Transcript 3. Свойства и применение кислорода

Он всюду и везде:
В камне, в воздухе, в воде.
Он и в утренней росе,
И в небес голубизне.
Работа Трубицы Валентины,
ученицы 9 класса «Б»
МОУ СОШ № 23 хутора Братского
МО Усть-Лабинский район Краснодарского края
Руководитель
Воронцова Татьяна Николаевна, учитель химии
Цели и задачи реферата
• Изучить историю открытия кислорода.
• Описать нахождение
кислорода
в
природе, его получение и физические
свойства.
• Исследовать
химические свойства
кислорода и его применение.
• Описать
важнейшие
соединения
кислорода: озон и воду.
НАХОЖДЕНИЕ КИСЛОРОДА В ПРИРОДЕ
Массовая доля
кислорода в земной
коре 47,3%.
НАХОЖДЕНИЕ КИСЛОРОДА В ПРИРОДЕ
Объемная доля
кислорода в
атмосфере –
20,95%
НАХОЖДЕНИЕ КИСЛОРОДА В ПРИРОДЕ
35%
65%
Кислород
Остальные элементы
Массовая
доля
кислорода в
живых
организмах
65%.
ОТКРЫТИЕ КИСЛОРОДА
Кислород
открыли
почти
одновременно
шведский химик Дж.
Пристли и Карл Шееле
(1774 г.). Название дал
французский
химик
А.Лавуазье
(от
латинского
слова
оксигениум
рождающий кислоты).
Открытие Пристли кислорода датируется 1 августом 1774 г. Джозеф Пристли
исследовал газообразные вещества, выделяющиеся при накаливании различных
веществ сфокусированными (с помощью линзы) солнечными лучами. Присли получил
газ, в присутствии которого свеча горела ярким пламенем. «Тщетно я пытался
найти объяснения этому явлению, - говорил Пристли, - ничто, что я делал до тех пор,
меня так не удивило и не дало такого удовольствия».
Шведский химик Карл Шееле получил кислород разложением
некоторых неорганических соединений. Так, при нагревании
селитры с серной кислотой выделились бурые пары (т.е. закись
азота), которые при высокой температуре обесцвечивались. Эти
пары Шееле назвал “огненным воздухом”.
АЛЛОТРОПИЯ КИСЛОРОДА
Как простое вещество кислород существует в виде двух
аллотропных видоизменений - газов кислорода О2 и озона О3.
Озон в природе образуется из кислорода воздуха во время
грозовых разрядов, а в лаборатории – пропусканием
электрического разряда через кислород:
3О2 = 2О3 – 285 кДж
Кислород в нормальных условиях – газ без цвета и запаха,
озон – газ с характерным резким, но приятным запахом.
Кислород О2 является наиболее распространенной
формой этого элемента. Он составляет приблизительно одну
пятую часть всего объема земной атмосферы.
ПОЛУЧЕНИЕ КИСЛОРОДА
В ЛАБОРАТОРНЫХ УСЛОВИЯХ получают разложением
перманганата калия при нагревании: 2KMnO4 =K2MnO4 + MnO2 + O2
Mn+7 + 1e = Mn+6
Mn+7 + 3e = Mn+4
4e
восстановление, Mn+7 - окислитель
2O-2 – 4e = O2-2
окисление, O-2 - восстановитель
Для этой цели используют также сурик Pb3O4, оксид ртути HgO, бертолетову соль
KClO3, селитру KNO3.
Кислород выделяется при разложение пероксида водорода.
Это явление объясняется тем, что в пероксидах имеется связь О-О,
поэтому все они легко отщепляют кислород: 2Н2О2 = 2Н2О + О2
Пероксиды
используются
для
обеспечения
космонавтов
кислородом.
