Küsimus nr 2 Kuidas saadakse hapnikku laboris ja tööstuses? Kirjutage vastavate reaktsioonide võrrandid. Kuidas need meetodid üksteisest erinevad?

Vastus:

Laboris saab hapnikku saada järgmistel viisidel:

1) Vesinikperoksiidi lagunemine katalüsaatori (mangaanoksiidi) juuresolekul

2) Bertholleti soola (kaaliumkloraat) lagunemine:

3) Kaaliumpermanganaadi lagunemine:

Tööstuses saadakse hapnikku õhust, mis sisaldab umbes 20 mahuprotsenti. Õhk vedeldub rõhu ja äärmusliku jahutamise all. Hapnikul ja lämmastikus (õhu teine ​​põhikomponent) on erinevad keemistemperatuurid. Seetõttu saab neid eraldada destilleerimisega: lämmastiku keemistemperatuur on madalam kui hapnikul, mistõttu lämmastik aurustub enne hapnikku.

Erinevused hapniku tootmise tööstuslike ja laboratoorsete meetodite vahel:

1) Kõik hapniku tootmise laboratoorsed meetodid on keemilised, see tähendab, et mõned ained muutuvad teisteks. Õhust hapniku hankimise protsess on füüsiline protsess, kuna mõned ained ei muutu teisteks.

2) Õhust saab hapnikku palju suuremates kogustes.

Hapnik ilmus maakera atmosfääri koos roheliste taimede ja fotosünteetiliste bakterite ilmumisega. Tänu hapnikule teostavad aeroobsed organismid hingamist või oksüdatsiooni. Tööstuses on oluline hankida hapnikku – seda kasutatakse metallurgias, meditsiinis, lennunduses, rahvamajanduses ja teistes tööstusharudes.

Omadused

Hapnik on perioodilisuse tabeli kaheksas element. See on gaas, mis toetab põlemist ja oksüdeerib aineid.

Riis. 1. Hapnik perioodilisustabelis.

Ametlikult avastati hapnik 1774. aastal. Inglise keemik Joseph Priestley eraldas elemendi elavhõbeoksiidist:

2HgO → 2Hg + O 2 .

Priestley aga ei teadnud, et hapnik on osa õhust. Hapniku omadused ja olemasolu atmosfääris määras hiljem Priestley kolleeg, prantsuse keemik Antoine Lavoisier.

Hapniku üldised omadused:

• värvitu gaas;
• ei lõhna ega maitset;
• õhust raskem;
• molekul koosneb kahest hapnikuaatomist (O 2);
• vedelas olekus on see helesinine värvus;
• vees halvasti lahustuv;
• on tugev oksüdeerija.

Riis. 2. Vedel hapnik.

Hapniku olemasolu saab hõlpsasti kontrollida, kui lastakse hõõguv killu gaasi sisaldavasse anumasse. Hapniku juuresolekul lahvatab tõrvik leeki.

Kuidas sa seda saad?

On teada mitmeid meetodeid hapniku tootmiseks erinevatest ühenditest tööstus- ja laboritingimustes. Tööstuses saadakse hapnikku õhust selle veeldamisel rõhu all ja temperatuuril -183°C. Vedel õhk allutatakse aurustamisele, s.o. järk-järgult soojendada. -196°C juures hakkab lämmastik aurustuma ja hapnik jääb vedelaks.

Laboris tekib hapnik sooladest, vesinikperoksiidist ja elektrolüüsi tulemusena. Soolade lagunemine toimub kuumutamisel. Näiteks kaaliumkloraati või bertoliitsoola kuumutatakse temperatuurini 500 °C ja kaaliumpermanganaati või kaaliumpermanganaati 240 °C-ni:

• 2KClO3 → 2KCl + 3O2;
• 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2.

Riis. 3. Berthollet soola kuumutamine.

Hapnikku saate ka nitraadi või kaaliumnitraadi kuumutamisel:

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .

Vesinikperoksiidi lagundamisel kasutatakse katalüsaatorina mangaan(IV)oksiidi - MnO 2, süsinikku või rauapulbrit. Üldvõrrand näeb välja selline:

2H 2O 2 → 2H 2O + O 2.

Naatriumhüdroksiidi lahus läbib elektrolüüsi. Selle tulemusena moodustub vesi ja hapnik:

4NaOH → (elektrolüüs) 4Na + 2H 2O + O 2.

