Химические свойства уравнения реакций кислорода и озона

Химические свойства кислорода и озона: взаимодействие с простыми веществами

Разделы: Химия

Класс: 8

Цели урока

1. экспериментально изучить взаимодействие кислорода с простыми веществами;
2. родолжить отработку навыка составления уравнений реакций, формул соединений по валентности;
3. продолжить формирование умений наблюдения, умений формулировать выводы.

К уроку — колбы, наполненные кислородом, сера, красный фосфор, уголь древесный, железная игла, тигельные щипцы, спиртовка, спички, ложечки для сжигания веществ, стаканчик с водой, пинцет.

Компьютерная презентация, распечатки заданий на столах.

Ход урока

На столах – распечатки.

Ответьте на вопросы следующим образом: верно “+”, неверно “-”.

1 вариант.

1. Реакция соединения- это всегда реакция получения сложного вещества.
2. Кислород составляет основную часть атмосферы.
3. Бинарные соединения элементов с кислородом называются оксидами.
4. В процессе фотосинтеза поглощается углекислый газ и выделяется кислород.
5. Кислород легче воздуха
6. Озон и кислород – это разные названия одного и того же вещества.

2 вариант.

1. Реакция разложения — это всегда реакция получения простого вещества.
2. Бинарные соединения элементов с кислородом называются сульфидами
3. Кислород составляет одну пятую часть атмосферы
4. В процессе фотосинтеза выделяется углекислый газ и поглощается кислород.
5. Кислород тяжелее воздуха.
6. Озон и кислород – это аллотропные модификации одного и того же элемента.

У доски — решаем задачи.

1. Какой из оксидов железа содержит больше кислорода- FeO или Fe₂O₃?

2. Вычислите объём кислорода, содержащегося в классе у первоклашек (в 1-1) после трёх уроков, если площадь класса 500 м 3 , а в течении каждого урока первоклашки вместе с учителем расходуют 10 л кислорода. Как пополнить запас кислорода в классе?

Оцениваем работу у доски, работы в тетрадях.

Постановка проблемы.

Давайте поиграем. Я буду называть вещество или тело, а вы, если оно может гореть, хлопаете в ладоши.

Бумага, вода, лёд, дрова, уголь, стекло, спирт, железо…

— Почему не хлопнули? (Почему-то кто-то хлопнул, кто-то нет)

— Давайте проверим, горит ли железо, ведь ещё Адольф Вюрц, немецкий химик, сказал: “В химии нет ничего невозможного”

Демонстрационный опыт- горение железа в кислороде.

— Вижу, вы удивлены. Почему?

— Чего же мы ещё не знаем о кислороде?

— Почему горит железо? Какие будут гипотезы? Предположения?

(Возможный вариант диалога:

— В колбе больше кислорода, чем в воздухе!

— Ну и что, ведь это тот же кислород, вещество –то не изменилось! Или я не права? Что будем делать?)

— Помните афоризм, которому надобно следовать всегда? “Не ошибается только тот, кто ничего не делает”.

-Может быть стоит провести этот же опыт, но с другими веществами? С какими? (с простыми)

— А какие бывают простые вещества? (металлы и неметаллы)

— У меня на столе есть ещё сера, фосфор и углерод (демонстрирую). К какой группе простых веществ их можно отнести? (неметаллы).

— Кто-нибудь знает, горят они или нет? Давайте проверим.

— Как мы будем проверять? (экспериментально)

Только сегодня эксперимент будет демонстрационным, т. к. опыта обращения с кислородом и горючими веществами у вас пока маловато. Но скоро у нас урок- практикум, где я смогу увидеть и оценить сегодняшнюю вашу наблюдательность.

— Кислород- первое вещество, свойства которого нам предстоит изучить. С чего начнём?

(с планирования действий)

— Будем проводить химические реакции со всеми веществами, которые под руку попадутся или же всё-таки выстроим какую-то схему?

Тогда давайте сформулируем тему урока. (Химические свойства кислорода и озона: взаимодействие с простыми веществами)

Демонстрационный опыт: горение фосфора в кислороде и на воздухе.

— Разделите тетрадь на две половинки, пожалуйста.

Как вы думаете, почему?

(вспоминаем об озон — аллотропия, неустойчивость молекул)

— Свойства озона будут совершенно другими или всё же похожими на свойства кислорода? Вспомните о трёх “С” химии:

— Запишите уравнение горения фосфора в кислороде.

