În lecția 17 " Obținerea oxigenului» de la curs « Chimie pentru manechine» afla cum se obtine oxigenul in laborator; aflați ce este un catalizator și cum afectează plantele producția de oxigen pe planeta noastră.

Cea mai importantă substanță pentru oameni și alte organisme vii care face parte din aer este oxigenul. În industrie se folosesc cantități mari de oxigen, așa că este important să știți cum să îl obțineți.

Într-un laborator chimic, oxigenul poate fi obținut prin încălzirea unor substanțe complexe, care includ atomi de oxigen. Printre aceste substanțe se numără substanța KMnO 4, care este disponibilă în trusa de prim ajutor la domiciliu numită „permanganat de potasiu”.

Sunteți familiarizat cu cele mai simple dispozitive de obținere a gazelor. Dacă într-unul dintre aceste dispozitive se pune puțină pulbere de KMnO 4 și se încălzește, se va elibera oxigen (Fig. 76):

Oxigenul poate fi obţinut şi prin descompunerea peroxidului de hidrogen H 2 O 2 . Pentru a face acest lucru, o cantitate foarte mică dintr-o substanță specială trebuie adăugată într-o eprubetă cu H 2 O 2 - catalizator- si inchideti eprubeta cu un dop cu tub de evacuare a gazului (Fig. 77).

Pentru această reacție, catalizatorul este o substanță a cărei formulă este MnO2. Are loc următoarea reacție chimică:

Rețineți că nu există nicio formulă de catalizator în partea stângă sau în partea dreaptă a ecuației. Formula sa este de obicei scrisă în ecuația reacției peste semnul egal. De ce se adaugă un catalizator? Procesul de descompunere a H 2 O 2 în condiţii de cameră decurge foarte lent. Prin urmare, este nevoie de mult timp pentru a obține cantități apreciabile de oxigen. Cu toate acestea, această reacție poate fi accelerată drastic prin adăugarea unui catalizator.

Catalizator O substanță care accelerează o reacție chimică, dar nu este ea însăși consumată în ea.

Tocmai pentru că catalizatorul nu este consumat în reacție, nu scriem formula lui în nicio parte a ecuației reacției.

O altă modalitate de a obține oxigen este descompunerea apei sub acțiunea unui curent electric continuu. Acest proces se numește electroliză apă. Puteți obține oxigen în dispozitiv, prezentat schematic în Figura 78.

Are loc următoarea reacție chimică:

Oxigenul în natură

O cantitate imensă de oxigen gazos este conținută în atmosferă, dizolvată în apele mărilor și oceanelor. Oxigenul este esențial pentru ca toate organismele vii să respire. Fără oxigen, ar fi imposibil să obții energie prin arderea diferitelor tipuri de combustibil. Aproximativ 2% din oxigenul atmosferic este consumat anual pentru aceste nevoi.

De unde provine oxigenul de pe Pământ și de ce cantitatea acestuia rămâne aproximativ constantă în ciuda unui astfel de consum? Singura sursă de oxigen de pe planeta noastră sunt plantele verzi, care îl produc sub acțiunea luminii solare prin procesul de fotosinteză. Acesta este un proces foarte complex, cu mulți pași. Ca rezultat al fotosintezei în părțile verzi ale plantelor, dioxidul de carbon și apa sunt transformate în glucoză C 6 H 12 O 6 și oxigen. Total
ecuația reacțiilor care apar în procesul de fotosinteză poate fi reprezentată astfel:

S-a stabilit că aproximativ o zecime (11%) din oxigenul produs de plantele verzi este furnizat de plante terestre, iar restul de nouă zecimi (89%) este furnizat de plante acvatice.

Obținerea de oxigen și azot din aer

Rezervele uriașe de oxigen din atmosferă fac posibilă obținerea și utilizarea acestuia în diverse industrii. În condiții industriale, oxigenul, azotul și unele alte gaze (argon, neon) sunt obținute din aer.

Pentru a face acest lucru, aerul este mai întâi transformat într-un lichid (Fig. 79) prin răcire la o temperatură atât de scăzută, la care toate componentele sale trec într-o stare lichidă de agregare.