Hapnik eraldatakse veest ka elektrolüüsi teel, lagundades selle vesinikuks ja hapnikuks:

2H2O → 2H2+O2.

Tuumaallveelaevadel saadi hapnikku naatriumperoksiidist - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. Meetod on huvitav, kuna süsinikdioksiid neeldub koos hapniku vabanemisega.

Kuidas kasutada

Kogumine ja tunnustamine on vajalik puhta hapniku vabastamiseks, mida kasutatakse tööstuses ainete oksüdeerimiseks, samuti hingamise säilitamiseks ruumis, vee all ja suitsustes ruumides (hapnik on tuletõrjujatele vajalik). Meditsiinis aitavad hapnikuballoonid hingamisraskustega patsientidel hingata. Hapnikku kasutatakse ka hingamisteede haiguste raviks.

Hapnikku kasutatakse kütuste põletamiseks – kivisüsi, nafta, maagaas. Hapnikku kasutatakse laialdaselt metallurgias ja masinaehituses, näiteks metalli sulatamiseks, lõikamiseks ja keevitamiseks.

Keskmine hinne: 4.9. Kokku saadud hinnanguid: 220.

>> Hapniku hankimine

Hapniku saamine

See lõik räägib sellest:

> hapniku avastamisest;
> hapniku hankimisest tööstuses ja laborites;
> lagunemisreaktsioonide kohta.

Hapniku avastamine.

J. Priestley sai selle gaasi ühendist nimega elavhõbe(II)oksiid. Teadlane kasutas klaasist läätse, millega ta fokuseeris päikesevalguse ainele.

Kaasaegses versioonis on seda katset kujutatud joonisel 54. Kuumutamisel muutub elavhõbeda (||) oksiid (kollane pulber) elavhõbedaks ja hapnikuks. Elavhõbe vabaneb gaasilises olekus ja kondenseerub katseklaasi seintele hõbedaste tilkade kujul. Hapnik kogutakse teise katseklaasi vee kohale.

Priestley meetodit enam ei kasutata, sest elavhõbedaaur on mürgine. Hapnikku toodetakse muude, käsitletuga sarnaste reaktsioonide abil. Tavaliselt tekivad need kuumutamisel.

Reaktsioone, mille käigus ühest ainest tekib mitu teist, nimetatakse lagunemisreaktsioonideks.

Laboris hapniku saamiseks kasutatakse järgmisi hapnikku sisaldavaid ühendeid:

Kaaliumpermanganaat KMnO 4 (üldnimetus kaaliumpermanganaat; aine on tavaline desinfektsioonivahend)

Kaaliumkloraat KClO 3 (triviaalne nimi - Berthollet' sool, 18. sajandi lõpu - 19. sajandi alguse prantsuse keemiku C.-L. Berthollet auks)

Kaaliumkloraadile lisatakse väike kogus katalüsaatorit - mangaan(IV)oksiidi MnO 2 - nii, et ühend laguneb koos hapniku 1 vabanemisega.

Laboratoorsed katsed nr 8

Hapniku tootmine vesinikperoksiidi H 2 O 2 lagunemisel

Valage katseklaasi 2 ml vesinikperoksiidi lahust (selle aine traditsiooniline nimetus on vesinikperoksiid). Süütage pikk kild ja kustutage see (nagu tiku puhul) nii, et see vaevu haiseb.
Valage vesinikoksiidi lahusega katseklaasi veidi katalüsaatorit – musta pulbri mangaan(IV)oksiidi. Jälgige gaasi kiiret vabanemist. Kasutage hõõguvat killustikku, et kontrollida, kas gaas on hapnik.

Kirjutage vesinikperoksiidi lagunemisreaktsiooni võrrand, mille reaktsiooniproduktiks on vesi.

Laboris saab hapnikku ka naatriumnitraadi NaNO 3 või kaaliumnitraadi KNO 3 2 lagundamisel. Kuumutamisel ühendid esmalt sulavad ja seejärel lagunevad:

1 Kui ühendit kuumutatakse ilma katalüsaatorita, toimub erinev reaktsioon

2 Neid aineid kasutatakse väetisena. Nende üldnimetus on salpeter.

Skeem 7. Laboratoorsed meetodid hapniku tootmiseks

Teisendage reaktsiooniskeemid keemilisteks võrranditeks.

