Все способы получения кислорода. Урок по химии на тему "получение кислорода"

Кислород - это газ без вкуса, запаха и цвета. По содержанию в атмосфере занимает второе место после азота. Кислород является сильным окислителем и химически активным неметаллом. Этот газ был открыт одновременно несколькими учеными в XVI­II столетии. Первым добыть кислород удалось шведскому химику Шееле в 1772 году. Исследованием кислорода занимался французский химик Лавуазье, давший ему название «oxygène». Выявить кислород помогает тлеющая лучина: при контакте с газом она ярко вспыхивает.

Значение кислорода

Этот газ участвует в процессах горения. Кислород вырабатывают зеленые растения, в листьях которых осуществляется процесс фотосинтеза, который обогащает атмосферу этим жизненно важным газом.

Как получить кислород? Из воздуха газ добывают промышленным способом, воздух при этом очищают и сжижают. Наша планета имеет огромные запасы воды, составляющей которой является кислород. Это означает, что получать газ можно путем разложения воды. Сделать это можно в домашних условиях.

Как добыть кислород из воды

Для проведения эксперимента понадобятся такие инструменты и материалы:

Источник питания;

Пластмассовые стаканы (2 штуки);

Электроды (2 штуки);

Гальваническая ванна.

Рассмотрим сам процесс. В гальваническую ванну больше чем на половину объема наливаем воду, затем добавляем 2 мл едкого натра или разбавленной серной кислоты - это усилит электропроводность воды.

Делаем отверстия в дне пластмассовых стаканов, протягиваем через них электроды - угольные пластины. Необходимо заизолировать воздушную прослойку между стаканом и пластиной. Помещаем стаканы в ванну таким образом, чтобы электроды были в воде, а стаканы располагались вверх дном. Между поверхностью воды и дном стакана должно быть предельно мало воздуха.

Припаиваем металлический провод к каждому электроду, подключаем к источнику питания. Подключенный к отрицательному полюсу электрод называется катодом, подключенный к положительному полюсу - анодом.

Через воду проходит электрический ток - осуществляется электролиз воды.


Электролиз воды

Происходит химическая реакция, в ходе которой образуется два газа. Внутри стакана с катодом собирается водород, в стакане с анодом собирается кислород. Образование газов в стаканах с электродами определяем по пузырькам воздуха, поднимающимся из воды. Через трубку выводим кислород из стакана в другую емкость.

Правила безопасности

Проведение химического опыта по получению из воды кислорода возможно только при соблюдении правил техники безопасности. Газы, полученные в процессе электролиза воды, нельзя смешивать. Полученный водород взрывоопасен, поэтому он не не должен соприкасаться с воздухом. О том, какие опыты с газами безопасно проводить дома, можно узнать .

Как добыть кислород лабораторным способом

Способ первый : насыпаем перманганат калия в пробирку, ставим пробирку на огонь. Марганцовка нагревается, выделяется кислород. Улавливаем газ пневматической ванной. Итог: из 10 г перманганата калия выделяется 1 л кислорода.


Пневматическая ванна Стивена Хейлза

Способ второй : в пробирку насыпаем 5 г селитры, закрываем пробирку огнеупорной пробкой со стеклянной трубкой. Закрепляем пробирку на столе с помощью штатива, ставим под ней ванночку с песком, чтобы избежать чрезмерного нагревания. Включаем газовую горелку и направляем огонь на пробирку с селитрой. Вещество расплавляется, происходит выделение кислорода. Собираем газ через стеклянную трубку в надетый на ее воздушный шарик.

Способ третий : в пробирку насыпаем хлорат калия и ставим пробирку на огонь газовой горелки, предварительно закрыв ее огнеупорной пробкой со стеклянной трубкой. Бертолетова соль в процессе нагревания выделяет кислород. Собираем газ через трубку, надев на нее воздушный шарик.

Способ четвертый : стеклянную пробирку закрепляем на столе с помощью штатива, наливаем в пробирку пероксид водорода. При контакте с воздухом неустойчивое соединение разлагается на кислород и воду. Чтобы ускорить реакцию выделения кислорода, добавляем в пробирку активированный уголь. Пробирку закрываем огнеупорной пробкой со стеклянной трубкой, надеваем на трубку воздушный шарик и собираем кислород.

