Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:А ты хочешь знать химию. Учебно-справочное пособие для старшеклассников и абитуриентов
.pdf
другие вещества сгорают быстрее, чем в воздухе, кислород используют для ускорения химических производственных процессов, например, при получении чугуна и стали, в производствах азотной и серной кислот, а также при резке и сварке металлов. Жидкий кислород широко применяется и в ракетах
для различных высотных исследований. Жидкий кислород
входит в состав взрывчатых веществ.
Кислород применяется в медицине, в авиации, при пожаротушении. В лечебной практике при лёгочных и сердечных
заболеваниях, когда затруднено дыхание, больным дают кислород из кислородных подушек. Один вдох кислорода человеком равносилен пяти вдохам воздуха.
Явление «кислородного голодания» в организме может
наступить и от недостатка кислорода в окружающей среде.
Например, на высоте 10000 м содержание кислорода уменьшается в четыре раза. Этого количества газа слишком мало
для нормального процесса дыхания. Поэтому на больших высотах лётчики, а также альпинисты пользуются баллонами с
кислородом. Баллоны с кислородом необходимы и пожарникам.
Получение кислорода. С развитием техники получения
низких температур был разработан физический способ получения кислорода из атмосферного воздуха. Он основан на глубоком охлаждении воздуха и использовании различия в температурах кипения газов, входящих в состав воздуха.
Жидкий воздух представляет собой смесь, состоящую из
79% азота и 21% кислорода по объёму. Жидкий азот кипит
при температуре –195,8 °С, а жидкий кислород — при температуре –182,9 °С. На разности температур кипения азота и
кислорода основано их разделение. В настоящее время этот
способ стал основным способом получения технического кислорода. Жидкий кислород хранят и перевозят в специально
приспособленных для этого ёмкостях-цистернах, снабжённых хорошей теплоизоляцией.
Химические способы получения кислорода практически
утратили своё техническое значение и служат для получения
кислорода в лаборатории.
В лаборатории кислород обычно получают в результате реакции разложения перманганата калия KMnO
, которая
4
протекает при нагревании.
2KMnO
перманганат манганат оксид кислород
калия калия марганца
= K2MnO
4
+ MnO2 + O
4
2
31
KMnO
1
4
2
KMnO
1
O
4
2
O
2
Рис. 1. Собирание кислорода
методом вытеснения воздуха:
1 — стекловата; 2 — воздух
Рис. 2. Собирание кислорода
методом вытеснения воды:
1 — стекловата; 2 — вода
2
При получении кислорода в лаборатории его собирают в
ёмкость (колбу, химический стакан), держа отверстие газоотводной трубочки вниз. Этот способ (рис. 1) собирания кислорода путём вытеснения воздуха основан на том, что кислород
тяжелее воздуха. Кислород можно собирать и над водой, т. е.
путём вытеснения воды (рис. 2), так как кислород мало растворяется в воде. (См. опорный конспект-схему 2.)
Вопросы и задания:
1. На каких свойствах основано применение кислорода?
2. На каких свойствах основано получение кислорода в промыш-
ленности?
3. Как обычно получают кислород в лаборатории?
Пояснения к опорному конспекту-схеме 2 к § 16, 17, 18.
Конспект-схема состоит из двух частей, которые связаны
со словом «кислород». Небольшая часть, на которой записаны формулы воды, речного песка, мрамора, относится к слову
кислород в значении химического элемента. Эта же часть говорит о нахождении кислорода в природе. Вторая большая
часть относится к слову кислород в значении простого вещества. Во второй части выделены блоки. Изображение «капли»
обычно ассоциируется с жидкостью. Блок 1 в форме «капли»
отражает физические свойства кислорода: растворимость в
воде (изображение рыбки и растения говорит о возможности
жизни в воде — и животные, и растения используют для дыхания кислород, растворённый в воде), способность превращения газообразного кислорода в жидкость синего цвета при
32
Схема 2
Опорный конспект-схема по теме «Кислород»
О
Н2О
SiO
CaCO
2
32
29
O2 + вещества оксиды
горение t°
дыхание
свойства применение
3
Воздух
Перманганат калия
KMnO
4
взрыв металл топливо
лётчик пожарный больной
Пероксид водорода
H2O
2
33
низких температурах, кислород — газ (о чём говорит стрелочка вверх рядом с формулой кислорода), который немного
тяжелее воздуха (об этом говорит отношение цифр 32:29 —
это отношение относительных молекулярных масс кислорода
и воздуха).