Teave selle kohta, kuidas laboris hapnikku toodetakse, on kogutud skeemil 7.

Hapnik koos vesinikuga on elektrivoolu mõjul vee lagunemise saadused:

Looduses toodetakse hapnikku fotosünteesi teel taimede rohelistes lehtedes. Selle protsessi lihtsustatud diagramm on järgmine:

järeldused

Hapnik avastati 18. sajandi lõpus. mitu teadlased .

Tööstuses saadakse hapnikku õhust ja laboris teatud hapnikku sisaldavate ühendite lagunemisreaktsioonide kaudu. Lagunemisreaktsiooni käigus moodustub ühest ainest kaks või enam ainet.

129. Kuidas saadakse hapnikku tööstuses? Miks nad ei kasuta selleks kaaliumpermanganaati või vesinikperoksiidi?

130. Milliseid reaktsioone nimetatakse lagunemisreaktsioonideks?

131. Teisendage järgmised reaktsiooniskeemid keemilisteks võrranditeks:

132. Mis on katalüsaator? Kuidas see võib mõjutada keemiliste reaktsioonide kulgu? (Vastuse saamiseks kasutage ka § 15 materjali.)

133. Joonisel 55 on kujutatud valge tahke aine lagunemismomenti, mille valem on Cd(NO3)2. Vaadake hoolikalt joonist ja kirjeldage kõike, mis reaktsiooni ajal juhtub. Miks hõõguv kild süttib? Kirjutage sobiv keemiline võrrand.

134. Hapniku massiosa jäägis oli pärast kaaliumnitraadi KNO 3 kuumutamist 40%. Kas see ühend on täielikult lagunenud?

Riis. 55. Aine lagunemine kuumutamisel

Popel P. P., Kryklya L. S., Keemia: Pidruch. 7. klassi jaoks zagalnosvit. navch. sulgemine - K.: VC "Akadeemia", 2008. - 136 lk.: ill.

Tunni sisu tunnimärkmed ja toetavad raamtunni esitlus interaktiivsed tehnoloogiad kiirendi õppemeetodid Harjuta testid, testimine veebiülesannete ja harjutuste kodutööde töötoad ja koolitused küsimused klassi aruteludeks Illustratsioonid video- ja helimaterjalid fotod, pildid, graafikud, tabelid, diagrammid, koomiksid, tähendamissõnad, ütlused, ristsõnad, anekdoodid, naljad, tsitaadid Lisandmoodulid kokkuvõtted petulehed näpunäiteid uudishimulike artiklite jaoks (MAN) kirjanduse põhi- ja lisaterminite sõnastik Õpikute ja tundide täiustamine vigade parandamine õpikus, vananenud teadmiste asendamine uutega Ainult õpetajatele kalenderplaanid koolitusprogrammid metoodilised soovitused

Plaan:

Avastamise ajalugu

Nime päritolu

Looduses olemine

Kviitung

Füüsikalised omadused

Keemilised omadused

Rakendus

Hapniku bioloogiline roll

Mürgised hapniku derivaadid

10. Isotoobid

Hapnik

Hapnik- 16. rühma element (vananenud klassifikatsiooni järgi - VI rühma põhirühm), D.I. Mendelejevi keemiliste elementide perioodilise süsteemi teine ​​periood, aatomnumbriga 8. Tähistatakse sümboliga O (lat. Oxygenium). . Hapnik on keemiliselt aktiivne mittemetall ja kõige kergem element kalkogeenide rühmast. Lihtne aine hapnikku(CAS number: 7782-44-7) on tavatingimustes värvitu, maitsetu ja lõhnatu gaas, mille molekul koosneb kahest hapnikuaatomist (valem O 2) ja seetõttu nimetatakse seda ka dihapnikuks sinine värv ja tahked kristallid on helesinist värvi.

On ka teisi hapniku allotroopseid vorme, näiteks osoon (CAS number: 10028-15-6) - tavatingimustes spetsiifilise lõhnaga sinine gaas, mille molekul koosneb kolmest hapnikuaatomist (valem O 3).

1. Avastamise ajalugu

Ametlikult arvatakse, et hapniku avastas inglise keemik Joseph Priestley 1. augustil 1774 elavhõbeoksiidi lagundamisel hermeetiliselt suletud anumas (Priestley suunas päikesevalguse sellele ühendile võimsa läätse abil).