Apoi, acest lichid este încălzit lent, în urma căruia, la diferite temperaturi, substanțele conținute în aer sunt fierte secvențial (adică, trecerea la o stare gazoasă). Prin colectarea gazelor care fierb la diferite temperaturi, se obțin separat azotul, oxigenul și alte substanțe.

Rezumatul lecției:

1. În condiții de laborator, oxigenul se obține prin descompunerea unor substanțe complexe, care includ atomi de oxigen.
2. Un catalizator este o substanță care accelerează o reacție chimică fără a fi consumată.
3. Sursa de oxigen de pe planeta noastră sunt plantele verzi în care are loc procesul de fotosinteză.
4. În industrie, oxigenul este obținut din aer.

Sper că lecția 17" Obținerea oxigenului' a fost clar și informativ. Dacă aveți întrebări, scrieți-le în comentarii.

Oxigenul este un gaz insipid, inodor și incolor. În ceea ce privește conținutul în atmosferă, se află pe locul al doilea după azot. Oxigenul este un agent oxidant puternic și un nemetal reactiv. Acest gaz a fost descoperit simultan de mai mulți oameni de știință în secolul al XVIII-lea. Chimistul suedez Scheele a fost primul care a produs oxigen în 1772. Oxigenul a fost studiat de chimistul francez Lavoisier, care i-a dat numele de „oxygène”. O lanternă care mocnește ajută la detectarea oxigenului: atunci când intră în contact cu gazul, se aprinde puternic.

Importanța oxigenului

Acest gaz este implicat în procesele de ardere. Oxigenul este produs de plantele verzi ale căror frunze desfășoară procesul de fotosinteză, care îmbogățește atmosfera cu acest gaz vital.

Cum să obțineți oxigen? Gazul este extras din aer într-un mod industrial, în timp ce aerul este purificat și lichefiat. Planeta noastră are rezerve uriașe de apă, o componentă din care este oxigenul. Aceasta înseamnă că gazul poate fi obținut prin descompunerea apei. Puteți face asta acasă.

Cum să obțineți oxigen din apă

Pentru a efectua experimentul, veți avea nevoie de următoarele instrumente și materiale:

Sursă de putere;

Pahare din plastic (2 bucati);

Electrozi (2 bucăți);

Baie galvanică.

Să luăm în considerare procesul în sine. Turnați apă în baia galvanică cu mai mult de jumătate din volum, apoi adăugați 2 ml de sodă caustică sau acid sulfuric diluat - acest lucru va crește conductivitatea electrică a apei.

Facem găuri în fundul paharelor de plastic, întindem electrozii prin ele - plăci de carbon. Este necesar să izolați spațiul de aer dintre sticlă și placă. Asezam paharele in baie astfel incat electrozii sa fie in apa si paharele cu susul in jos. Ar trebui să existe foarte puțin aer între suprafața apei și fundul paharului.

Lipiți un fir metalic pe fiecare electrod, conectați-l la o sursă de alimentare. Electrodul conectat la polul negativ se numește catod, iar electrodul conectat la polul pozitiv se numește anod.

Un curent electric trece prin apă - se efectuează electroliza apei.

electroliza apei

Are loc o reacție chimică în care se formează două gaze. Hidrogenul este colectat în interiorul sticlei cu catodul, oxigenul este colectat în sticlă cu anodul. Formarea gazelor în paharele cu electrozi este determinată de bulele de aer care se ridică din apă. Prin tub, retragem oxigenul din sticlă într-un alt recipient.

Norme de siguranță

Efectuarea unui experiment chimic pentru a obține oxigen din apă este posibilă numai dacă sunt respectate reglementările de siguranță. Gazele produse în timpul electrolizei apei nu trebuie amestecate. Hidrogenul rezultat este exploziv, deci nu ar trebui să intre în contact cu aerul. Puteți afla ce experimente cu gaze sunt sigure de făcut acasă.

Cum să obțineți oxigen în laborator

Metoda unu: turnați permanganat de potasiu într-o eprubetă, puneți eprubeta pe foc. Se încălzește permanganatul de potasiu, se eliberează oxigen. Prindem gazul cu o baie pneumatică. Concluzie: 1 litru de oxigen este eliberat din 10 g de permanganat de potasiu.