Выделяющийся при дыхании оксид углерода (IV) одновременно поглощается щелочью:
4KO +2H2O = 4KOH + 3O2
2КОН + СО2 = К2СО3 + Н2О
Суммарный процесс, поддерживающий кислородную атмосферу в кабине
космического корабля, выражается уравнением:
4 KO + 2CO2 = 2K2CO3 +3O2
Кислород получают разложением
электрического тока: 2Н2О = 2Н2 + О2
воды
под
действием
В ПРОМЫШЛЕННОСТИ кислород получают из воздуха. Для этого
воздух под давлением при низких температурах сжижают.
Разложение воздуха основано на разных температурах кипения
веществ: жидкий азот кипит при более низкой температуре (- 196 С),
чем кислород (- 183 С), поэтому азот испаряется, а кислород остается.
Хранят кислород под давлением в стальных баллонах голубого
цвета под давлением 15 и 20 МПа.
В природе кислород образуется в процессе фотосинтеза:
6СО2 + 6Н2О= С6Н12О6 + 6О2
ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА
• Обычный кислород состоит из молекул О2.
• Один литр кислорода весит 1,43 г, т.е. кислород
тяжелее воздуха.
• Кислород малорастворим в воде (5 объемов
кислорода растворяется в 100 объемах воды
при температуре 0оС, а при 20оС – 3,1 объема),
но все же лучше, чем газы атмосферы, поэтому
вода обогащается кислородом.
• Плотность
кислорода
при
нормальных
условиях ρ=1,429 г/л. При – 183оС кислород
конденсируется в бледно–голубую жидкость (ρ
= 1,13 г/см3), а при – 218,7оС образует синие
кристаллы, притягивающиеся магнитом.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА
Практически во всех соединениях (кроме соединений с фтором и
пероксидов) кислород проявляет постоянную валентность 2 и
степень окисления – 2.
Атом кислорода не имеет возбужденных состояний, т.к. на втором
внешнем уровне нет свободных орбиталей. Отрыв электронов
требует очень большой энергии; только фтор способен окислять
кислород с образованием дифторида кислорода OF2.
Во всех реакциях кислород – окислитель.
Скорость реакции с участием кислорода зависит:
• от природы реагирующих веществ;
• от доступа и концентрации кислорода;
• от температуры
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА
Процессы окисления (горения) идут при одновременном
выделении энергии в виде тепла и света. Очень важно использование
органических соединений в качестве топлива, т.к. при
реакции горения выделяется большое количество тепла:
2О2 + СН4 = 2Н2О + СО2 + 880кДж
метан
Наиболее активно окисляются щелочные и
щелочноземельные металлы (цезий и рубидий
самовопламеняются), причем в зависимости от условий
образуются оксиды и пероксиды.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА
При температуре красного каления (400оС) железная
проволока горит в кислороде:
2О2 + 3Fe = Fe3O4 (FeO.Fe2O3)
Fe0 – 2e = Fe+2
Fe0 – 3e = Fe+3 5е
О20 + 4е = 2О-2
окисление, Fe0 - восстановитель
восстановление, О20 - окислитель
В природных условиях железо окисляется медленно.
Некоторые металлы (алюминий) в обычных условиях окисляются
лишь на поверхности.
ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА КИСЛОРОДА
С неметаллами кислород, как правило, реагирует при
нагревании: сера, углеводород и фосфор горят в кислороде. В
некоторых случаях для того, чтобы началась реакция, требуется
нагревание.
В реакции кислорода с водородом (при нагревании до 300оС)
образуется вода:
О2 + 2Н2 = 2Н2О
Кислород окисляет многие сложные вещества, как
неорганические, так и органические:
O2 + 4Fe(OH)2 + 2H2O = 4Fe(OH)3
O2 + 2CH3CHO = CH3COOH
Правда, есть вещество, способное реагировать с кислородом
при комнатной температуре – гемоглобин крови.
ПРИМЕНЕНИЕ КИСЛОРОДА
Обогащение
воздуха
кислородом
делает более
эффективными и
экономичными
многие
технологические
процессы.
Использование кислородных аппаратов в космических кораблях,
на подводных судах, при спасательных работах
СОЕДИНЕНИЯ КИСЛОРОДА
ВОДА – САМОЕ ВАЖНОЕ СОЕДИНЕНИЕ
КИСЛОРОДА
Вода - больший дефицит, чем энергия.