Kuid Priestley ei mõistnud alguses, et ta oli avastanud uue lihtsa aine, ta uskus, et ta oli eraldanud ühe õhu koostisosadest (ja nimetas seda gaasi "deflogisteeritud õhuks"). Priestley teatas oma avastusest väljapaistvale prantsuse keemikule Antoine Lavoisier'le. 1775. aastal tegi A. Lavoisier kindlaks, et hapnik on õhu, hapete koostisosa ja seda leidub paljudes ainetes.

Mõni aasta varem (1771. aastal) hankis hapnikku Rootsi keemik Karl Scheele. Ta kaltsineeris soola väävelhappega ja seejärel lagundas saadud lämmastikoksiidi. Scheele nimetas seda gaasi "tuleõhuks" ja kirjeldas oma avastust 1777. aastal ilmunud raamatus (just seetõttu, et raamat ilmus hiljem, kui Priestley oma avastamisest teatas, peetakse viimast hapniku avastajaks). Scheele teatas oma kogemusest ka Lavoisier'le.

Oluliseks sammuks, mis aitas kaasa hapniku avastamisele, oli prantsuse keemiku Pierre Bayeni töö, kes avaldas töid elavhõbeda oksüdatsiooni ja sellele järgneva oksiidi lagunemise kohta.

Lõpuks mõistis A. Lavoisier Priestley ja Scheele'i teavet kasutades lõpuks välja tekkiva gaasi olemuse. Tema töö oli tohutu tähtsusega, sest tänu sellele kukutati tol ajal domineeriv ja keemia arengut pärssinud flogistoniteooria. Lavoisier viis läbi erinevate ainete põlemise katseid ja lükkas ümber flogistoni teooria, avaldades tulemused põletatud elementide massi kohta. Tuha kaal ületas elemendi algse massi, mis andis Lavoisier'le õiguse väita, et põlemisel toimub aine keemiline reaktsioon (oksüdatsioon) ja seetõttu suureneb algaine mass, mis kummutab flogistoni teooria. .

Seega jagavad au hapniku avastamise eest tegelikult Priestley, Scheele ja Lavoisier vahel.

1. nime päritolu

Sõna hapnik (19. sajandi alguses nimetati seda ka "happelahuseks") võlgneb oma ilmumise vene keelde teatud määral M. V. Lomonosovile, kes võttis koos teiste neologismidega kasutusele sõna "hape". Seega oli sõna "hapnik" omakorda A. Lavoisier' (vanakreeka keelest ὀξύς - "hapu" ja γεννάω - "sünnitamine") välja pakutud termini "hapnik" (prantsuse oxygène) jälg, mis on tõlgitud kui "happe tekitamine", mis on seotud selle algse tähendusega - "hape", mis varem tähendas kaasaegse rahvusvahelise nomenklatuuri järgi aineid, mida nimetatakse oksiidideks.

1. Looduses olemine

Hapnik on kõige levinum element Maal (erinevates ühendites, peamiselt silikaatides) moodustab umbes 47,4% tahke maakoore massist. Meri ja magevesi sisaldavad tohutul hulgal seotud hapnikku - 88,8% (massi järgi), atmosfääris on vaba hapniku sisaldus 20,95% mahust ja 23,12% massist. Rohkem kui 1500 maakoore ühendit sisaldavad hapnikku.

Hapnik on osa paljudest orgaanilistest ainetest ja seda leidub kõigis elusrakkudes. Elusrakkudes olevate aatomite arvu osas on see umbes 25% ja massiosa järgi - umbes 65%.

Metalli lõikamisel tehakse seda kõrgtemperatuurse gaasileegiga, mis saadakse tuleohtliku gaasi või tehniliselt puhta hapnikuga segatud vedelauru põletamisel.

Hapnik on maakeral kõige levinum element, leidub keemiliste ühendite kujul erinevate ainetega: maapinnas - kuni 50% massist, koos vesinikuga vees - umbes 86% massist ja õhus - kuni 21% mahust ja 23% massist. kaal.

Hapnik normaaltingimustes (temperatuur 20°C, rõhk 0,1 MPa) on värvitu, mittesüttiv gaas, õhust veidi raskem, lõhnatu, kuid põlemist aktiivselt toetav. Normaalsel atmosfäärirõhul ja temperatuuril 0 ° C on 1 m 3 hapniku mass 1,43 kg ja temperatuuril 20 ° C ja normaalsel atmosfäärirõhul - 1,33 kg.