Baie pneumatică de Stephen Hales

Metoda a doua: se toarnă 5 g salpetru într-o eprubetă, se închide eprubeta cu un dop refractar cu un tub de sticlă. Fixăm eprubeta pe masă cu un trepied, punem sub ea o baie de nisip pentru a evita încălzirea excesivă. Aprindem arzătorul pe gaz și îndreptăm focul către o eprubetă cu salpetru. Substanța se topește, se eliberează oxigen. Colectăm gaz printr-un tub de sticlă într-un balon pus pe el.

Metoda trei: se toarna clorat de potasiu intr-o eprubeta si se pune eprubeta pe focul unui arzator cu gaz, dupa ce a inchis-o cu dop refractar cu tub de sticla. Sarea Bertoletova în procesul de încălzire eliberează oxigen. Colectăm gaz prin tub punând un balon pe el.

Metoda patru: fixăm eprubeta de sticlă pe masă folosind un trepied, turnăm peroxid de hidrogen în eprubetă. La contactul cu aerul, compusul instabil se descompune în oxigen și apă. Pentru a accelera reacția de degajare a oxigenului, adăugați cărbune activat în eprubetă. Închidem eprubeta cu un dop refractar cu un tub de sticlă, punem un balon pe tub și colectăm oxigen.

PROPRIETĂȚI ALE OXIGENULUI ȘI METODE DE PRODUCȚIE A SA

Oxigenul O 2 este cel mai abundent element de pe pământ. Se găsește în cantități mari sub formă de compuși chimici cu diverse substanțe din scoarța terestră (până la 50% în greutate), în combinație cu hidrogenul în apă (aproximativ 86% în greutate) și în stare liberă în aerul atmosferic, amestecat în principal cu azot în cantitate de 20,93% vol. (23,15% în greutate).

Oxigenul este de mare importanță în economia națională. Este utilizat pe scară largă în metalurgie; industria chimica; pentru tratarea cu flacără a metalelor, forarea la foc a rocilor dure, gazeificarea subterană a cărbunelui; în medicină și diverse aparate de respirat, de exemplu, pentru zboruri la mare altitudine și în alte zone.

În condiții normale, oxigenul este un gaz incolor, inodor și fără gust, neinflamabil, dar susține activ arderea. La temperaturi foarte scăzute, oxigenul se transformă într-un lichid și chiar într-un solid.

Cele mai importante constante fizice ale oxigenului sunt următoarele:

Greutate moleculară	32
Greutate 1 m 3 la 0°C și 760 mm Hg. Artă. în kg	1,43
La fel la 20 ° C și 760 mm Hg. Artă. în kg	1,33
Temperatura critică în °С	-118
Presiune critică în kgf / m 3	51,35
Punct de fierbere la 760 mm Hg. Artă. în °C	-182,97
Greutate a 1 litru de oxigen lichid la -182, 97 °C și 760 mm Hg. Artă. în kg.	1,13
Cantitatea de oxigen gazos obținută din 1 litru de lichid la 20 ° C și 760 mm Hg. Artă. in EU	850
Temperatura de solidificare la 760 mm Hg. Artă. în °C	-218,4

Oxigenul are o activitate chimică ridicată și formează compuși cu toate elementele chimice, cu excepția gazelor rare. Reacțiile oxigenului cu substanțele organice au un caracter exotermic pronunțat. Așadar, atunci când oxigenul comprimat interacționează cu substanțe combustibile solide grase sau fin dispersate, acestea se oxidează instantaneu, iar căldura degajată contribuie la arderea spontană a acestor substanțe, care poate provoca incendiu sau explozie. Această proprietate trebuie luată în considerare în special la manipularea echipamentelor cu oxigen.

Una dintre proprietățile importante ale oxigenului este capacitatea sa de a forma amestecuri explozive cu gaze combustibile și vapori combustibili lichizi, care pot duce și la explozii în prezența unei flăcări deschise sau chiar a unei scântei. Explozivii sunt, de asemenea, amestecuri de aer cu combustibili gazoși sau vaporosi.

Oxigenul poate fi obţinut: 1) prin mijloace chimice; 2) electroliza apei; 3) prin mijloace fizice din aer.

Metodele chimice, care constau în obținerea de oxigen din diverse substanțe, sunt ineficiente și au în prezent doar semnificație de laborator.