Далее блок 2 отражает химические свойства кислорода:
записаны главные процессы, в которых участвует кислород — горение и дыхание. Чтобы помнить о том, что кислород участвует в процессе дыхания, на рисунке есть изображение человека, животного и растения. Чтобы помнить горение
и его отличительную черту (выделение тепла и света), изображён костёр. Чтобы найти общее в этих процессах, записана
схема: кислород + вещества
= оксиды. Дыхание — пример
процесса медленного окисления, в результате которого образуются оксиды: вода и углекислый газ. Блок 3 о применении
кислорода, который связан с блоками 1 и 2 свойствах кислорода — о чём говорит стрелка, объединяющая слова «свойства»
«применение». Последний блок 4 о получении кисло-
рода.
§ 19. Водород — химический элемент.
Нахождение в природе
Химический знак — Н
Относительная атомная масса А
(Н) = 1
r
Нахождение в природе. Водород — основной элемент кос-
моса. На его долю приходится более половины массы Солнца
и большинства звёзд. Он присутствует в атмосфере некоторых
планет и в межзвёздном газе. Известно, что гигантские планеты солнечной системы Юпитер и Сатурн состоят в основном
из водорода. Основная масса водорода на Земле находится в
связанном состоянии. Он входит в состав воды, каменных
углей, нефти, а также веществ, из которых образованы все
живые организмы. К числу химических соединений водорода
относят и кислоты, которых много в плодах и листьях растений (яблочная, лимонная, щавелевая кислоты и др.). В желудочном соке человека есть соляная кислота, которая вырабатывается организмом человека.
34
Вопросы и задания:
1. Почему водород считают основным, т. е. главным элементом
космоса?
2. Какие соединения водорода вы знаете?
§ 20. Водород — простое вещество
Химическая формула — Н
Относительная молекулярная масса Мr(Н2) = 2
2
Физические свойства. Водород — газ без цвета и запаха.
Водород — самый лёгкий из всех известных газов: он в 14,5
раза легче воздуха. В воде мало растворим. Сжижается водород при очень низкой температуре. Жидкий водород выглядит как вода.
Химические свойства. Водород горит в кислороде, т. е.
взаимодействует с кислородом и при этом выделяется тепло и
свет и образуется вода.
2Н
+ О
водород кислород вода
2
= 2Н2О
2
Принимая во внимание, что при горении водорода
образуется вода и что разложением воды можно получить
водород, А. Лавуазье дал ему название «гидрогениум», что
означает «образующий воду» (от греческого «гидро» — вода и
«геннао» — рождаю). На русский язык название передено
буквально — «водород».
Водород взаимодействует не только с неметаллами
(например, с кислородом, серой, хлором и др.), но и вступает
в реакцию с самыми активными металлами, такими, как
например, литий, натрий, калий, кальций и др., образуя
гидриды металлов:
2Na + H
натрий водород гидрид
натрия
= 2NaH
2
Применение водорода. Оно основано на его физических и
химических свойствах. Как лёгкий газ раньше он
использовался для заполнения воздушных шаров,
дирижаблей, но из-за горючести его в настоящее время
используют в смеси с гелием и в основном для заполнения
35
метеошаров. Производство водорода занимает одно из первых
мест в общем производстве газов. Большое количество
водорода используют в производстве аммиака, азотной
кислоты, соляной кислоты. Водород используют как рабочее
вещество холодильных машин. Главная роль принадлежит
водороду при превращении жидких жиров в твёрдые, в
производстве различных видов жидкого топлива. Его
используют в горелках для получения высоких температур:
кислородно-водородным пламене режут и сваривают металлы.
Применение водорода лежит в основе получения некоторых
металлов (например, вольфрама) из их оксидов.