Hapnikul on kõrge keemiline aktiivsus, moodustades ühendeid kõigi keemiliste elementidega, välja arvatud (argoon, heelium, ksenoon, krüptoon ja neoon). Ühendi reaktsioonid hapnikuga toimuvad suure soojushulga eraldumisel, s.t on oma olemuselt eksotermilised.

Kokkusurutud gaasiline hapnik puutub kokku orgaaniliste ainete, õlide, rasvade, söetolmu, tuleohtlike plastidega, võivad need isesüttida hapniku kiirel kokkusurumisel tekkiva soojuse eraldumise, hõõrdumise ja tahkete osakeste kokkupõrke tagajärjel metallile, samuti elektrostaatilise sädelahendusena. Seetõttu tuleb hapniku kasutamisel jälgida, et see ei puutuks kokku süttivate või põlevate ainetega.

Kõik hapnikuseadmed, hapnikutorud ja balloonid tuleb põhjalikult rasvatustada. on võimeline moodustama plahvatusohtlikke segusid tuleohtlike gaaside või vedelate tuleohtlike aurudega laias vahemikus, mis võib põhjustada plahvatusi ka lahtise leegi või isegi sädeme juuresolekul.

Hapniku märgitud omadusi tuleb alati meeles pidada, kui seda kasutatakse gaasileegi töötlemisel.

Atmosfääriõhk on peamiselt kolme gaasi mehaaniline segu, mille mahusisaldus on järgmine: lämmastik - 78,08%, hapnik - 20,95%, argoon - 0,94%, ülejäänud on süsinikdioksiid, dilämmastikoksiid jne. Hapnikku saadakse õhu eraldamisel hapnikuni ja sügavjahutuse (vedeldamise) meetodil koos argooni eraldamisega, mille kasutamine pidevalt suureneb. Lämmastikku kasutatakse vase keevitamisel kaitsegaasina.

Hapnikku võib saada keemiliselt või vee elektrolüüsil. Keemilised meetodid ebaefektiivne ja ebaökonoomne. Kell vee elektrolüüs Alalisvooluga tekib puhta vesiniku tootmisel kõrvalsaadusena hapnik.

Hapnikku toodetakse tööstuses atmosfääriõhust sügavjahutuse ja rektifikatsiooni teel. Õhust hapniku ja lämmastiku hankimise paigaldistes puhastatakse viimane kahjulikest lisanditest, surutakse kompressoris kokku sobiva jahutustsükli rõhuni 0,6-20 MPa ja jahutatakse soojusvahetites veeldustemperatuurini, vedeldamise temperatuuride erinevuseni. hapniku ja lämmastiku temperatuur on 13 ° C, mis on piisav nende täielikuks eraldamiseks vedelas faasis.

Vedel puhas hapnik koguneb õhueraldusaparaadis, aurustub ja koguneb gaasimahutisse, kust see pumbatakse kuni 20 MPa rõhu all kompressori abil silindritesse.

Tehnilist hapnikku transporditakse ka torujuhtme kaudu. Torujuhtme kaudu transporditava hapniku rõhu osas tuleb kokku leppida tootja ja tarbija vahel. Hapnik tarnitakse objektile hapnikusilindrites ja vedelal kujul spetsiaalsetes hea soojusisolatsiooniga anumates.

Vedela hapniku muundamiseks gaasiks kasutatakse gaasistajaid või vedela hapniku aurustitega pumpasid. Normaalsel atmosfäärirõhul ja temperatuuril 20°C annab 1 dm 3 vedelat hapnikku aurustumisel 860 dm 3 gaasilist hapnikku. Seetõttu on soovitatav hapnik keevituskohta toimetada vedelas olekus, kuna see vähendab mahuti kaalu 10 korda, mis säästab metalli silindrite valmistamiseks ning vähendab silindrite transportimise ja ladustamise kulusid.

Keevitamiseks ja lõikamiseks Vastavalt -78-le toodetakse tehnilist hapnikku kolmes klassis:

• 1. – puhtus vähemalt 99,7%
• 2. – mitte vähem kui 99,5%
• 3. - mitte vähem kui 99,2% mahust

Hapniku puhtus on hapnikuga lõikamisel väga oluline. Mida vähem gaasilisi lisandeid see sisaldab, seda suurem on lõikekiirus, puhtam ja väiksem hapnikukulu.