Electroliza apei, adică descompunerea acesteia în componente - hidrogen și oxigen, se realizează în aparate numite electrolizoare. Prin apă trece un curent continuu, în care se adaugă sodă caustică NaOH pentru a crește conductivitatea electrică; oxigenul este colectat la anod și hidrogenul este colectat la catod. Dezavantajul acestei metode este consumul mare de energie: se consumă 12-15 kW la 1 m 3 0 2 (în plus se obțin 2 m 3 H 2). h. Această metodă este rațională în prezența energiei electrice ieftine, precum și în producerea de hidrogen electrolitic, când oxigenul este un produs rezidual.

Metoda fizică constă în separarea aerului în componente prin răcire profundă. Această metodă face posibilă obținerea de oxigen în cantități practic nelimitate și are o importanță industrială majoră. Consumul de energie electrică la 1 m 3 O 2 este de 0,4-1,6 kW. h, in functie de tipul instalatiei.

OBȚINEREA OXIGENULUI DIN AER

Aerul atmosferic este practic un amestec mecanic de trei gaze cu următorul conținut de volum: azot - 78,09%, oxigen - 20,93%, argon - 0,93%. În plus, conține aproximativ 0,03% dioxid de carbon și cantități mici de gaze rare, hidrogen, protoxid de azot etc.

Sarcina principală în obținerea oxigenului din aer este separarea aerului în oxigen și azot. Pe parcurs, argonul este separat, a cărui utilizare în metodele speciale de sudare este în continuă creștere, precum și gazele rare, care joacă un rol important într-o serie de industrii. Azotul are unele utilizări în sudare ca gaz de protecție, în medicină și în alte domenii.

Esența metodei constă în răcirea profundă a aerului cu conversia acestuia într-o stare lichidă, care la presiunea atmosferică normală poate fi atinsă în intervalul de temperatură de la -191,8 ° C (începutul lichefierii) la -193,7 ° C (la sfârşitul lichefierii).

Separarea lichidului în oxigen și azot se realizează folosind diferența dintre punctele lor de fierbere și anume: T kip. o2 \u003d -182,97 ° C; Punct de fierbere N2 = -195,8 ° C (la 760 mm Hg).

Odată cu evaporarea treptată a lichidului, azotul, care are un punct de fierbere mai scăzut, va trece mai întâi în faza gazoasă, iar pe măsură ce este eliberat, lichidul se va îmbogăți cu oxigen. Repetarea acestui proces de mai multe ori face posibilă obținerea de oxigen și azot de puritatea necesară. Această metodă de separare a lichidelor în părțile lor componente se numește rectificare.

Pentru producerea oxigenului din aer există întreprinderi specializate dotate cu instalații performante. În plus, marile întreprinderi de prelucrare a metalelor au propriile stații de oxigen.

Temperaturile scăzute necesare pentru lichefierea aerului sunt obținute prin intermediul așa-numitelor cicluri de refrigerare. Principalele cicluri de refrigerare utilizate în instalațiile moderne sunt discutate pe scurt mai jos.

Ciclul de refrigerare cu reglare a aerului se bazează pe efectul Joule-Thomson, adică o scădere bruscă a temperaturii gazului în timpul expansiunii sale libere. Diagrama ciclului este prezentată în fig. 2.

Aerul este comprimat într-un compresor cu mai multe trepte de la 1 la 200 kgf/cm2 și apoi trece prin răcitorul 2 cu apă curentă. Răcirea profundă a aerului are loc în schimbătorul de căldură 3 printr-un flux invers de gaz rece din colectorul de lichid (lichefier) ​​​​4. Ca urmare a expansiunii aerului în supapa de accelerație 5, acesta este răcit suplimentar și parțial lichefiat.

Presiunea din colectia 4 este reglată în intervalul de 1-2 kgf/cm2. Lichidul este evacuat periodic din colector în recipiente speciale prin supapa 6. Partea nelichefiată a aerului este îndepărtată prin schimbătorul de căldură, răcind noi porțiuni din aerul de intrare.

Aerul este răcit treptat până la temperatura de lichefiere; când unitatea este pornită, există o perioadă de pornire în care nu se observă lichefierea aerului, ci doar unitatea se răcește. Această perioadă durează câteva ore.