Цель урока:

  • способствовать формированию знаний учащихся о способах получения кислорода в природе, промышленности и лаборатории, доказательства наличия и способах его собирания;
  • способствовать формированию умений выделять общие и существенные признаки; умений видеть проблему и найти пути ее решения; умений применять полученные знания на практике и оценивать результаты выполненных действий;
  • продолжить развивать память, внимание, творческую активность;
  • продолжить развитие самостоятельности, умения работать в группах;
  • продолжить формирование коллектива.

Организационный момент.

Вводная часть

– Какую главу изучаем? (Простые вещества.)

– Какие вещества называются простыми? (Вещества, молекулы которых состоят из атомов одного вида.)

– На какие группы делятся простые вещества? (На металлы и неметаллы.)

Изучение нового материала.

Мы продолжаем знакомиться с простыми веществами. Сегодня узнаем больше о веществе, о котором Берцелиус сказал, что вокруг него вращается земная химия. Что это за вещество вы узнаете, выполнив следующее задание. Вместо … вставьте слово, которое соответствует элементу вещества, и запишите слово в тетради. (Приложение 2.)

1. … – самый распространенный элемент земной коры.

2. Молекула простого вещества озона образована элементом …

3. В воздухе содержится 21% …

4. Оксиды – сложные вещества, состоящие из двух элементов, одним из которых является …

5. В состав воды входят два атома водорода и один атом …

– Вы записали одно слово?

– Кто записал несколько слов?

– Какое это слово? (Кислород.)

Итак, начинаем изучать простое вещество кислород!

– Почему изучаем эту тему? Чем важен кислород? (Кислород необходимое вещество для дыхания, самый распространенный элемент земной коры, входит в состав воды.)

– В разделе простые вещества стоит жизненная задача, которая связана с кислородом. Прочитайте ее.

Жизненная задача.

Для путешествия по пещере необходим запас кислорода. Как его можно добыть в походных условиях?

– На основе жизненной задачи скажите, что должны изучать сегодня? (Как получают кислород?)

Тема урока: “Получение кислорода”.

При изучении этой темы:

  • вы узнаете
, какие вещества и химические реакции используются для получения кислорода;
  • научитесь
  • записывать соответствующие уравнения реакций;
  • научитесь
  • получать кислород и доказывать его наличие.

    Для решения той жизненной задачи, которая перед нами стоит, поработайте в группах.

    Класс разбит на пять групп по 4 человека. Каждая группа имеет свое задание. (Приложение 1.)

    – Внимательно изучите информацию, ответьте на вопросы, запишите уравнения реакций.

    Работа в группах.

    Затем представление выполненного задания. Один представитель от группы отвечает устно на вопросы задания, а второй записывает уравнения реакций на доске.

    – Будьте внимательны, слушая друг друга. По ходу ваших выступлений будем оформлять схему – получение кислорода.

    Используя кислород воздуха для дыхания, уменьшаем его количество. Но содержание в воздухе остается постоянным – 21%. Как же поддерживается необходимое нам постоянное содержание кислорода? Как получается кислород в природе?

    Выступление 1 группы о получении кислорода в природе.

    Уравнение реакции

    Общий вывод: кислород в природе получается благодаря процессу фотосинтеза в растениях на свету.

    Оформляется часть схемы

    – Подходит ли данный способ для решения жизненной задачи? (Нет, для фотосинтеза необходим свет.)

    Кислород необходим не только в природе. В промышленности его используют для получения металлов и других необходимых веществ. Для этого кислород необходим в больших количествах. Способы получения, которые используются при этом, так и называются – промышленные.

    Выступление 2 группы о получении кислорода в промышленности.

    Уравнение реакции

    Общий вывод: кислород в промышленности получают из воздуха и воды.

