السؤال رقم 2 كيف يتم الحصول على الأكسجين في المختبر وفي الصناعة؟ اكتب معادلات التفاعلات المتناظرة. كيف تختلف هذه الأساليب عن بعضها البعض؟

إجابة:

يمكن الحصول على الأكسجين في المختبر بالطرق التالية:

1) تحلل بيروكسيد الهيدروجين في وجود محفز (أكسيد المنغنيز

2) تحلل ملح البرثوليت (كلورات البوتاسيوم):

3) تحلل برمنجنات البوتاسيوم:

وفي الصناعة، يتم الحصول على الأكسجين من الهواء الذي يحتوي على حوالي 20% من حيث الحجم. يسيل الهواء تحت الضغط والتبريد الشديد. الأكسجين والنيتروجين (المكون الرئيسي الثاني للهواء) لهما نقاط غليان مختلفة. لذلك، يمكن فصلهما عن طريق التقطير: النيتروجين لديه نقطة غليان أقل من الأكسجين، لذلك يتبخر النيتروجين قبل الأكسجين.

الاختلافات بين الطرق الصناعية والمخبرية لإنتاج الأكسجين:

1) جميع الطرق المعملية لإنتاج الأكسجين هي طرق كيميائية، أي يحدث تحول بعض المواد إلى أخرى. إن عملية الحصول على الأكسجين من الهواء هي عملية فيزيائية، حيث لا يحدث تحول بعض المواد إلى أخرى.

2) يمكن الحصول على الأكسجين من الهواء بكميات أكبر بكثير.

وظهر الأكسجين في الغلاف الجوي للأرض مع ظهور النباتات الخضراء والبكتيريا الضوئية. بفضل الأكسجين، تقوم الكائنات الهوائية بالتنفس أو الأكسدة. من المهم الحصول على الأكسجين في الصناعة - فهو يستخدم في صناعة المعادن والطب والطيران والاقتصاد الوطني وغيرها من الصناعات.

ملكيات

الأكسجين هو العنصر الثامن في الجدول الدوري. وهو غاز يدعم الاحتراق ويؤكسد المواد.

أرز. 1. الأكسجين في الجدول الدوري.

تم اكتشاف الأكسجين رسميًا عام 1774. قام الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي بعزل العنصر من أكسيد الزئبق:

2HgO → 2Hg + O 2 .

ومع ذلك، لم يكن بريستلي يعرف أن الأكسجين جزء من الهواء. تم تحديد خصائص ووجود الأكسجين في الغلاف الجوي لاحقًا من قبل زميل بريستلي، الكيميائي الفرنسي أنطوان لافوازييه.

الخصائص العامة للأكسجين:

• غاز عديم اللون
• ليس له رائحة أو طعم.
• أثقل من الهواء.
• يتكون الجزيء من ذرتي أكسجين (O2)؛
• في الحالة السائلة يكون لونه أزرق شاحب.
• ضعيف الذوبان في الماء
• هو عامل مؤكسد قوي.

أرز. 2. الأكسجين السائل.

يمكن التحقق من وجود الأكسجين بسهولة عن طريق إنزال شظية مشتعلة في وعاء يحتوي على غاز. في وجود الأكسجين، تشتعل الشعلة.

كيف تحصل عليه؟

هناك عدة طرق معروفة لإنتاج الأكسجين من مركبات مختلفة في الظروف الصناعية والمخبرية. في الصناعة، يتم الحصول على الأكسجين من الهواء عن طريق تسييله تحت ضغط وعند درجة حرارة -183 درجة مئوية. يتعرض الهواء السائل للتبخر، أي. تسخين تدريجيا. عند -196 درجة مئوية، يبدأ النيتروجين في التبخر، ويظل الأكسجين سائلاً.

يتكون الأكسجين في المختبر من الأملاح وبيروكسيد الهيدروجين ونتيجة للتحليل الكهربائي. يحدث تحلل الأملاح عند تسخينها. على سبيل المثال، يتم تسخين كلورات البوتاسيوم أو ملح البرثوليت إلى 500 درجة مئوية، ويتم تسخين برمنجنات البوتاسيوم أو برمنجنات البوتاسيوم إلى 240 درجة مئوية:

• 2KClO 3 → 2KCl + 3O 2؛
• 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 .