Avantajul ciclului este simplitatea lui, iar dezavantajul este consumul relativ mare de energie - până la 4,1 kW. h la 1 kg de aer lichefiat la o presiune a compresorului de 200 kgf/cm2; la presiune mai mică, consumul specific de energie crește brusc. Acest ciclu este utilizat în instalații de capacitate mică și medie pentru producerea de oxigen gazos.

Ceva mai complex este ciclul de reglare cu pre-răcire cu amoniac.

Ciclul de refrigerare de presiune medie cu expansiune în expandor se bazează pe scăderea temperaturii gazului în timpul expansiunii cu revenirea lucrului extern. În plus, se folosește și efectul Joule-Thomson. Diagrama ciclului este prezentată în fig. 3.

Aerul este comprimat în compresor 1 până la 20-40 kgf/cm 2, trece prin frigider 2 și apoi prin schimbătoarele de căldură 3 și 4. După schimbătorul de căldură 3, cea mai mare parte a aerului (70-80%) este trimis la mașina de expansiune a pistonului-expansor 6, iar partea mai mică de aer (20-30%) trece la expansiune liberă în supapa de accelerație 5 și apoi în colectorul 7, care are o supapă 8 pentru drenarea lichidului. În expander 6

aerul, deja răcit în primul schimbător de căldură, funcționează - împinge pistonul mașinii, presiunea acestuia scade la 1 kgf / cm 2, din cauza căreia temperatura scade brusc. Din expandor, aerul rece, având o temperatură de aproximativ -100 ° C, este evacuat în exterior prin schimbătoarele de căldură 4 și 3, răcind aerul de intrare. Astfel, expandorul asigură o răcire foarte eficientă a instalației la o presiune relativ scăzută în compresor. Lucrarea expandatorului este folosită util și aceasta compensează parțial energia cheltuită pentru comprimarea aerului din compresor.

Avantajele ciclului sunt: ​​o presiune de compresie relativ scăzută, care simplifică proiectarea compresorului și o capacitate de răcire crescută (mulțumită expansorului), care asigură funcționarea stabilă a unității atunci când oxigenul este preluat sub formă lichidă.

Ciclu frigorific de joasă presiune cu expansiune într-un turbo-expansor, dezvoltat de Acad. P. L. Kapitsa, se bazează pe utilizarea aerului de joasă presiune cu producție de rece doar datorită expansiunii acestui aer într-o turbină cu aer (turbo expander) cu producerea de lucru extern. Diagrama ciclului este prezentată în fig. 4.

Aerul este comprimat de turbocompresor 1 până la 6-7 kgf/cm2, răcit cu apă în răcitorul 2 și intră în regeneratoare 3 (schimbătoare de căldură), unde este răcit printr-un flux invers de aer rece. Până la 95% din aer după ce regeneratoarele sunt trimise la turbo-expansor 4, se extinde la o presiune absolută de 1 kgf / cm 2 cu efectuarea unui lucru extern și, în același timp, se răcește rapid, după care este alimentat în spațiul tubular al condensatorului 5 și condensează restul aerului comprimat (5%), intrând în inel. De la condensatorul 5, fluxul de aer principal este direcționat către regeneratoare și răcește aerul de intrare, iar aerul lichid este trecut prin supapa de accelerație 6 către colectorul 7, de la care se scurge prin supapa 8. Diagrama prezintă un regenerator. , dar în realitate sunt instalate mai multe și pornite pe rând.

Avantajele unui ciclu de joasă presiune cu un turbo-expansor sunt: ​​eficiența mai mare a turbomașinilor în comparație cu mașinile de tip piston, simplificarea schemei tehnologice și fiabilitatea sporită și siguranța la explozie a instalației. Ciclul este utilizat în instalații de mare productivitate.

Separarea aerului lichid în componente se realizează printr-un proces de rectificare, a cărui esență este aceea că amestecul vaporos de azot și oxigen format în timpul evaporării aerului lichid este trecut printr-un lichid cu un conținut mai scăzut de oxigen. Deoarece în lichid există mai puțin oxigen și mai mult azot, acesta are o temperatură mai scăzută decât vaporii care trec prin el, iar acest lucru determină condensarea oxigenului din vapori și îmbogățirea lichidului cu evaporarea simultană a azotului din lichid, adică , îmbogățirea vaporilor deasupra lichidului .

