskih i laboratorijskih metoda za proizvodnju kisika:

1) Sve laboratorijske metode za proizvodnju kiseonika su hemijske, odnosno dolazi do transformacije jednih supstanci u druge. Proces dobivanja kisika iz zraka je fizički proces, budući da ne dolazi do transformacije nekih tvari u druge.

2) Kiseonik se može dobiti iz vazduha u mnogo većim količinama.

Pozdrav. Danas ću vam reći o kiseoniku i kako ga nabaviti. Da vas podsjetim da ako imate pitanja za mene, možete ih napisati u komentarima na članak. Ako vam treba pomoć iz hemije, . Biće mi drago da vam pomognem.

Kiseonik je u prirodi rasprostranjen u obliku izotopa 16 O, 17 O, 18 O, koji na Zemlji imaju sledeće procente - 99,76%, 0,048%, 0,192%.

U slobodnom stanju kiseonik se nalazi u oblik tri alotropske modifikacije : atomski kiseonik - O o, dioksigen - O 2 i ozon - O 3. Štaviše, atomski kiseonik se može dobiti na sledeći način:

KClO 3 = KCl + 3O 0

KNO 3 = KNO 2 + O 0

Kiseonik se nalazi u više od 1400 različitih minerala i organska materija, u atmosferi njegov sadržaj iznosi 21% zapremine. A ljudsko tijelo sadrži do 65% kisika. Kiseonik je gas bez boje i mirisa, slabo rastvorljiv u vodi (3 zapremine kiseonika se otapaju u 100 zapremina vode na 20 o C).

U laboratoriji se kisik dobiva umjerenim zagrijavanjem određenih tvari:

1) Prilikom razlaganja jedinjenja mangana (+7) i (+4):

2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganat manganat
kalijum kalijum

2MnO 2 → 2MnO + O 2

2) Prilikom razlaganja perklorata:

2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perklorat
kalijum

3) Tokom razgradnje bertolet soli (kalijev hlorat).
U ovom slučaju nastaje atomski kiseonik:

2KClO 3 → 2 KCl + 6O 0
hlorat
kalijum

4) Tokom razlaganja soli hipohlorne kiseline na svetlosti- hipohloriti:

2NaClO → 2NaCl + O 2

Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2

5) Prilikom zagrevanja nitrata.
U tom slučaju nastaje atomski kisik. U zavisnosti od položaja metalnog nitrata u nizu aktivnosti, dolazi do formiranja razni proizvodi reakcije:

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2

Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2

2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2

6) Tokom razgradnje peroksida:

2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2

7) Prilikom zagrijavanja oksida neaktivnih metala:

2Ag 2 O ↔ 4Ag + O 2

Ovaj proces je relevantan u svakodnevnom životu. Činjenica je da posuđe od bakra ili srebra, koje ima prirodni sloj oksidnog filma, prilikom zagrijavanja stvara aktivni kisik, što je antibakterijski učinak. Otapanje soli neaktivnih metala, posebno nitrata, također dovodi do stvaranja kisika. Na primjer, cjelokupni proces rastvaranja srebrnog nitrata može se predstaviti u fazama:

AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3

2AgOH → Ag 2 O + O 2

2Ag 2 O → 4Ag + O 2

ili u sažetom obliku:

4AgNO 3 + 2H 2 O → 4Ag + 4HNO 3 + 7O 2

8) Prilikom zagrijavanja soli hroma najvećeg oksidacijskog stanja:

4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
dihromat hromat
kalijum kalijum

U industriji se kiseonik dobija:

1) Elektrolitičko razlaganje vode:

2H 2 O → 2H 2 + O 2

2) Interakcija ugljen-dioksid sa peroksidima:

CO 2 + K 2 O 2 →K 2 CO 3 + O 2

Ova metoda je nezamjenjiva tehničko rješenje problemi s disanjem u izolovanim sistemima: podmornice, mine, svemirske letjelice.

3) Kada ozon stupa u interakciju sa redukcijskim agensima:

O 3 + 2KJ + H 2 O → J 2 + 2KOH + O 2

Od posebnog značaja je proizvodnja kiseonika tokom procesa fotosinteze. koji se javljaju u biljkama. Sav život na Zemlji u osnovi zavisi od ovog procesa. Fotosinteza je složen proces u više koraka. Svetlost mu daje početak. Sama fotosinteza se sastoji od dvije faze: svijetle i tamne. Tokom svjetlosne faze, pigment klorofila koji se nalazi u biljnom lišću formira takozvani kompleks koji "upija svjetlost", koji uzima elektrone iz vode i na taj način je dijeli na vodikove ione i kisik:

2H 2 O = 4e + 4H + O 2

Akumulirani protoni doprinose sintezi ATP-a:

ADP + P = ATP

Tokom mračne faze, ugljični dioksid i voda se pretvaraju u glukozu. A kiseonik se oslobađa kao nusproizvod:

6CO 2 + 6H 2 O = C 6 H 12 O 6 + O 2

blog.site, pri kopiranju materijala u cijelosti ili djelimično, potrebna je veza do originalnog izvora.