    – Почему для получения больших количеств кислорода используют воздух и воду? (наиболее распространенные вещества в природе, содержащие кислород)

    Оформляется часть следующая часть схемы “Получение кислорода”

    – Подходит ли данный способ для решения жизненной задачи? (нет, дорогостоящее оборудование, такие процессы занимают много времени)

    В Англии на одной из площадей г. Лидса стоит памятник ученому. В правой руке он держит линзу, чтобы собрать пучок солнечных лучей, а в левой – тигель с оксидом ртути. Молодой человек сосредоточен и внимателен, ожидает результаты опыта. Это Джозеф Пристли, англ. ученый, запечатленный в момент получения кислорода в своей лаборатории.

    Рассматриваем лабораторные способы получения кислорода.

    Выступление 3 группы о некоторых способах получения кислорода в лаборатории.

    Уравнения реакций

    Вывод: данные способы не подходят для решения жизненной задачи, т.к. соединения ртути ядовито, а калийной селитры может и не оказаться в походных условиях.

    – Этими лабораторными способами не ограничивается получение кислорода. Есть еще несколько способов получения кислорода в лаборатории.

    Выступление 4 группы о наиболее распространенный способах получения кислорода в лаборатории.

    Уравнения реакций

    MnO 2 – катализатор, ускоряет химическую реакцию, но сам при этом не расходуется.

    Все химические реакции разложения.

    Общий вывод: в лаборатории кислород получают реакциями разложения кислородсодержащих веществ при нагревании или действии катализатора.

    Оформляется оставшаяся часть схемы.

    Учащиеся высказывают предположения.

    Например, для получения кислорода в походных условиях можно использовать реакцию разложения перманганат калия, который всегда есть в аптечке. Можно использовать также разложение пероксида водорода, для данной реакции применить в качестве катализатора можно кровь, слюну, которые содержат природные катализаторы.

    – Получив кислород, необходимо также определенным образом его собрать и доказать наличие.

    Выступление 5 группы о способах собирания кислорода и доказательстве его присутствия.

    Общий вывод: кислород собирают методом вытеснения воздуха и воды, наличие кислорода доказывают с помощью тлеющей лучинки.

    Выполнение лабораторной работы “Получение кислорода разложением перманганата калия и доказательство его наличия” в парах.

    Перед работой повторяются правила по технике безопасности при работе со спиртовкой и при нагревании.

    Заключение.

    – Достигли ли целей урока?

    – Как получают кислород?

    Вывод по уроку: кислород можно получить в природе, промышленности и лаборатории. Для получения кислорода используют реакции разложения кислородсодержащих веществ. Реакции протекают при нагревании или в присутствии катализатора.

    Домашнее задание.

    Выберете то задание, которое вам больше нравится.

    Задание № 1.

    Расскажите своему другу, который отсутствовал на уроке изучения темы “Получение кислорода”, используя знания о стилях речи, полученные на уроках русского языка.

    Задание № 2.

    Подготовить выступление для школьной конференции – Ломоносовские чтения на тему “История открытия кислорода”, используя знания о стилях речи, полученные на уроках русского языка.

    Сегодня я узнал(а) …
    Было трудно …
    Теперь я могу …
    Я понял, что …
    У меня получилось..
    Было интересно …
    Меня удивило …
    Мне захотелось …

    Здравствуйте. Вы уже читали мои статьи в блоге Tutoronline.ru. Сегодня я расскажу Вам о кислороде и о способах его получения. Напоминаю, если у Вас будут ко мне вопросы, Вы можете писать их в комментариях к статье. Если же Вам понадобиться любая помощь по химии, записывайтесь на мои занятия в расписании . Буду рад Вам помочь.

    Кислород распространён в природе в виде изотопов 16 О, 17 О, 18 О, которые имеют следующее процентное содержание на Земле – 99,76%, 0,048%, 0,192% соответственно.

    В свободном состоянии кислород находится в виде трёх алло-тропных модификаций : атомарного кислорода - О о, дикислорода – О 2 и озона – О 3 . Причём, атомарный кислород может быть получен следующим образом:

    КClO 3 = KCl + 3O 0

    KNO 3 = KNO 2 + O 0

    Кислород входит в состав более 1400 различных минералов и органических веществ, в атмосфере его содержание составляет 21% по объёму. А в человеческом теле содержится до 65% кислорода. Кислород газ без цвета и запаха, мало растворим в воде (в 100 объёмах воды при 20 о С растворяется 3 объёма кислорода).