O idee despre esența procesului de rectificare poate fi dată de cea prezentată în Fig. 5 este o diagramă simplificată a procesului de evaporare și condensare multiplă a aerului lichid.

Presupunem că aerul este format doar din azot și oxigen. Imaginați-vă că sunt mai multe vase legate între ele (I-V), în cel de sus există aer lichid cu un conținut de 21% oxigen. Datorită aranjamentului în trepte a vaselor, lichidul va curge în jos și, în același timp, se va îmbogăți treptat cu oxigen, iar temperatura acestuia va crește.

Să presupunem că în vasul II există un lichid care conține 30% 0 2 , în vasul III - 40%, în vasul IV - 50% și în vasul V - 60% oxigen.

Pentru a determina conținutul de oxigen în faza de vapori, folosim un grafic special - fig. 6, ale căror curbe indică conținutul de oxigen în lichid și vapori la diferite presiuni.

Să începem să evaporăm lichidul din vasul V la o presiune absolută de 1 kgf/cm 2 . După cum se poate observa din fig. 6, deasupra lichidului din acest vas, format din 60% 0 2 și 40% N 2, poate exista un vapor de echilibru în compoziție, care conține 26,5% 0 2 și 73,5% N 2, având aceeași temperatură ca și lichidul. Introducem acești vapori în vasul IV, unde lichidul conține doar 50% 0 2 și 50% N 2 și, prin urmare, va fi mai rece. Din fig. 6 se poate observa că vaporii de deasupra acestui lichid pot conţine doar 19% 0 2 şi 81% N 2, şi numai în acest caz temperatura acestuia va fi egală cu temperatura lichidului din acest vas.

Prin urmare, aburul furnizat vasului IV din vasul V, conţinând 26,5% O2, are o temperatură mai mare decât lichidul din vasul IV; prin urmare, oxigenul vaporilor se condensează în lichidul vasului IV și o parte din azotul din acesta se va evapora. Ca urmare, lichidul din vasul IV va fi îmbogățit cu oxigen, iar vaporii de deasupra acestuia cu azot.

În mod similar, procesul se va desfășura în alte vase și, astfel, la scurgerea din vasele superioare în cele inferioare, lichidul este îmbogățit cu oxigen, condensându-l din vaporii în creștere și dându-le azotul său.

Continuând procesul în sus, puteți obține un vapor format din azot aproape pur, iar în partea inferioară - oxigen lichid pur. De fapt, procesul de rectificare care are loc în coloanele de distilare ale instalațiilor de oxigen este mult mai complicat decât este descris, dar conținutul său fundamental este același.

Indiferent de schema tehnologică a instalației și tipul ciclului frigorific, procesul de producere a oxigenului din aer include următoarele etape:

1) purificarea aerului de praf, vapori de apă și dioxid de carbon. Legarea CO2 se realizează prin trecerea aerului printr-o soluţie apoasă de NaOH;

2) comprimarea aerului în compresor cu răcire ulterioară în frigidere;

3) răcirea aerului comprimat în schimbătoare de căldură;

4) expansiunea aerului comprimat într-o supapă de accelerație sau expansor pentru răcirea și lichefierea acestuia;

5) lichefierea și rectificarea aerului pentru a obține oxigen și azot;

6) descărcarea oxigenului lichid în rezervoarele staționare și îndepărtarea oxigenului gazos în rezervoarele de gaz;

7) controlul calității oxigenului rezultat;

8) umplerea rezervoarelor de transport cu oxigen lichid și umplerea buteliilor cu oxigen gazos.

Calitatea oxigenului gazos și lichid este reglementată de GOST-urile relevante.

Conform GOST 5583-58, se produce oxigen tehnic gazos de trei grade: cel mai mare - cu un conținut de cel puțin 99,5% O 2, primul - cel puțin 99,2% O 2 și al doilea - cel puțin 98,5% O 2 , restul este argon și azot (0,5-1,5%). Conținutul de umiditate nu trebuie să depășească 0,07 g/l 3 . Oxigenul obținut prin electroliza apei nu trebuie să conțină mai mult de 0,7% hidrogen în volum.

Conform GOST 6331-52, se produce oxigen lichid de două grade: gradul A cu un conținut de cel puțin 99,2% O 2 și gradul B cu un conținut de cel puțin 98,5% O 2. Conținutul de acetilenă în oxigen lichid nu trebuie să depășească 0,3 cm 3 /l.