أرز. 3. تسخين ملح بيرثوليت.

يمكنك أيضًا الحصول على الأكسجين عن طريق تسخين النترات أو نترات البوتاسيوم:

2كنو 3 → 2كنو 2 + يا 2 .

عند تحلل بيروكسيد الهيدروجين وأكسيد المنغنيز (IV) - MnO 2، يتم استخدام مسحوق الكربون أو الحديد كمحفز. تبدو المعادلة العامة كما يلي:

2H2O2 → 2H2O + O2.

يخضع محلول هيدروكسيد الصوديوم للتحليل الكهربائي. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل الماء والأكسجين:

4NaOH → (التحليل الكهربائي) 4Na + 2H 2 O + O 2 .

يتم أيضًا عزل الأكسجين من الماء باستخدام التحليل الكهربائي، حيث يتحلل إلى هيدروجين وأكسجين:

2ح2يا → 2ح2 + يا2.

في الغواصات النووية، تم الحصول على الأكسجين من بيروكسيد الصوديوم - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. الطريقة مثيرة للاهتمام لأنه، إلى جانب إطلاق الأكسجين، يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون.

كيفية الاستخدام

يعد التجميع والاعتراف ضروريين لإطلاق الأكسجين النقي، الذي يستخدم في الصناعة لأكسدة المواد، وكذلك للحفاظ على التنفس في الفضاء، وتحت الماء، وفي الغرف المليئة بالدخان (الأكسجين ضروري لرجال الإطفاء). وفي الطب، تساعد أسطوانات الأكسجين المرضى الذين يعانون من صعوبات في التنفس على التنفس. ويستخدم الأكسجين أيضًا في علاج أمراض الجهاز التنفسي.

يستخدم الأكسجين لحرق الوقود - الفحم والنفط والغاز الطبيعي. يستخدم الأكسجين على نطاق واسع في علم المعادن والهندسة الميكانيكية، على سبيل المثال، لصهر المعادن وقطعها ولحامها.

متوسط ​​التقييم: 4.9. إجمالي التقييمات المستلمة: 220.

>> الحصول على الأكسجين

الحصول على الأكسجين

تتحدث هذه الفقرة عن:

> عن اكتشاف الأكسجين؛
> حول الحصول على الأكسجين في الصناعة والمختبرات.
> حول تفاعلات التحلل.

اكتشاف الأكسجين.

حصل بريستلي على هذا الغاز من مركب يسمى أكسيد الزئبق الثنائي. استخدم العالم عدسة زجاجية ركز بها ضوء الشمس على المادة.

في نسخة حديثة، تظهر هذه التجربة في الشكل 54. عند تسخينه، يتحول أكسيد الزئبق (||) (المسحوق الأصفر) إلى زئبق وأكسجين. ينطلق الزئبق في حالة غازية ويتكثف على جدران أنبوب الاختبار على شكل قطرات فضية. يتم جمع الأكسجين فوق الماء في أنبوب الاختبار الثاني.

لم تعد طريقة بريستلي مستخدمة لأن بخار الزئبق سام. يتم إنتاج الأكسجين باستخدام تفاعلات أخرى مشابهة لتلك التي تمت مناقشتها. تحدث عادة عند تسخينها.

التفاعلات التي تتشكل فيها عدة مواد أخرى من مادة واحدة تسمى تفاعلات التحلل.

للحصول على الأكسجين في المختبر تستخدم المركبات المحتوية على الأكسجين التالية:

برمنجنات البوتاسيوم KMnO 4 (الاسم الشائع برمنجنات البوتاسيوم؛ مادةهو مطهر شائع)

كلورات البوتاسيوم KClO 3 (اسم تافه - ملح بيرثوليت، تكريما للكيميائي الفرنسي في أواخر القرن الثامن عشر - أوائل القرن التاسع عشر. C.-L. Berthollet)

تتم إضافة كمية صغيرة من المحفز - أكسيد المنغنيز (IV) MnO 2 - إلى كلورات البوتاسيوم بحيث يحدث تحلل المركب مع إطلاق الأكسجين 1.

