misc / 32846_e06b06cd6e9ad04f315d37bd4131ce33

Кислород и озон

101

Позднее вы узнаете, какое строение имеет атом кислорода и чем

он отличается от атомов других химических элем нтов.

а

Когда говорят о кислороде как о химическом эл м нте, то подра-

т

е

в

наряду с атомами других химических элементов входят в состав слож-

ных веществ, следовательно, в данном случ се речь идет о кислороде

как о химическом элементе.

а

Кислород как простое вещество

Простое вещество кислород существует в виде

я

молекул. Молекулакислородасостоитиздвухато-

мов химического элеме та кислорода (рис. 73),

а

поэтому химическая формула кислорода как про-

стого вещества — O . Поскольку относительная

Рис. 73. Модель мо-

2

н

атомная масса кисл р

а равна 16, то относи-

лекулы кислорода

тельная молекуля ная массадпростого вещества

кислорода равна:

о

= 32.

Mr(O2) = Ar(O) 2 = 16 2

Следов тельнор, молярная масса кислорода равна:

а

M(O2) = 32 г/моль.

Как у всех газов, молярный объем кислорода при нормальных ус-

ловиях равен:

Vm(O2) = 22,4 дм3/моль.

Н

вании вещества HgO. Однако Дж. Пристли в то вр мя не понял, что

т

он получил новое газообразное вещест о, и считал го разновиднос-

тью воздуха. Еще раньше в 1772 г. ки лород былеполучен К. Шееле,

но сообщение об этом он опубликовал только в 1777 г.

в

В 1774 г. Дж. Пристли сообщил о воих результатах великому

в 1775 г. сделал в Академии наук докл д «Мемуар о природе вещества,

соединяющегося с металлами при

апрокаливании и увеличивающего

их вес».

Происхождение н зв ния «кислород» связано с образованием

я

а

н

этот газ «р ждающим кислоты», или сокращенно — кислородом.

Озон

д

Кроме кислооода, существует еще одно простое вещество, моле-

кулы которого состоят только из атомов кислорода. Это озон, моле-

р

а

кула которого содержит три атома кислорода

(рис. 74), его формула — О3.

При нормальных условиях озон пред-

Н

ставляет собой газ с резким раздражающим

запахом. Он очень токсичен для всех живых

Рис. 74. Модель молекулы

организмов и поэтому используется вместо

озона

хлора для обеззараживания воды.

Кислород и озон

103

такие приборы следует только в хорошо проветрива мых помеще-

ниях.

т

верхних слоях атмосферы Земли (на ысотеепримерно

В

30—40 км) существует озоновый слой. Содержащийся в нем озон

образуется из кислорода под воздействием олнечногов

излучения.

размеров озоновых дыр могут наступить серьезные экологические ка-

тастрофы.

о

р

да. Главными потребителями кислорода являются металлургическая

промышленностьН

(выплавка стали), космическая техника (окислитель

а

т

е

в

а

с

я

а

н

Рис. 75. Приме е ие кислорода: 1 — в металлургии; 2 — как окисли-

тель ракетного топлива; 3 — в авиации для дыхания; 4 — для сварки

о

и резки металлов; 5 — ля взрывных работ; 6 — в медицине

р

Химическийдэлемент кислород образует два простых вещест-

а

и озон О3.

2

ва — кисло од О2

Когда гово ят о кислороде как о химическом элементе, подра-

Получение кислорода

105

в земной коре является кислород; д) при нагревании некоторых

веществ можно получить кислород?

а

т

2. В каких случаях речь идет о кислороде как о простом ве-

крытом космосе, потому что там нет кислорода; д) состав моле-

кулы озона входит кислород?

е

3.

Во сколько раз озон тяжелее: а) ки лорода; б) воздуха?

4.

в

Какой объем занимает при норм льных у ловиях кислород

массой 160 г?

с

5.

Газовая смесь содержит кислород химическим количеством

2,5 моль и озон химическим количествома3,0 моль. Чему равна

масса такой газовой смеси?

6.

Пользуясь данными т блицы 7 из предыдущего парагра-

фа, рассчитайте массу озо

я

, содерж щегося в воздухе объемом

(н. у.) 10,0 м3.

а

7.

Чему равно общее число атомов кислорода, содержащихся

в озоне массой 0,96 кг?

н

§ 21. Получение кисл др да

Наиболее важнымодля человека и других живых организмов ве-

106

Кислород

а

т

Рис. 76. Получение кислорода из

Рис. 77. Получ ние кислорода

«марганцовки» KМnO4

из пероксида одорода

е

в

с

греть, то будет выделяться кислород (рис. 76):

t

я

MnOа+ MnO

2KMnO

4

= K

2

+ O

[.

2

4

2

Кислород можно также получить разложением пероксида водорода

н

H2O2. Для этого в пробирку с H2O2

следует добавить очень небольшое

количество особого вещества — к тализатора — и закрыть пробирку

пробкой с газоотвод ой трубкойа

(рис. 77). Для данной реакции ката-

протекает сле ующая химическая реакция:

д

MnO

O + O

[.

2H O

2

= 2 2H

2

Об атите вниманиео

2

2

на то, что ни в левой, ни в правой частях урав-

Получение кислорода

107

Рис. 78. Схема прибора для электролиза воды

Именно потому, что катализатор не расходуется в

а

реакции, мы не записываем его формулу ни в одной

из частей уравнения реакции.