Folosit pentru intensificarea diferitelor procese la întreprinderile din industria metalurgică, chimică și alte industrii, oxigenul tehnologic conține 90-98% O 2 .

Controlul calității oxigenului gazos, precum și al oxigenului lichid se realizează direct în procesul de producție, folosind instrumente speciale.

Administrare Evaluarea generală a articolului: Publicat: 2012.06.01

Această lecție este dedicată studiului metodelor moderne de obținere a oxigenului. Veți învăța prin ce metode și din ce substanțe se obține oxigenul în laborator și industrie.

Tema: Substanțe și transformările lor

Lecţie:Obținerea oxigenului

În scopuri industriale, oxigenul trebuie obținut în volume mari și cât mai ieftin. Această metodă de obținere a oxigenului a fost propusă de câștigătorul Premiului Nobel Peter Leonidovich Kapitsa. El a inventat instalația de lichefiere a aerului. După cum știți, aproximativ 21% din volum de oxigen se află în aer. Oxigenul poate fi separat de aerul lichid prin distilare, deoarece Toate substanțele din aer au puncte de fierbere diferite. Punctul de fierbere al oxigenului este de -183°C, iar cel al azotului este de -196°C. Aceasta înseamnă că în timpul distilării aerului lichefiat, azotul va fierbe și se va evapora mai întâi, iar apoi oxigenul.

În laborator, oxigenul nu este necesar în cantități atât de mari ca în industrie. De obicei este adus in cilindri de otel albastru in care este sub presiune. În unele cazuri, este încă necesar să se obțină oxigen pe cale chimică. Pentru aceasta se folosesc reacții de descompunere.

EXPERIMENTUL 1. Se toarnă o soluție de peroxid de hidrogen într-o cutie Petri. La temperatura camerei, peroxidul de hidrogen se descompune lent (nu vedem semne de reacție), dar acest proces poate fi accelerat prin adăugarea de câteva boabe de oxid de mangan (IV) în soluție. În jurul boabelor de oxid negru, bulele de gaz încep imediat să iasă în evidență. Acesta este oxigenul. Indiferent de cât timp durează reacția, boabele de oxid de mangan (IV) nu se dizolvă în soluție. Adică, oxidul de mangan (IV) participă la reacție, o accelerează, dar nu este el însuși consumat în ea.

Sunt numite substanțe care accelerează o reacție, dar nu sunt consumate în reacție catalizatori.

Reacțiile accelerate de catalizatori se numesc catalitic.

Accelerația unei reacții de către un catalizator se numește cataliză.

Astfel, oxidul de mangan (IV) servește ca catalizator în descompunerea peroxidului de hidrogen. În ecuația reacției, formula catalizatorului este scrisă deasupra semnului egal. Să notăm ecuația reacției efectuate. Când peroxidul de hidrogen se descompune, oxigenul este eliberat și se formează apă. Eliberarea de oxigen din soluție este indicată de o săgeată îndreptată în sus:

2. O singură colecție de resurse educaționale digitale ().

3. Versiunea electronică a revistei „Chimie și viață” ().

Teme pentru acasă

din. 66-67 №№ 2 - 5 din Caietul de lucru la chimie: clasa a VIII-a: la manualul de P.A. Orjekovski și alții „Chimie. Gradul 8” / O.V. Ushakova, P.I. Bespalov, P.A. Orjekovski; sub. ed. prof. P.A. Orzhekovsky - M.: AST: Astrel: Profizdat, 2006.

Buna ziua. Mi-ați citit deja articolele de pe blogul Tutoronline.ru. Astăzi vă voi spune despre oxigen și cum să-l obțineți. Vă reamintesc, dacă aveți întrebări pentru mine, le puteți scrie în comentariile articolului. Dacă aveți nevoie de ajutor la chimie, înscrieți-vă la cursurile mele în program. Voi fi bucuros să vă ajut.

Oxigenul este distribuit în natură sub formă de izotopi 16 O, 17 O, 18 O, care au următorul procent pe Pământ - 99,76%, 0,048%, respectiv 0,192%.