(Пошаговое комментирование у доски. Понятия – исходные вещества, продукт реакции, валентность, коэффициент, схема реакции, уравнение реакции)

Демонстрационный опыт: горении серы в кислороде и на воздухе, горение угля в кислороде и воздухе (записываем уравнения)

— Теперь пришла пора записать уравнение реакции окисления железа.

Давайте заглянем в учебник (стр. 81). Взгляните на уравнение реакции.

— Что вас удивляет? (дробная валентность железа) Мы с таким явлением сталкиваемся в первый, но поверьте мне,не в последний раз.

Дело в том,что железная окалина представляет собой смешанный оксид (смесь).

— Перенесете эту информацию дома в справочники. А как назовём этот оксид? ( за правильный ответ — орден “Мудрого совёнка)

Вывод: Простые вещества- как металлы, так и неметаллы- вступают в реакцию с кислородом, в результате получаются оксиды, а реакции называются реакциями окисления.

— А как ещё можно назвать увиденные нами реакции ( реакциями горения)

— Ни у кого не возникло вопросов по поводу нашего вывода?

• Все ли простые вещества вступают во взаимодействие с кислородом?
• При каких условиях начинается реакция? Да и почему всё-таки игла сгорела, но не на воздухе?
• И почему сера, фосфор и углерод ведут себя на воздухе совсем не так как в кислороде?
• И что будет, если увеличить содержание кислорода в воздухе до 30%? Или уменьшить до 8%?
• Всегда ли реакции окисления сопровождаются горением?
• Почему мы дышим кислородом? Мы горим !?

Это всё вопросы домашнего задания, поищите информацию в книгах, в Интернете, а на следующем уроке поговорим. Думаю, будет интересно.

— У нас осталась незаполненной половинка листа. О чём нам надо вспомнить? (об озоне)

Мы решили, что его свойства должны быть похожи на свойства кислорода, но только похожи.

Действительно, химические свойства озона отличает чрезвычайно высокая реакционная способность. Озон – один из сильнейших окислителей, за счёт атомарного кислорода, который образуется при распаде озона.

Очень важно помнить, что озон проявляет окислительные свойства уже при комнатной температуре. Так, при работе с озоном нельзя использовать резиновые шланги – они моментально прохудятся. (То есть в кислородной подушке его хранить нельзя).

Записываем уравнения реакций во второй половине тетради, помня о том. что и в реакциях простых веществ с кислородом получаются оксиды, но идут эти реакции гораздо интенсивнее, чем с кислородом.

Итог урока.

• И кислород, и озон вступают в реакции соединения с простыми веществами.
• Реакции соединения кислорода и озона с простыми веществами называются реакциями окисления, а сами кислород и озон называются окислителями.
• В результате этого взаимодействия образуются оксиды.

Закрепление. Упражнение № 8(в тексте учебника, стр. 82)

Какой вывод можно сделать из упражнения?

• В реакциях с озоном Ме проявляют более высокие валентности, чем в реакциях с кислородом

Д/з:$16, стр. 80-82; напишите с/х или сказку, нарисуйте комиксы по свойствам кислорода и озона. Для тех, кто тяготеет к исследовательской работе- проведите мини исследования по вопросам:

1. Что будет, если увеличить содержание кислорода в воздухе до 30%? Или уменьшить до 8%?
2. Озон-друг или враг?

Изучаем материал внимательно- готовимся к аукциону знаний.

Учебник: Кузнецова Л. М. , Химия-8, М. “Мнемозина”. 2003

Газ озон: химические, физические свойства, формула, отличия и другое

Содержание:

Кислород – элемент VIA группы. Для него свойственны две аллотропные модификации с разными химическими формулами – кислород О₂ и озон О₃. Они отличаются не только составом молекул, но и различными характеристиками.

В конце XVIII века ученый Мартин Ван Марум провел эксперимент, в результате которого получил озон. Он через воздушное пространство пропускал электричество. Таким образом, образовался озон – это голубоватый газ с необычным запахом. Ученый предполагал, что полученный газ представляет собой электрическую материю.

В 1840 году ученый Кристиан Фридрих Шенбейн раскрыл структуру и свойства озона. Полученный газ он назвал «озоном» (с греч. языка «пахнуть»). Кристиан Фридрих Шенбейн провел эксперимент, где озон вытеснил йод из иодида калия.

Получение озона

Существует несколько способов получения молекул озона.

