Контрольні запитання
1. Які умови перебігу реакцій є загальними для описаних лабораторних методів добування кисню? Оксигеновмісні сполуки, які при нагріванні легко розкладаються з виділенням кисню.
2. Виберіть речовини, розкладанням яких можна добути кисень:
а) калій перманганат KMnO4;
б) вуглекислий газ CO2;
в) вода H2O;
г) манган (IV) оксид MnO2.
Відповідь: а), в)
3. Які реакції називають реакціями розкладу? Реакції, у яких з однієї складної речовини утворюється декілька інших речовин, називаються реакціями розкладу.
4. Як кисень добувають у промисловості? Великі кількості кисню добувають із рідкого повітря фізичним методом розділенням (ректифікацією). Спочатку повітря охолоджують до –200 °С, а потім поступово нагрівають. При –196 °С азот випаровується, а рідкий кисень залишається.
Часто в промисловості кисень добувають реакцією розкладу води — електролізом, тобто під дією електричного струму вода розкладається на дві прості речовини — кисень і водень:
2H2O = 2H2↑ + O2↑
5. Які речовини називаються каталізаторами? Каталізатори — це речовини, які змінюють швидкість хімічної реакції, проте самі в ній не витрачаються.
Чому каталізатори додають у невеликих кількостях? Оскільки каталізатори не витрачаються в процесі хімічної реакції.
Існує навіть вираз «додати реагент у каталітичній кількості», що означає «дуже мало».
6. Чим принципово відрізняються лабораторні та промислові способи добування кисню? Вартістю початкових речовин.
7. У який спосіб можна довести наявність чистого кисню в посудині? Тліюча скібка, внесена в посудину, яскраво спалахує. На якій властивості кисню він ґрунтується? Кисень підтримує горіння.
8. Наведіть способи збирання кисню. Методом витіснення води або повітря. Методом витіснення води збирають тільки ті гази, що погано розчиняються у воді, бо розчинні у воді гази не витісняють її з посудини. Методом витіснення повітря можна збирати всі газоподібні речовини, причому спершу слід визначитись з тим, як розташовувати посудину-приймач - догори дном чи навпаки.
На яких властивостях кисню вони ґрунтуються? Кисень малорозчинний у воді і важчий за повітря.
9. У яких посудинах зберігають газуватий і рідкий кисень? Газуватий кисень зберігають у спеціальних сталевих балонах під високим тиском, щоб він займав менше місця. Рідкий кисень зберігають у спеціальних балонах — посудинах Дьюара, які за будовою нагадують звичайний термос.
10. Як відрізнити балон, у якому зберігається кисень? Балони з киснем фарбують у синій колір, щоб не сплутати їх з балонами, наповненими іншими газами. Чому не можна змащувати вентилі кисневих балонів мастилом? Навіть залишки мастила в потоці чистого кисню спричинять сильний вибух.
Завдання для засвоєння матеріалу
Вправа 1. Назвіть лабораторні методи добування кисню. У лабораторії кисень добувають реакцією розкладу таких оксигеновмісних сполук: калій перманганат KMnO4, калій хлорат KClO3 (бертолетова сіль), гідроген пероксид Н2О2, калій нітрат KNO3 (індійська селітра).
Напишіть відповідні рівняння реакцій.
2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2↑ При нагріванні
2KClO3 = 2KCl + 3O2↑ Над знаком "=" напишіть каталізатор MnO2
2Н2О2 = 2Н2О + O2↑ Над знаком "=" напишіть каталізатор MnO2
2KNO3 = 2KNO2 + O2↑ При нагріванні
Вправа 2. Складіть формули сполук Оксигену з Гідрогеном, Калієм, Магнієм, Алюмінієм, Карбоном (IV), Фосфором (V) і Сульфуром (VІ).
H2O, K2O, MgO, Al2O3, CO2, P2O5, SO3
Вправа 3. У якій сполуці вміст Оксигену більший (за масовою часткою) — у калій перманганаті чи бертолетовій солі?
Масову частку елементів у сполуках обчислюємо за формулою:
w(Е)=n•Ar(Е)/Mr(сполуки), n — число атомів елемента; Аг(Е) — відносна атомна маса елемента; Мг(сполуки) — відносна молекулярна (формульна) маса сполуки.
Mr(KMnO4)=Ar(K)+Ar(Mn)+4•Ar(O)=39+55+4•16=158
w(O)=4•Ar(O)/Mr(KMnO4)=4•16/158=0,405, або,
помноживши це число на 100%, одержимо 40,5%.
Mr(KClO3)=Ar(K)+Ar(Cl)+3•Ar(O)=39+35,5+3•16=122,5
w(O)=3•Ar(O)/Mr(KClO3)=3•16/122,5=0,392, або 39,2%.
Відповідь: вміст Оксигену більший у калій перманганаті.
Вправа 4. Як зміниться стан терезів, якщо в порожню склянку, яка врівноважена на терезах, через трубочку додати кисень? Рівновага порушиться, склянка з повітрям опуститься вниз, бо кисень важчий за повітря.
Вправа 5. У хімічну склянку налили розчин гідроген пероксиду масою 400 г і додали дрібку манган (IV) оксиду. Після завершення виділення бульбашок газу в склянці залишилася вода масою 375 г. Обчисліть масу виділеного кисню.
Відомо: m(H2O2)=400 г, m(H2O)=375 г
Знайти: m(O2)-?
Розв'язування:
За законом збереження маси речовин, маса речовин до реакції дорівнює масі речовин після реакції: m(H2O2)=m(H2O)+m(O2), звідси
m(O2)=m(H2O2)-m(H2O)=400 г - 375 г=25 г
Відповідь: m(O2)=25 г
Вправа 6. Для добування кисню у пробірку помістили калій перманганат масою 20 г. Після прожарювання у пробірці залишився твердий залишок масою 18 г. Обчисліть масу добутого кисню. Який об’єм займає цей кисень? (Для обчислення використовуйте дані з попереднього параграфа).
Відомо: m(KMnO4)=20 г, m(залишку)=18 г, ρ(О2)=1,43 г/л
Знайти: m(O2)-?, V(O2)-?
Розв'язування:
За законом збереження маси речовин, маса речовин до реакції дорівнює масі речовин після реакції: m(KMnO4)=m(залишку)+m(O2), звідси
m(O2)=m(KMnO4)-m(залишку)=20 г - 18 г=2 г
З формули ρ=m/V знаходимо об'єм V=m/ρ:
V(O2)=m(O2):ρ(O2)=2 г : 1,43 г/л= 1,4 л
Відповідь: кисень масою 2 г займе об'єм 1,4 л
Вправа 7*. Як ви вважаєте, на чому ґрунтується дія каталізаторів? Дія каталізаторів зумовлена тим, що вони утворюють з реагентами проміжні сполуки, тому реакція відбувається у дві стадії і дуже швидко. Чому каталізатори не витрачаються в реакціях? Бо в одних реакціях каталізатор витрачається, а в других — утворюється знову.
Вправа 8. Поясніть, чому посудину Дьюара, заповнену зрідженим газом, не можна щільно закривати накривкою. Посудина Дьюара, завдяки вакууму між стінками майже не пропускає теплоту, тому, для підтримання температури зрідження кисню -1830С, кисень має випаровуватися. Його поновлюють доливанням.