În stare liberă, oxigenul este sub formă de trei modificări alotropice : oxigen atomic - O o, dioxigen - O 2 și ozon - O 3. Mai mult, oxigenul atomic poate fi obținut după cum urmează:

KClO 3 \u003d KCl + 3O 0

KNO 3 = KNO 2 + O 0

Oxigenul face parte din peste 1400 de minerale și substanțe organice diferite, în atmosferă conținutul său este de 21% în volum. Corpul uman conține până la 65% oxigen. Oxigenul este un gaz incolor și inodor, ușor solubil în apă (3 volume de oxigen se dizolvă în 100 de volume de apă la 20 ° C).

În laborator, oxigenul este obținut prin încălzirea moderată a anumitor substanțe:

1) La descompunerea compușilor de mangan (+7) și (+4):

2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2
permanganat manganat
potasiu potasiu

2MnO 2 → 2MnO + O 2

2) Când perclorații se descompun:

2KClO 4 → KClO 2 + KCl + 3O 2
perclorat
potasiu

3) La descompunerea sării berthollet (clorat de potasiu).
În acest caz, se formează oxigenul atomic:

2KClO 3 → 2KCl + 6O 0
clorat
potasiu

4) Când sărurile acidului hipocloros se descompun în lumină- hipocloriți:

2NaClO → 2NaCl + O 2

Ca(ClO)2 → CaCl2 + O2

5) La încălzirea nitraților.
Aceasta produce oxigen atomic. În funcție de ce poziție ocupă metalul azotat în seria de activități, se formează diverși produși de reacție:

2NaNO 3 → 2NaNO 2 + O 2

Ca(NO 3) 2 → CaO + 2NO 2 + O 2

2AgNO 3 → 2 Ag + 2NO 2 + O 2

6) La descompunerea peroxizilor:

2H 2 O 2 ↔ 2H 2 O + O 2

7) La încălzirea oxizilor de metale inactive:

2Ag 2 O ↔ 4Ag + O 2

Acest proces este relevant în viața de zi cu zi. Faptul este că vasele din cupru sau argint, având un strat natural de peliculă de oxid, formează oxigen activ atunci când sunt încălzite, ceea ce este un efect antibacterian. Dizolvarea sărurilor metalelor inactive, în special a nitraților, duce, de asemenea, la formarea oxigenului. De exemplu, procesul general de dizolvare a azotatului de argint poate fi reprezentat în etape:

AgNO3 + H2O → AgOH + HNO3

2AgOH → Ag2O + O2

2Ag 2 O → 4Ag + O 2

sau sub formă de rezumat:

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

8) La încălzirea sărurilor de crom cu cea mai mare stare de oxidare:

4K 2 Cr 2 O 7 → 4K 2 CrO 4 + 2Cr 2 O 3 + 3 O 2
cromat bicromat
potasiu potasiu

În industrie se obține oxigenul:

1) Descompunerea electrolitică a apei:

2H2O → 2H2 + O2

2) Interacțiunea dioxidului de carbon cu peroxizii:

CO 2 + K 2 O 2 → K 2 CO 3 + O 2

Această metodă este o soluție tehnică indispensabilă la problema respirației în sisteme izolate: submarine, mine, nave spațiale.

3) Când ozonul interacționează cu agenți reducători:

O 3 + 2KJ + H 2 O → J 2 + 2KOH + O 2

De o importanță deosebită este producerea de oxigen în procesul de fotosinteză. care apar la plante. Toată viața de pe Pământ depinde în mod fundamental de acest proces. Fotosinteza este un proces complex în mai multe etape. Începutul îi dă lumină. Fotosinteza în sine constă din două faze: lumină și întuneric. În faza de lumină, pigmentul clorofilă conținut în frunzele plantelor formează așa-numitul complex „de absorbție a luminii”, care preia electronii din apă și, prin urmare, îl împarte în ioni de hidrogen și oxigen:

2H 2 O \u003d 4e + 4H + O 2

Protonii acumulați contribuie la sinteza ATP:

ADP + F = ATP

În faza întunecată, dioxidul de carbon și apa sunt transformate în glucoză. Și oxigenul este eliberat ca produs secundar:

6CO 2 + 6H 2 O \u003d C 6 H 12 O 6 + O 2

site, cu copierea integrală sau parțială a materialului, este necesară un link către sursă.