У нас есть альтернативные источники
энергии, но альтернативы воды нет.
Юджин Одум
Вода:
•обеспечивает мягкий перепад температур зимой и летом,
днем и ночью
•создает условия для жизни обитателей водоемов в зимнее
время
•обеспечивает жизнедеятельность всех живых организмов
ОЗОН И ОЗОНОВЫЙ СЛОЙ
НАШЕЙ ПЛАНЕТЫ
Образование озона наблюдается во всех химических процессах,
сопровождающихся выделением атомарного кислорода, а также
при действии на молекулярный кислород быстрых электронов
и протонов, рентгеновских и ультрафиолетовых лучей.
Озон О3 является относительно неустойчивым соединением.
Одним из самых опасных продуктов в воздухе – озон,
находящийся в нижних слоях атмосферы.
Однако в стратосфере озон поглощает все
ультрафиолетовое излучение, оберегая все живое.
жесткое
СВОЙСТВА КИСЛОРОДА И
ОЗОНА
Свойства
Кислород - О2
Озон - О3
Молекулярный вес
32
48
Запах
Без запаха
Острый, характерный (озон – «пахнущий»)
Цвет
Бесцветный, в толстых слоях
голубоватый
Голубоватый даже в небольших количествах
Физиологические
свойства
Обусловливает жизненные процессы
Химические свойства
Активен: соединяется со всеми
элементами, кроме инертных газов
В небольших концентрациях полезен (убивает
болезнетворные микроорганизмы), в больших –
ядовит
Сильный окислитель вследствие выделения при
распаде атомарного кислорода: О3 = О2 + О
Температура плавления
(оС)
-218,8
-251,4
Температура кипения
(оС)
-183
-111,9
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИСЛОРОДА И ЕГО
СОЕДИНЕНИЙ.
ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
• Кислород является жизненно важным элементом для
всех
организмов.
Поэтому
особо
важной
экологической проблемой является сохранение и
расширение растительного покрова на нашей
планете. Главные поставщики кислорода – океан,
морские водоросли и растения.
• Продолжительность одного цикла в круговороте
кислорода 2000 лет. За это время весь кислород
проходит через живое существо.
• При фотосинтезе образуется ежегодно 177 млрд т
органических веществ, химическая энергия которых в
100 раз больше, чем энергия, вырабатываемая
всеми электростанциями мира.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИСЛОРОДА И ЕГО
СОЕДИНЕНИЙ.
ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
• Вездесущий, всемогущий и в тоже время невидимый
– все три эпитета можно отнести к кислороду.
Кислород – вездесущ: из него в значительной
степени состоит не только воздух, вода и земля, но и
мы с вами. Могущество кислорода проявляется в
том, что мы им дышим, а ведь дыхание – синоним
жизни. «Dum spiro spero» («Пока дышу, надеюсь»).
• При обычных условиях кислород не только
бесцветен и поэтому невидим, но и никак нами не
воспринимается, он не ощутим никакими органами
чувств. Правда, недостаток кислорода, а тем более
его отсутствие, мы почувствовали бы мгновенно.
Поэтому
очень
важно,
чтобы
содержание
кислорода в атмосфере поддерживалось на
оптимальном уровне.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КИСЛОРОДА И ЕГО
СОЕДИНЕНИЙ.
ГЛОБАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ
• Соединение
кислорода – озон – играет
не
последнюю роль в существовании жизни на нашей
планете. Попадая в результате промышленной
деятельности человека в нижние слои атмосферы
он загрязняет ее, а находясь в верхних слоях,
спасает все живое от облучения.
Решить эти
проблемы можно только в тесном сотрудничестве
между всеми странами нашей планеты.
• Таким образом, работая над этим рефератом, я
открыла для себя новые страницы, связанные с
кислородом и его соединениями на нашей
планете. Самостоятельная работа с различными
источниками была интересной.