التجربة المعملية رقم 8

إنتاج الأكسجين عن طريق تحلل بيروكسيد الهيدروجين H2O2

صب 2 مل من محلول بيروكسيد الهيدروجين في أنبوب اختبار (الاسم التقليدي لهذه المادة هو بيروكسيد الهيدروجين). أشعل شظية طويلة وأطفئها (كما تفعل مع عود الثقاب) حتى لا تشتعل فيها النيران.
صب القليل من المحفز - مسحوق أكسيد المنغنيز الأسود (IV) - في أنبوب اختبار بمحلول أكسيد الهيدروجين. مراقبة الإطلاق السريع للغاز. استخدم شظية مشتعلة للتأكد من أن الغاز عبارة عن أكسجين.

اكتب معادلة تفاعل تحلل بيروكسيد الهيدروجين الذي يكون ناتج التفاعل هو الماء.

وفي المختبر، يمكن أيضًا الحصول على الأكسجين عن طريق تحلل نترات الصوديوم NaNO3 أو نترات البوتاسيوم KNO32. عند تسخينها، تذوب المركبات أولاً ثم تتحلل:

1 عند تسخين مركب بدون محفز، يحدث تفاعل مختلف

2 تستخدم هذه المواد كأسمدة. الاسم الشائع لهم هو الملح الصخري.

المخطط 7. الطرق المخبرية لإنتاج الأكسجين

تحويل مخططات التفاعل إلى معادلات كيميائية.

يتم جمع المعلومات حول كيفية إنتاج الأكسجين في المختبر في المخطط 7.

الأكسجين مع الهيدروجين هما نتاج تحلل الماء تحت تأثير التيار الكهربائي:

في الطبيعة، يتم إنتاج الأكسجين من خلال عملية التمثيل الضوئي في الأوراق الخضراء للنباتات. مخطط مبسط لهذه العملية هو كما يلي:

الاستنتاجات

تم اكتشاف الأكسجين في نهاية القرن الثامن عشر. عديد العلماء .

يتم الحصول على الأكسجين في الصناعة من الهواء، وفي المختبر من خلال تفاعلات تحلل بعض المركبات المحتوية على الأكسجين. أثناء تفاعل التحلل، يتم تشكيل مادتين أو أكثر من مادة واحدة.

129. كيف يتم الحصول على الأكسجين في الصناعة؟ لماذا لا يستخدمون برمنجنات البوتاسيوم أو بيروكسيد الهيدروجين لهذا الغرض؟

130. ما هي التفاعلات التي تسمى تفاعلات التحلل؟

131. تحويل مخططات التفاعل التالية إلى معادلات كيميائية:

132. ما هو المحفز؟ وكيف يمكن أن يؤثر على سير التفاعلات الكيميائية؟ (للحصول على إجابتك، استخدم أيضًا المادة الموجودة في الفقرة 15.)

133. يوضح الشكل 55 لحظة تحلل مادة صلبة بيضاء لها الصيغة Cd(NO3)2. انظر بعناية إلى الرسم ووصف كل ما يحدث أثناء التفاعل. لماذا تشتعل الشظية المشتعلة؟ اكتب المعادلة الكيميائية المناسبة.

134. كان الجزء الكتلي من الأكسجين في البقايا بعد تسخين نترات البوتاسيوم KNO 3 هو 40%. هل تحلل هذا المركب بالكامل؟

أرز. 55. تحلل المادة عند تسخينها

Popel P. P.، Kryklya L. S.، الكيمياء: Pidruch. للصف السابع zagalnosvit. الملاحة. إغلاق - ك.: VC "أكاديمية"، 2008. - 136 ص: مريض.