1. Из кислорода воздуха при электрическом разряде
   • 3О₂ = 2О₃ – 284 кДж
     В промышленных условиях газ получают в озонаторах и отделяют фракционной перегонкой.

2. Взаимодействие охлажденной концентрированной серной кислоты и пероксида бария
   • 3H₂SO₄ + 3BaO₂ = 3BaSO₄ + O₃ + 3H₂O
     Данной реакцией синтезируют озон в лабораториях.

Физические свойства озона

Озон – бесцветный (в толстых слоях голубоватый) газ. Он почти в два раза тяжелее воздуха. Озон обладает специфическим запахом свежести.

• Температура сжижения -112˚С (газ приобретает оттенок индиго).
• Температура плавления -197˚С.
• Молярная масса озона – 48 г/моль.

Озон растворим в воде. Примеси позволяют растворяться еще быстрее. Если озон находится в состоянии газа, то он выступает в роли диамагнетика. Если озон – это жидкость, то проявляет свойства слабого парамагнетика.

Озон ядовит и губителен для бактерий. Его используют при обеззараживании воздуха и воды.

Химические свойства озона

Озон обладает сильными окислительными свойствами по сравнению с кислородом. Он реагирует с рядом веществ.

Если озон находится в состоянии газа, то реакция с сероводородом выглядит следующим образом:
H₂S + O₃ = SO₂ + H₂O

Озон способен взаимодействовать со ртутью при обычных условиях. В результате металл теряет блеск и способность липнуть к стеклу.

Токсичность озона

При умеренных концентрациях озон безвреден. Реакции с озоном характеризуются формированием свободных радикалов кислорода, которые губительны для организма при высоком содержании. Чрезмерное воздействие озона часто приводит к гибели. Озон особенно губителен для органов дыхания.

Озоновый слой в верхних слоях атмосферы

Озоновый слой – слой в верхней части атмосфера Земли, который состоит из бесцветного нестабильного газа. Он располагается на высоте 15-20 км над поверхностью планеты. Стратосфера – слой атмосферы, в котором содержится много озона.

Озон образуется в результате воздействия ультрафиолета на кислород. Слой газа задерживает все формы поступающей ультрафиолетовой коротковолновой радиации.

Озоновый экран защищает от вредного излучения, длина волн которого 290-320 нм. Это излучение может спровоцировать рак кожи. Озоновый слой появился на Земле около 600 млн лет назад в результате процесс фотосинтеза. Благодаря озоновому слою первые живые организмы смогли выйти из океана на сушу.

Дыры в озоновом слое

Озоновые дыры – локальное истощение озонового слоя. Самая большая озоновая дыра находится над Антарктидой. Если озоновый слой полностью исчезнет, то все живое на планете погибнет.

Озоновые дыры возникают по многим причинам, главная из которых – загрязнение окружающей среды. Озоновый слой разрушается под воздействием хлора, водорода, кислорода, брома и других продуктов сгорания. Выбросы фабрик, заводов и различных производств негативно влияют на выработку озона в верхних слоях атмосферы.

Озоновый слой может разрушить война. При испытании ядерного оружия выделяется огромное количество энергии и образуются окислы азота, которые разрушают озон. В период с 1952 по 1971 года при ядерных взрывах в атмосферу попало около 3 млн т окислов азота.

Реактивные самолеты выбрасывают окислы азота. Чем выше мощность турбореактивного двигателя, тем больше разрушающего вещества попадает в атмосферу. Ежегодно в воздух выбрасывается более 1 млн т соединений азота, из которых треть выбрасывают самолеты.

Защита озонового слоя

До 1989 года на производствах часто применялись галогенированные углеводороды, которые разрушают озоновый слой. Монреальская конвенция разработала программу по сокращению использования хлорфторуглеродов, которые быстро испарялись и достигали стратосферы. Они разлагаются на компоненты и разрушают озоновый слой. Из этих соединений раньше изготавливали аэрозоли, растворители и др.

Озоновые дыры произвольно создаются и исчезают. Это связано с некоторыми природными явлениями и даже климатическими особенностями. Газ озон образуется в результате воздействия ультрафиолета на кислород. Во время полярной ночи дыры образуются из-за того, что солнце не заходит несколько недель и ультрафиолет постоянно влияет на кислород. Во время полярного дня озоновый слой восстанавливается и воздействие ультрафиолета на живые организмы снижается.

Дыры могут формироваться в период активности Солнца. В результате этого они появляются и пропадают. Иногда это занимает несколько дней, реже растягивается на несколько месяцев.