    В лаборатории кислород получают умеренным нагреванием некоторых веществ:

    1) При разложении соединений марганца (+7) и (+4):

    2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
    перманганат манганат
    калия калия

    2MnO 2 → 2MnO + O 2

    2) При разложении перхлоратов:

    2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
    перхлорат
    калия

    3) При разложении бертолетовой соли (хлората калия) .
    При этом образуется атомарный кислород:

    2KClO 3 → 2 KCl + 6O 0
    хлорат
    калия

    4) При разложении на свету солей хлорноватистой кислоты - гипохлоритов:

    2NaClO → 2NaCl + O 2

    Ca(ClO) 2 → CaCl 2 + O 2

    5) При нагревании нитратов.
    При этом образуется атомарный кислород. В зависимости от того, какое положение в ряду активности занимает металл нитрата, образуются различные продукты реакции:

    2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2

    Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2

    2AgNO 3 → 2 Ag + 2NO 2 + O 2

    6) При разложении пероксидов:

    2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2

    7) При нагревании оксидов неактивных металлов:

    2Аg 2 O ↔ 4Аg + O 2

    Данный процесс имеет актуальное значение в быту. Дело в том, что посуда, изготовленная из меди или серебра, имея естественный слой оксидной плёнки, при нагревании образует активный кислород, что является антибактериальным эффектом. Растворение солей неактивных металлов, особенно нитратов, также приводит к образованию кислорода. Например, суммарный процесс растворения нитрата серебра можно представить по этапам:

    AgNO 3 + H 2 O → AgOH + HNO 3

    2AgOH → Ag 2 O + O 2

    2Ag 2 O → 4Ag + O 2

    или в суммарном виде:

    4AgNO 3 + 2H 2 O → 4Ag + 4HNO 3 + 7O 2

    8) При нагревании солей хрома высшей степени окисления:

    4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
    бихромат хромат
    калия калия

    В промышленности кислород получают:

    1) Электролитическим разложением воды:

    2Н 2 О → 2Н 2 + О 2

    2) Взаимодействием углекислого газа с пероксидами:

    СО 2 + К 2 О 2 →К 2 СО 3 + О 2

    Данный способ представляет собой незаменимое техническое решение проблемы дыхания в изолированных системах: подводных лодках, шахтах, космических аппаратах.

    3) При взаимодействии озона с восстановителями:

    О 3 + 2КJ + H 2 O → J 2 + 2KOH + O 2


    Особое значение получение кислорода имеет место в процессе фотосинтеза
    , происходящего в растениях. Кардинальным образом от этого процесса зависит вся жизнь на Земле. Фотосинтез – сложный многоступенчатый процесс. Начало ему даёт свет. Сам фотосинтез состоит из двух фаз: световой и темновой. В световую фазу пигмент хлорофилл, содержащийся в листьях растений, образует так называемый «светопоглощающий» комплекс», который отнимает электроны у воды, и тем самым расщепляет её на ионы водорода и кислород:

    2Н 2 О = 4е + 4Н + О 2

    Накопившиеся протоны способствуют синтезу АТФ:

    АДФ + Ф = АТФ

    В темновую фазу происходит преобразование углекислого газа и воды в глюкозу. И побочно выделяется кислород:

    6СО 2 + 6Н 2 О = С 6 Н 12 О 6 + О 2

    сайт, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

    Вопрос № 2 Как получают кислород в лаборатории ив промышленности? Напишите уравнения соответствующих реакций. Чем отличаются эти способы друг от друга?

    Ответ:

    В лаборатории кислород можно получить следующими способами:

    1) Разложение перекиси водорода в присутствии катализатора (оксида марганца

    2) Разложение бертолетовой соли (хлората калия):

    3) Разложение перманганата калия:

    В промышленности кислород получают из воздуха, в котором его содержится около 20% по объему. Воздух сжижают под давлением и при сильном охлаждении. Кислород и азот (второй основной компонент воздуха) имеют разные температуры кипения. Поэтому их можно разделить перегонкой: азот имеет более низкую температуру кипения, чем кислород, поэтому азот испаряется раньше кислорода.