محتوى الدرس ملاحظات الدرس ودعم عرض الدرس والتقنيات التفاعلية وطرق تدريس التسريع يمارس الاختبارات واختبار المهام عبر الإنترنت وتمارين ورش العمل المنزلية والأسئلة التدريبية للمناقشات الصفية الرسوم التوضيحية مواد فيديو وصوت صور فوتوغرافية، صور، رسوم بيانية، جداول، رسوم بيانية، رسوم هزلية، أمثال، أقوال، كلمات متقاطعة، طرائف، نكت، اقتباسات الإضافات ملخصات، أوراق الغش، نصائح للمقالات الغريبة (MAN) والقاموس الأساسي والإضافي للمصطلحات تحسين الكتب المدرسية والدروس تصحيح الأخطاء في الكتاب المدرسي واستبدال المعرفة القديمة بأخرى جديدة فقط للمعلمين تقويم الخطط والبرامج التدريبية والتوصيات المنهجية

يخطط:

تاريخ الاكتشاف

أصل الاسم

التواجد في الطبيعة

إيصال

الخصائص الفيزيائية

الخصائص الكيميائية

طلب

الدور البيولوجي للأكسجين

مشتقات الأكسجين السامة

10. النظائر

الأكسجين

الأكسجين- عنصر المجموعة السادسة عشرة (حسب التصنيف القديم - المجموعة الفرعية الرئيسية للمجموعة السادسة)، الفترة الثانية من النظام الدوري للعناصر الكيميائية لـ D.I Mendeleev، برقم ذري 8. يُشار إليه بالرمز O (lat. Oxygenium) . الأكسجين هو عنصر غير معدني نشط كيميائيا وهو أخف عنصر في مجموعة الكالكوجينات. مادة بسيطة الأكسجين(رقم CAS: 7782-44-7) في الظروف العادية هو غاز عديم اللون والطعم والرائحة، ويتكون جزيءه من ذرتين أكسجين (الصيغة O 2)، ولذلك يطلق عليه أيضاً الأكسجين السائل ثنائي الأكسجين وله ضوء اللون الأزرق، والبلورات الصلبة ذات لون أزرق فاتح.

هناك أشكال أخرى متآصلة للأكسجين، على سبيل المثال الأوزون (رقم CAS: 10028-15-6) - في الظروف العادية، غاز أزرق ذو رائحة معينة، يتكون جزيءه من ثلاث ذرات أكسجين (الصيغة O 3).

1. تاريخ الاكتشاف

يُعتقد رسميًا أن الكيميائي الإنجليزي جوزيف بريستلي اكتشف الأكسجين في الأول من أغسطس عام 1774 عن طريق تحلل أكسيد الزئبق في وعاء مغلق بإحكام (وجه بريستلي ضوء الشمس إلى هذا المركب باستخدام عدسة قوية).

ومع ذلك، لم يدرك بريستلي في البداية أنه اكتشف مادة بسيطة جديدة؛ فقد اعتقد أنه عزل أحد الأجزاء المكونة للهواء (وأطلق على هذا الغاز اسم "الهواء المزيل للديفلوجيستي"). أبلغ بريستلي اكتشافه للكيميائي الفرنسي المتميز أنطوان لافوازييه. في عام 1775، أثبت أ. لافوازييه أن الأكسجين هو أحد مكونات الهواء والأحماض ويوجد في العديد من المواد.

قبل بضع سنوات (في عام 1771)، تم الحصول على الأكسجين من قبل الكيميائي السويدي كارل شيل. قام بتكليس الملح الصخري بحمض الكبريتيك ثم قام بتحليل أكسيد النيتريك الناتج. أطلق شيلي على هذا الغاز اسم "هواء النار" ووصف اكتشافه في كتاب نُشر عام 1777 (على وجه التحديد لأن الكتاب نُشر بعد إعلان بريستلي عن اكتشافه، ويعتبر الأخير مكتشف الأكسجين). كما أبلغ شيلي تجربته إلى لافوازييه.

إحدى الخطوات المهمة التي ساهمت في اكتشاف الأكسجين كانت عمل الكيميائي الفرنسي بيير باين، الذي نشر أعمالاً عن أكسدة الزئبق والتحلل اللاحق لأكسيده.

أخيرًا، اكتشف أ. لافوازييه أخيرًا طبيعة الغاز الناتج، باستخدام معلومات من بريستلي وشيلي. كان لعمله أهمية كبيرة لأنه بفضله تم الإطاحة بنظرية الفلوجستون التي كانت سائدة في ذلك الوقت وأعاقت تطور الكيمياء. أجرى لافوازييه تجارب على احتراق مواد مختلفة ودحض نظرية الفلوجستون، ونشر نتائج عن وزن العناصر المحترقة. تجاوز وزن الرماد الوزن الأصلي للعنصر، مما أعطى لافوازييه الحق في الادعاء بأنه أثناء الاحتراق يحدث تفاعل كيميائي (أكسدة) للمادة، وبالتالي تزداد كتلة المادة الأصلية، وهو ما يدحض نظرية الفلوجيستون .