Еще один способ получения кислорода — разло-

жение воды под действием постоянного электричес-

кого тока. Этот процесс называется электролизом

воды. Получить кислород можно в приборе, схема-

т

тично изображенном на рисунке 78. При этом про-

е

текает следующая химическая реакция:

2H2O = 2H2[ + O2[.

в

Кислород в природе

с

Огромное количество газообразного кислорода

а

содержится в атмосфере, растворено в водах морей

и океанов. Кислород необходим всем живым организмам для дыхания.

Без кислорода невозможно было бы получать энергию за счет сжи-

я

гания различных видов топлива. На эти нужды ежегодно расходуется

примерно 2 % атмосфер ого кислорода.

Откуда берется кислород

а

а Земле и почему его количество оста-

ется примерно п ст янным, несмотря на такой расход? Единственным

н

источником кисл р да на нашей планете являются зеленые растения,

д

производящие его п д действием солнечного света в процессе фо-

тосинтеза. Это очень сложный процесс, включающий много стадий.

о

В результ те фотосинтеза в зеленых частях растений углекислый газ

и вода превр щ ются в глюкозу C6H12O6 и кислород. Суммарное

р

уравнение ре кций, протекающих в процессе фотосинтеза, можно

представитьаследующим образом:

УстановленоН

6CO2 + 6H2O h=ν C6H12O6 + 6O2[.

, что примерно одну десятую часть (11 %) произво-

димого зелеными растениями кислорода дают наземные растения, а

остальные девять десятых (89 %) — водные растения.

тем охлаждения до такой низкой температуры, при ко орой все его

а

компоненты п р ходят в жидкое агре-

гатное состояние. Заттм эту жидкость

медленно нагре ают, в результате чего

е

при разных температурах происходит

последов тельноевыкипание(т. е. пере-

в

ход в г зообр зное состояние) веществ,

с

которые содержатся в воздухе. Собирая

выкипающие при разных температу-

а

рах газы, по отдельности получают

Рис. 79. Жидкий воздух

зот, кислород и другие вещества.

я

В лабораторных условиях кислород получают разложением неко-

а

торых сложных веществ, в состав которых входят атомы кислорода.

Катализатор — вещество, которое ускоряет протекание хими-

н

ческой реакции, но само при этом не расходуется.

Источник м кислорода на нашей планете являются зеленые

д

растения, в к т ых протекает процесс фотосинтеза.

В п омышленностио

кислород получают из воздуха.

р

а

Физические и химические свойства кислорода

109

5. Кислородможнополучитьпринагреваниибертолетовойсоли

KClO3 в присутствии MnO2

а

по схеме: KClO3 I KCl + O2. Составь-

те уравнение реакции. Какую роль играет MnO2

т

в этой ре кции?

6. В результате

разложения

бертолетовой

соли

выделился

е

кислород химическим количеством 0,18 моль. Рассчи ай е массу

разложившейся бертолетовой соли.

в

7. К какому типу

относится

реакция получ ния

кислорода

из H2O2?

с

8. Рассчитайте массу пероксида водорода H2O2, который необ-

а

ходим для получения кислорода массой 50 г.

§ 22. Физические и химические свойства кислорода

я

Как у любого химического вещества, у кислорода есть свой набор

а

физических и химических свойств, по которым его можно отличить от

других веществ.

н

Физические свойства

По своим физическим свойствам простое вещество кислород от-

носится к неметаллам. При

ормальных условиях он находится в га-

о

зообразном агрегатном состоянии. Кислород не имеет цвета, запаха и

вкуса. Масса кисл р

а

бъемом 1 дм3 при н. у. равна примерно 1,43 г.

р

Если стеклянную колбу наполнить кислородом и внес и в нее ло-

а

жечку с горящей серой, то сера вспыхива т с образованием яркого

пламени и быстро сгорает (рис. 80). Химич скуютр акцию, протека-

ющую в этом случае, можно описать следующим уравнением:

е

S + O2 = SO2[.

В результате ре кциивобразуется вещество SO2,

которое назыв ется сернистым газом. Сернистый

с

газ имеет резкий з п х, который вы ощущаете при

зажигании обычнойаспички. Это говорит о том, что

в сост в головки спички входит сера, при горении

которой и обр зуется сернистый газ.

я

Подожженный красный фосфор в колбе с кис-

лородом вспыхивает еще ярче и быстро сгорает,

Рис. 80.

Горение

а

образуя густой белый дым (рис. 81). При этом про-

серы в кислороде

текает химическая реакция:

н

д

4P

+ 5O2 = 2P2O5.

Белый дым состоит из маленьких твердых час-

р

отиц продукта реакции — P2O5.

Если в колбу с кислородом внести тлеющий уго-

лек, состоящий в основном из углерода, то он так-

а

же вспыхивает и сгорает ярким пламенем (рис. 82).

Протекающую химическую реакцию можно пред-

Н

ставить следующим уравнением:

C + O2 = CO2[.

Рис. 81.

Горение

Продуктом реакции является CO2, или углекис-

фосфора в кисло-

роде

лый газ, с которым вы уже знакомы. Доказать об-