Строение, аллотропия и получение кислорода
Чем озон отличается от кислорода и какими тремя способами кислород получают в лаборатории.
1. Строение атома и аллотропные модификации
Кислород — первый представитель халькогенов (VIA группа, 2 период). Электронная конфигурация: 1s22s22p4. На внешнем слое 6 электронов, до заветного октета не хватает ровно двух.
Типичные степени окисления:
- -2 — в подавляющем большинстве оксидов (H2O, CO2)
- -1 — в пероксидах (Na2O2, H2O2)
- 0 — в простых веществах (O2, O3)
- +1, +2 — ТОЛЬКО ВО ФТОРИДАХ (O2F2, OF2)
Аллотропия (Химические воплощения)
У кислорода есть две аллотропные модификации, которые кардинально отличаются друг от друга:
| Аллотропная модификация | Свойства и особенности |
|---|---|
| Кислород (O2) Жизнь |
Газ без цвета, вкуса и запаха. Чуть тяжелее воздуха, плохо растворим в воде (но рыбам хватает!). В жидком состоянии имеет красивый светло-голубой цвет. Массовая доля в земной коре — около 47% (он входит в состав почти всех минералов: песка, глины, гранита). В воздухе его ~21% по объему. |
| Озон (O3) Защита |
Газ голубого цвета со специфическим "запахом свежести" (как после грозы). Озон — гораздо более агрессивный окислитель, чем кислород (легко окисляет серебро). В высоких слоях атмосферы он образует "озоновый слой", защищающий нас от ультрафиолета. Ядовит в высоких концентрациях. |
Вопрос 1: Аллотропия (Озон)
ПроверкаКакая аллотропная модификация кислорода образуется во время грозы? Напишите уравнение реакции и укажите свойства этого газа.
Ответ: Озон ($O_3$). Уравнение: $3O_2 \xrightarrow{электрический разряд} 2O_3$.
Пояснение: Озон — газ с резким запахом "свежести", намного более сильный окислитель, чем молекулярный кислород (например, окисляет серебро при обычных условиях).
2. Получение кислорода
| Метод получения | Суть метода и уравнения реакций |
|---|---|
| В промышленности Из воздуха |
В промышленности нет смысла проводить сложные химические реакции. Воздух — это готовый коктейль газов.
Воздух сжижают (превращают в жидкость при сверхнизких температурах), а затем проводят фракционную перегонку жидкого воздуха (так как у кислорода и азота разные температуры кипения).
|
| В лаборатории Разложение сложных веществ |
Лабораторные способы основаны на термическом или каталитическом разложении богатых кислородом веществ. Эти реакции — хит первых заданий и задания №29:
1. Разложение Перманганата калия (марганцовки):
2KMnO4 t°→ K2MnO4 + MnO2 + O2↑2. Разложение Бертолетовой соли:
2KClO3 MnO₂, t°→ 2KCl + 3O2↑3. Каталитическое разложение перекиси водорода (аптечный метод):
2H2O2 MnO₂→ 2H2O + O2↑4. Разложение оксидов тяжелых металлов и нитратов:
2HgO t°→ 2Hg + O2↑2KNO3 t°→ 2KNO2 + O2↑  |
Вопрос 1: Получение кислорода (Уравнения)
ПроверкаДопишите уравнения термического разложения для получения кислорода в лаборатории:
- $KClO_3 \xrightarrow{t^\circ, MnO_2} \dots + \dots\uparrow$
- $KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} \dots + \dots + \dots\uparrow$
- $H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} \dots + \dots\uparrow$
Ответ:
- $2KClO_3 \xrightarrow{t^\circ, MnO_2} 2KCl + 3O_2\uparrow$ (разложение бертолетовой соли)
- $2KMnO_4 \xrightarrow{t^\circ} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$
- $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$ (каталитическое разложение перекиси)