Химические свойства уравнения реакций кислорода и озона

4 объемы кислорода в 100 объемах воды

45 объемов озона в 100 объемах воды

Жидкий и твердый кислород — парамагнитные вещества, т.е. втягиваются в магнитное поле

Имеет диамагнитные свойства, то есть не взаимодействует с магнитным полем

Необходим для дыхания растений и животных (в смеси с азотом или инертным газом). Вдыхание чистого кислорода приводит к сильному отравлению

В атмосфере образует так называемый озоновый слой, который защищает биосферу от вредного воздействия ультрафиолетового излучения. Ядовитый

Химические свойства кислорода и озона

Взаимодействие кислорода с металлами

Молекулярный кислород — довольно сильный окислитель. Он окисляет практически все металлы (кроме золота и платины). Много металлов медленно окисляются на воздухе, но в атмосфере чистого кислорода сгорают очень быстро, при этом образуется оксид:

Однако некоторые металлы при горении образуют не оксиды, а пероксиды (в таких соединениях степень окисления Кислорода равна -1) или надпероксиди (степень окисления атома Кислорода — дробная). Примером таких металлов могут быть барий, натрий и калий:

Взаимодействие кислорода с неметаллами

Оксиген проявляет степень окисления -2 в соединениях, которые образованы со всеми неметаллами, кроме Фтора, Гелия, Неона и Аргона. Молекулы кислорода при нагревании непосредственно вступают во взаимодействие со всеми неметаллами, кроме галогенов и инертных газов. В атмосфере кислорода фосфор самовоспламеняется и некоторые другие неметаллы:

При взаимодействия кислорода с фтором образуется кислород фторид, а не фтор оксид, поскольку атом Фтора имеет большую электроотрицательности, чем атом Кислорода. Оксиген фторид — это газ бледно-желтого цвета. Его используют как очень сильный окислитель и фторувальний агент. В этой соединении степень окисления Кислорода равна +2.

В избытка фтора может образовываться диоксиген дифторид, в котором степень окисления Кислорода равна +1. По строению такая молекула похожа на молекулу водород пероксида.

По определенных условиях кислород вступает во взаимодействие со многими сложными веществами. При этом образуются оксиды элементов, простые вещества, образованные этими элементами:

Кислород может вступать во взаимодействие с оксидами, в которых элементы находятся не в высших степенях окисления:

Озон является более сильным окисником, чем молекулярный кислород. Почти все реакции, которые проходят под действием кислорода, проходят также с озоном, но при этом реакция протекает быстрее и выделяется большее количество энергии. Многие вещества под действием озона занимаются:

При взаимодействия калия с озоном образуется озонід (соединение ионного типа):

Озон обнаруживают в лабораторных условиях пропусканием исследуемой смеси через раствор калий йодида с небольшим количеством крахмала:

Если в пропущенной газовой смеси присутствует озон, то раствор окрашивается в интенсивно-синий цвет, за счет образования комплексного соединения йода с крахмалом. Эту реакцию называют качественной реакцией на озон.

Кислород в аналогичную реакцию не вступает.

Кислород обычно добывают в лабораториях электролизом слабого водного раствора натрий гидроксида (никелированные электроды):

Кислород можно добыть термическим разложением богатых Оксиген соединений (хлоратов, перманганатів, нитратов, пероксидов, оксидов):

В промышленности кислород получают из жидкого воздуха. Сначала воздух охлаждают до -200 °С, а затем постепенно нагревают. При -196 °С испаряется азот, и остается жидкий кислород.

Методы добывания озона

Озон образуется в атмосфере на высоте 20 — 30 километров из кислорода под действием ультрафиолетового излучения Солнца.

Озон можно добыть из кислорода под действием тлеющего электрического разряда.

Он также образуется в различных копировальных аппаратах, при сварке металлов, при работе трансформаторов и при ударе молнии.

Применение кислорода и озона. Значение озонового слоя

Кислород используют все аэробные живые существа для дыхания. В процессе фотосинтеза растения выделяют кислород и поглощают углекислый газ.

Молекулярный кислород применяют для так называемой интенсификации, то есть ускорение окислительных процессов в металлургической промышленности. А еще кислород используют для добывания пламени с высокой температурой. При горении ацетилена (С₂Н₂) в кислороде температура пламени достигает 3500 °С. В медицине кислород применяют для облегчения дыхания больных. Его также используют в дыхательных аппаратах для работы людей в трудной для дыхания атмосфере. Жидкий кислород применяют как окислитель ракетного топлива.