    Отличия промышленных и лабораторных способов получения кислорода:

    1) Все лабораторные способы получения кислорода химические, то есть при этом происходит превращение одних веществ в другие. Процесс получения кислорода из воздуха - физический процесс, поскольку превращение одних веществ в другие не происходит.

    2) Из воздуха кислорода можно получать в гораздо больших количествах.

    На сегодня вопрос экологии выходит на первый план. Но здоровая экология невозможна без кислорода. Именно он является основным кирпичиком поддержания жизни на планете . Кроме этого, кислород часто участвует во многих химических реакциях. Давайте рассмотрим, как получить кислород в условиях химической лаборатории.

    Чтобы получить кислород укрепим пробирку из тугоплавкого стекла на штативе и внесем в нее 5 г порошкообразной (нитрата калия KNO 3 или нитрата натрия NaNO 3). Поставим под пробирку чашку из огнеупорного материала, наполненную песком, так как при этом опыте часто плавится и вытекает горячая масса. Поэтому и горелку при нагревании будем держать сбоку. Когда мы сильно нагреем селитру, она расплавится и из нее выделится кислород (обнаружим это с помощью тлеющей лучины – она воспламенится в пробирке). При этом нитрат калия перейдет в нитрит KNO 2 . Бросим затем тигельными щипцами или пинцетом кусок черенковой в расплав (никогда не держать лицо над пробиркой). Сера воспламенится и сгорит с выделением большого количества тепла. Опыт следует проводить при открытых окнах (из-за получающихся окислов серы).

    Процесс протекает следующим образом (нагревание):

    2KNO 3 → 2KNO 2 + О 2

    Получить кислород можно и другими методами. Перманганат калия КМnО 4 отдает при нагревании кислород и превращается при этом в оксид марганца (4):

    2КМnO 4 → МnO 2 + К 2 МnО 4 + O 2 .

    Из 10 г перманганата калия можно получить примерно литр кислорода, значит двух граммов достаточно, чтобы наполнить кислородом пять пробирок нормальной величины.

    Некоторое количество перманганата калия нагреем в тугоплавкой пробирке и уловим в пробирки выделяющийся кислород с помощью пневматической ванны. Кристаллы, растрескиваясь, разрушаются, и, зачастую некоторое количество пылеобразного перманганата увлекается вместе с газом. Вода в пневматической ванне и отводной трубке в этом случае окрасится в красный .

    В больших количествах получить кислород можно также из пероксида (перекиси) водорода Н 2 О 2 . Пероксид водорода мало устойчив. Уже при стоянии на воздухе он разлагается на кислород и :

    2Н 2 O 2 → 2H 2 O + О 2

    Получить кислород можно существенно быстрее, если добавить к пероксиду немного диоксида марганца МnО 2 , активного угля, металлического порошка, крови (свернувшейся или свежей), слюны. Эти вещества действуют как катализаторы .

    Мы можем в этом убедиться, если в маленькую пробирку поместим примерно 1 мл пероксида водорода с одним из названных веществ, а наличие выделяющегося кислорода установим с помощью пробы лучинкой. Если в химическом стакане к 5 мл трехпроцентного раствора пероксида водорода добавить равное количество крови животного, то смесь сильно вспенится, пена застынет и вздуется в результате выделения пузырьков кислорода.

    Катализаторы повышают скорость реакции химического процесса и при этом сами не расходуются. В конечном итоге они снижают энергию активации, необходимую для возбуждения реакции. Но существуют и вещества, действующие противоположным образом. Их называют отрицательными катализаторами или ингибиторами . Например, фосфорная кислота препятствует разложению пероксида водорода. Поэтому продажный раствор пероксида водорода обычно стабилизирован фосфорной или мочевой кислотой. В живой природе во многих процессах участвуют так называемые биокатализаторы (энзимы, гормоны).