Получение водорода. В промышленности водород
получают из природного газа, состоящего в основном из
метана СН
. В местах с дешёвой электрической энергией
4
водород получают в результате реакции разложения воды
электрическим током.
2Н
О = 2Н2 + О
вода водород кислород
2
2
В лаборатории кислоту получают способом, который известен с древних времён –взаимодействием кислоты с металлами (рис. 3). Обычно используют цинк и растворы соляной или
серной кислоты.
Zn + HCl
цинк соляная хлорид водород
кислота цинка
= ZnCl
+ H
2
2
В лаборатории водород собирают вытеснением воздуха
(рис. 4) или вытеснением воды из какой-либо ёмкости (пробирки, колбы, рис. 5). Необходимо обратить внимание на то,
что водород легче воздуха, а поэтому отверстие газоотводной
трубочки необходимо держать вверх. (См. опорный конспектсхему 3.)
Рис. 3
Аппарат Киппа:
1 — кислота
36
Рис. 4. Собирание водорода методом вытеснения воздуха
Рис. 5. Собирание водорода методом вытеснения воды
Вопросы и задания:
1. Напишите формулу водорода и укажите его относительную молекулярную массу.
2. Опишите физические свойства водорода.
3. Приведите уравнения реакций, чтобы показать химические
свойства водорода.
4. Расскажите о применении и получении водорода.
37
Схема 3
Опорный конспект-схема по теме «Водород»
H
2H
H
H
2
2
29
+ O2 = 2H2O
2
+ Cl2 = 2HCl
2
+ CuO = H2O + Cu
красный
2
красный
HCl
Пояснения к опорному конспекту-схеме 3 к § 19 и 20.
На рисунке крупно изображён химический знак водорода
Н. Под перекладиной буквы Н показаны солнце и звёзды,
чтобы запомнить, что водород — основной элемент космоса.
Изображение земного шара неслучайно, так как большая
часть его поверхности занято водой, а в воде, т. е. в морях,
океанах, реках, озёрах есть жизнь (изображение рыбки). На
поверхности суши также дано изображение человека, живот-
38
ного, растения. Всё живое состоит из органических веществ, в
состав которых входит водород. Над перекладиной буквы Н
изображены шарики разной формы, но оба они красного цвета. Красный цвет — цвет опасности. Красный цвет шариков
должен предупредить, что водород — опасен и при работе с
водородом нужно знать оп ре делённые правила. В первом шарике отражены и физические, и химические свойства. Как
вам уже известно, стрелочка рядом с химической формулой
говорит о том, что водород — газ, отношение цифр 2:29 говорит о том, что водород в 14,5 раз легче воздуха, и шарик, заполненный водородом, будет подниматься вверх от земли.
В первом шарике записаны уравнения реакций, в которые
вступает водород. Второй шарик с перехватом должен помочь
запомнить аппарат, в котором обычно получают водород в лаборатории. Шарики должны напомнить и об использовании
водорода для заполнения метеошаров.
39
Глава 3
Сложные вещества. Оксиды. Кислоты.
Соли. Основания
§ 21. Кислоты и соли
При изучении вопроса о получении водорода в лаборатории мы рассмотрели реакцию взаимодействия цинка с соляной кислотой.
Zn + 2HCl
цинк соляная хлорид водород
кислота цинка
= ZnCl
+ H
2
2
Как мы видим, это — уравнение реакции замещения:
вступают в реакцию простое вещество (цинк) и сложное вещество (соляная кислота), и образуются новое простое вещество
(водород) и новое сложное вещество (хлорид цинка). Из данного уравнения видим, что водород в кислоте может
замещаться на металл. Водород в кислоте может и обмениваться на металл, т. е. кислота может
вступать в реакции обмена.
CuO + 2HCl
оксид соляная хлорид вода
меди (II) кислота меди (II)
= CuCl
+ H2O
2
MgO + 2HCl = MgCl2 + H2O
оксид соляная хлорид вода
магния (II) кислота магния(II)
Кислота — это сложное вещество, в состав молекул которого входит водород, способный замещаться и обмениваться на металл.
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]