Озон используют в лабораторной практике как очень сильный окислитель. В промышленности с его помощью дезинфицируют воду, поскольку ему присуща сильная окислительная действие, которая уничтожает различные микроорганизмы.

Пероксиды, надпероксиди и озонидов щелочных металлов применяют для регенерации кислорода в космических кораблях и на подводных лодках, Такое применение основано на реакции этих веществ с углекислым газом СО₂:

В природе озон содержится в высоких слоях атмосферы на высоте около 20-25 км, в так называемом озоновом слое, который защищает Землю от жесткого солнечного излучения. Уменьшение концентрации озона в стратосфере хотя бы на 1 может привести к тяжелым последствиям, таким рост числа онкологических заболеваний кожи в людей и животных, увеличение числа заболеваний, связанных с угнетением иммунной системы человека, замедление роста наземных растений, снижение скорости роста фитопланктона и т.д.

Без озонового слоя жизнь на планете было бы невозможным. Тем временем загрязнение атмосферы различными промышленными выбросами приводят к разрушению озонового слоя. Самыми опасными веществами для озона являются фреоны (их используют как хладагенты в холодильных машинах, а также как наполнители для баллончиков с дезодорантами) и отходы ракетного топлива.

Мировое сообщество очень обеспокоено в связи с образованием дыры в озоновом слое на полюсах нашей планеты, в связи с чем в 1987 г. был принят «Монреальский протокол по веществам, разрушающим озоновый слой», который ограничил использование веществ, вредных для озонового слоя.

Физические свойства веществ, образованных элементом Сульфуром

Атомы Серы, так же, как и Кислорода, могут образовывать различные аллотропные модификации ( S _∞ ; S ₁₂ ; S ₈ ; S ₆ ; S ₂ и другие). При комнатной температуре сера находится в виде α -серы (или ромбической серы), что представляет собой желтые хрупкие кристаллы, без запаха, не растворимые в воде. При температуре свыше +96 °С происходит медленный переход α -серы в β -серу (или моноклінну серу), что представляет собой почти белые пластинки. Если расплавленную серу перелить в воду, происходит переохлаждение жидкой серы и образования желто-коричневой резино-подобной пластической серы, которая погодя снова превращается в а-серу. Сера кипит при температуре, равной +445 °С, образуя пары темно-бурого цвета.

Все модификации серы не растворяются в воде, зато достаточно хорошо растворяются в сероуглероде ( CS ₂ ) и некоторых других неполярных растворителях.

Простая вещество сера при нагревании взаимодействует практически со всеми металлами, за исключением золота, иридия и платины. При этом образуются сульфиды соответствующих металлов. В сульфідах степень окисления Серы равна -2:

Под нагревании сера реагирует со многими неметаллами. При горении на воздухе образуется сульфур(И V ) оксид:

При нагревании серы в потоке водорода образуется сероводород. В сероводороде Сульфур находится в степени окисления-2. Такой же степень окисления Сульфур проявляет и в сероуглероде, который образуется при взаимодействии серы и углерода:

Взаимодействие серы со сложными веществами

Простая вещество сера вступает в реакции с сильными окислителями, при этом чаще всего окисляется до сульфура диоксида:

При кипячении с раствором щелочи образуется сульфид и сульфат, то есть проходит реакция диспропорціонування:

В этом случае в исходном состоянии степень окисления Серы равна 0. В натрий сульфаті ( N a ₂ SO ₄ ) степень окисления Серы равна +6, а в натрий сульфіді ( Na ₂ S ) -2, т.е. произошла реакция дислропорціонування.

В промышленных масштабах серу добывают из самородных подземных залежей методом выплавки ее перегретым водяным паром с последующей перегонкой полученного продукта.

Серу можно добывать также частичным окисненням сероводорода или неполным восстановлением сероуглерода:

Главный продукт серной промышленности — это сульфатная кислота. На ее производство приходится около 60 % серы, которую добывают. В гумотехнічній промышленности серу используют для превращения каучука в высококачественную резину, то есть для вулканизации каучука. Сера — важнейший компонент любых пиротехнических смесей. Например, в спичечных головках содержится около 5 %, а в намазці на коробке — около 20 % серы по массе. В сельском хозяйстве серу используют для борьбы с вредителями виноградников. В медицине серу применяют при изготовлении различных мазей для лечения кожных заболеваний.