وهكذا، فإن الفضل في اكتشاف الأكسجين مشترك في الواقع بين بريستلي وشيل ولافوازييه.

1. أصل الاسم

كلمة الأكسجين (وتسمى أيضًا "المحلول الحمضي" في بداية القرن التاسع عشر) تدين بظهورها في اللغة الروسية إلى حد ما لـ M. V. Lomonosov، الذي قدم كلمة "حمض"، إلى جانب مصطلحات جديدة أخرى؛ وبالتالي، فإن كلمة "الأكسجين"، بدورها، كانت عبارة عن تتبع لمصطلح "الأكسجين" (الأكسجين الفرنسي)، الذي اقترحه أ. لافوازييه (من اليونانية القديمة ὀξύς - "الحامض" و γεννάω - "الولادة")، وهو تُرجمت على أنها "حمض توليد" ، وهو ما يرتبط بمعناه الأصلي - "الحمض" ، والذي كان يعني سابقًا مواد تسمى الأكاسيد وفقًا للتسميات الدولية الحديثة.

1. التواجد في الطبيعة

الأكسجين هو العنصر الأكثر شيوعاً على الأرض؛ وتشكل حصته (في المركبات المختلفة، وخاصة السيليكات) حوالي 47.4% من كتلة القشرة الأرضية الصلبة. تحتوي مياه البحر والمياه العذبة على كمية هائلة من الأكسجين المرتبط - 88.8% (بالكتلة)، وفي الغلاف الجوي يبلغ محتوى الأكسجين الحر 20.95% بالحجم و23.12% بالكتلة. يحتوي أكثر من 1500 مركب في القشرة الأرضية على الأكسجين.

الأكسجين جزء من العديد من المواد العضوية وهو موجود في جميع الخلايا الحية. من حيث عدد الذرات في الخلايا الحية يبلغ حوالي 25٪ ومن حيث الكتلة - حوالي 65٪.

عند قطع المعدن، يتم ذلك باستخدام لهب غاز عالي الحرارة يتم الحصول عليه عن طريق حرق غاز قابل للاشتعال أو بخار سائل ممزوج بالأكسجين النقي تقنيًا.

الأكسجين هو العنصر الأكثر وفرة على وجه الأرض، توجد على شكل مركبات كيميائية بمواد مختلفة: في الأرض - ما يصل إلى 50٪ بالوزن، مع الهيدروجين في الماء - حوالي 86٪ بالوزن وفي الهواء - حتى 21٪ بالحجم و 23٪ بالوزن. وزن.

الأكسجين في الظروف العادية (درجة الحرارة 20 درجة مئوية، الضغط 0.1 ميجا باسكال) هو غاز عديم اللون وغير قابل للاشتعال، وأثقل قليلاً من الهواء، وعديم الرائحة، ولكنه يدعم الاحتراق بشكل فعال. عند الضغط الجوي الطبيعي ودرجة حرارة 0 درجة مئوية، تكون كتلة 1 م 3 من الأكسجين 1.43 كجم، وعند درجة حرارة 20 درجة مئوية والضغط الجوي الطبيعي - 1.33 كجم.

الأكسجين لديه نشاط كيميائي مرتفعوتكوين مركبات مع جميع العناصر الكيميائية ما عدا (الأرجون والهيليوم والزينون والكريبتون والنيون). تحدث تفاعلات المركب مع الأكسجين مع إطلاق كمية كبيرة من الحرارة، أي أنها طاردة للحرارة بطبيعتها.

عندما يتلامس الأكسجين الغازي المضغوط مع المواد العضوية والزيوت والدهون وغبار الفحم والمواد البلاستيكية القابلة للاشتعال، فإنها قد تشتعل تلقائيًا نتيجة انطلاق الحرارة أثناء الضغط السريع للأكسجين والاحتكاك وتأثير الجزيئات الصلبة على المعدن أيضًا. مثل تفريغ شرارة الكهرباء الساكنة. ولذلك، عند استخدام الأكسجين، يجب الحرص على التأكد من عدم ملامسته للمواد القابلة للاشتعال أو الاشتعال.

