Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ
Шрифт:
Кислород вызывает ржавление (медленное окисление) железа, уравнения реакций см. в 11.3. Особенно активен атомарный кислородО 0(активность выше, чем у озона O 3), обычно получаемый непосредственно в зоне реакции при термическом разложении многих веществ.
Простейшая качественная реакция– яркое загорание тлеющей древесной лучинки в атмосфере кислорода.
Получениекислорода:
а) в промышленности– фракционная дистилляция жидкого воздуха, электролиз воды (уравнения реакций см. в разд. 12);
б) в лаборатории– нагревание легко разлагающихся кислородсодержащих веществ:
2HgO = 2Hg + O 2 (450–500 °C)
2КMnO 4= К 2MnO 4+ MnO 2+ O 2 (200–240 °C)
2Na 2O 2= 2Na 2O + O 2 (400–675 °C, вакуум)
2КClO 3= 2КCl + 3O 2 (150–300 °C, кат. MnO 2)
2KNO 3= 2KNO 2+ O 2 (400–520 °C)
Кислород является важнейшим продуктом основного химического производства. Применяется как реагент в химической технологии (обжиг сульфидных руд, синтез оксидов), металлургии (производство чугуна и стали) и газификации природного угля, при сварке и резке металлов; жидкий кислород – окислитель топлива в ракетной технике.
Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов горения, гниения и дыхания возмещается растениями при фотосинтезе. При вдыхании человеком и животными воздуха в легкие кислород связывается с гемоглобином крови и переносится в клетки, где органические вещества (в первую очередь глюкоза) с его помощью окисляются и обеспечивают жизненную энергию организмов.
ОзонO 3.Простое вещество (трикислород),неустойчивая аллотропная форма существования элемента. Светло-синий газ с характерным («озоновым») запахом, тяжелее воздуха. Молекула имеет строение незавершенного треугольника [: O(O) 2] (sр 2– гибридизация, валентный угол 117°), содержит ковалентные -связи O=O. Разлагается под действием ультрафиолетового излучения, катализаторов и оксидов азота (разрушение озонового слоя атмосферы Земли). Устойчив в смеси с O 2 (озонированный кислород).Малорастворим в воде (285 мл/1 л Н 2O), но значительно лучше, чем O 2. Сильный окислитель (более сильный, чем O 2, но более слабый, чем атомарный кислород O 0). Окисляет при комнатной температуре многие металлы и неметаллы до высоких степеней окисления. С надпероксидами щелочных металлов (К, Rb, Cs) образует оранжево-красные озониды.Не реагирует с Au, Cu, Ni, Pt, Sn. Генерируется из кислорода O 2в специальном приборе — озонаторе.
Качественная реакция– выделение иода из раствора KI при комнатной температуре (O 2в реакцию не вступает). Уравнения важнейших реакций:
Получение: под действием электрического разряда в озонаторе:
Применяется для дезинфекции питьевой воды, при отбеливании тканей и минеральных масел, как реагент в
неорганическом и органическом синтезе. В атмосфере Земли озоновый слой (на высоте =25 км) защищает живой мир от воздействия космического ультрафиолетового излучения.
Атомарный кислородО 0.Третья аллотропная форма кислорода. Более сильный окислитель по сравнению с O 2и O 3. Образуется при распаде молекул O 2и O 3под действием ультрафиолетового излучения. Возникает при термическом разложении кислородсодержащих веществ (см. выше, получение O 2); при отсутствии восстановителей тут же переходит снова в O 2и O 3, в присутствии восстановителей окисляет их:
KNO 3= KNO 2+ O 0
О 0+ С (графит) = СO 2
Поэтому вещества, легко отщепляющие кислород при нагревании, проявляют сильные окислительные свойства.
Пероксид водородаН 2O 2.Бинарное соединение. Молекула Н 2O 2неплоская, имеет строение с -связью О – О на ребре и связями Н – О на плоскостях двугранного угла. Степень окисления кислорода равна – I. Группа – О – О– называется пероксогруппой.
Бесцветная жидкость, вязкая, тяжелее воды, чувствительна к свету и примесям (стабилизатор Н 3РO 4). Разлагается со взрывом при слабом нагревании, на катализаторе – при комнатной температуре. Неограниченно смешивается с водой. Разбавленными щелочами нейтрализуется не полностью. Сильный окислитель, слабый восстановитель.
Пероксид водорода применяется как отбеливатель текстиля, бумаги, кож, жиров и минеральных масел, окислитель ракетного топлива, реагент в органическом синтезе, при осветлении картин старых мастеров (потемневший красочный слой из-за перехода белил – гидроксокарбонатов свинца – в черный PbS осветляют переводом в белый PbSO 4). В промышленности обычно используют взрывобезопасный 30 %-ный раствор Н 2O 2 (пергидроль),в медицине – 3 %-ный раствор.
Уравнения важнейших реакций:
2Н 2O 2= 2Н 2O + O 2 (выше 150 °C или на кат. MnO 2)
Н 2O 2(разб.) + NaOH (разб.) = NaHO 2+ Н 2O
Н 2O 2(конц.) + 2NaOH (т)= Na 2O 2V + 2H 2O (0 °C)
Н 2O 2(3 %) + 2H ++ 2I – = I 2V + 2Н 2O
5Н 2O 2(30 %) + I 2(т)= 2НIO 3+ 4Н 2O
Н 2O 2(10 %) + SO 3 2-= SO 3 2-+ H 2O
4Н 2O 2(30 %) + PbS (черн.) = 4H 2O + PbSO 4(бел.)V
3H 2O 2+ 2[Cr(OH) 6] 3-= 2CrO 4 2-+ 8H 2O + 2OH –
2Н 2O 2(конц.) + Са(ClO) 2= СаCl 2+ 2Н 2O + 2O 2^