يجب إزالة الشحوم من جميع معدات الأكسجين وخطوط وأسطوانات الأكسجين تمامًا.قادرة على تكوين مخاليط متفجرة مع غازات قابلة للاشتعال أو أبخرة سائلة قابلة للاشتعال على نطاق واسع، مما قد يؤدي أيضًا إلى حدوث انفجارات في وجود لهب مفتوح أو حتى شرارة.

ينبغي دائمًا أن توضع في الاعتبار السمات الملحوظة للأكسجين عند استخدامه في عمليات معالجة لهب الغاز.

الهواء الجوي عبارة عن خليط ميكانيكي من ثلاثة غازات ذات المحتوى الحجمي التالي: النيتروجين - 78.08٪، الأكسجين - 20.95٪، الأرجون - 0.94٪، والباقي ثاني أكسيد الكربون، وأكسيد النيتروز، وما إلى ذلك. يتم الحصول على الأكسجين عن طريق فصل الهواءللأكسجين وطريقة التبريد العميق (التسييل) مع فصل الأرجون الذي يتزايد استخدامه بشكل مستمر. يستخدم النيتروجين كغاز وقائي عند لحام النحاس.

ويمكن الحصول على الأكسجين كيميائيا أو عن طريق التحليل الكهربائي للماء. الطرق الكيميائيةغير فعالة وغير اقتصادية. في التحليل الكهربائي للمياهبواسطة التيار المباشر، يتم إنتاج الأكسجين كمنتج ثانوي في إنتاج الهيدروجين النقي.

يتم إنتاج الأكسجين في الصناعةمن الهواء الجوي عن طريق التبريد العميق والتصحيح. في منشآت الحصول على الأكسجين والنيتروجين من الهواء، يتم تنظيف الأخير من الشوائب الضارة، وضغطه في ضاغط إلى ضغط دورة التبريد المناسب الذي يتراوح بين 0.6-20 ميجا باسكال، وتبريده في مبادلات حرارية إلى درجة حرارة التميع، والفرق في درجات حرارة التسييل هو 0.6-20 ميجا باسكال. الأكسجين والنيتروجين هي 13 درجة مئوية، وهي كافية لفصلهما بالكامل في الطور السائل.

يتراكم الأكسجين النقي السائل في جهاز فصل الهواء، ثم يتبخر ويتجمع في حامل الغاز، حيث يتم ضخه إلى أسطوانات بواسطة الضاغط تحت ضغط يصل إلى 20 ميجا باسكال.

يتم أيضًا نقل الأكسجين الفني عبر خط الأنابيب. يجب أن يتم الاتفاق على ضغط الأكسجين المنقول عبر خط الأنابيب بين الشركة المصنعة والمستهلك. يتم تسليم الأكسجين إلى الموقع في أسطوانات الأكسجين، وفي شكل سائل في أوعية خاصة ذات عزل حراري جيد.

لتحويل الأكسجين السائل إلى غاز، يتم استخدام أجهزة التغويز أو المضخات المزودة بمبخرات الأكسجين السائل. عند الضغط الجوي الطبيعي ودرجة حرارة 20 درجة مئوية، فإن 1 dm3 من الأكسجين السائل عند التبخر يعطي 860 dm3 من الأكسجين الغازي. لذلك ينصح بإيصال الأكسجين إلى مكان اللحام في حالة سائلة حيث أن ذلك يقلل من وزن الحاوية 10 مرات مما يوفر المعدن لصناعة الأسطوانات ويقلل من تكلفة نقل وتخزين الأسطوانات.

للحام والقطعوفقًا لـ -78 يتم إنتاج الأكسجين التقني في ثلاث درجات:

• 1- نقاء لا يقل عن 99.7%
• الثاني - لا يقل عن 99.5%
• الثالث - ما لا يقل عن 99.2% من حيث الحجم

نقاء الأكسجين له أهمية كبيرة في قطع الوقود الأكسجين. كلما قلت شوائب الغاز التي تحتوي عليها، زادت سرعة القطع وأنظف وأقل استهلاكًا للأكسجين.