Кислород: химия кислорода
Кислород
Положение в периодической системе химических элементов
Кислород расположен в главной подгруппе VI группы (или в 16 группе в современной форме ПСХЭ) и во втором периоде периодической системы химических элементов Д.И. Менделеева.
Электронное строение кислорода
Электронная конфигурация кислорода в основном состоянии :
+8O 1s 2 2s 2 2p 4 1s 2s 2p
Атом кислорода содержит на внешнем энергетическом уровне 2 неспаренных электрона и 2 неподеленные электронные пары в основном энергетическом состоянии.
Физические свойства и нахождение в природе
Кислород О2 — газ без цвета, вкуса и запаха, немного тяжелее воздуха. Плохо растворим в воде. Жидкий кислород – голубоватая жидкость, кипящая при -183 о С.
Озон О3 — при нормальных условиях газ голубого цвета со специфическим запахом, молекула которого состоит из трёх атомов кислорода.
Кислород — это самый распространённый в земной коре элемент. Кислород входит в состав многих минералов — силикатов, карбонатов и др. Массовая доля элемента кислорода в земной коре — около 47 %. Массовая доля элемента кислорода в морской и пресной воде составляет 85,82 %.
В атмосфере содержание свободного кислорода составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе.
Способы получения кислорода
В промышленности кислород получают перегонкой жидкого воздуха.
Лабораторные способы получения кислорода:
- Разложение некоторых кислородосодержащих веществ:
Разложение перманганата калия:
Разложение бертолетовой соли в присутствии катализатора MnO2 :
2KClO3 → 2KCl + 3O2
Разложение пероксида водорода:
2HgO → 2Hg + O2
Соединения кислорода
Основные степени окисления кислород +2, +1, 0, -1 и -2.
Степень окисления | Типичные соединения |
+2 | Фторид кислорода OF2 |
+1 | Пероксофторид кислорода O2F2 |
-1 | Пероксид водорода H2O2 Пероксид натрия Na2O2 и др. |
-2 | Вода H2O Оксиды металлов и неметаллов Na2O, SO2 и др. Соли кислородсодержащих кислот Кислородсодержащие органические вещества Основания и амфотерные гидроксиды |
Химические свойства
При нормальных условиях чистый кислород — очень активное вещество, сильный окислитель. В составе воздуха окислительные свойства кислорода не столь явно выражены.
1. Кислород проявляет свойства окислителя (с большинством химических элементов) и свойства восстановителя (только с более электроотрицательным фтором). В качестве окислителя кислород реагирует и с металлами , и с неметаллами . Большинство реакций сгорания простых веществ в кислороде протекает очень бурно, иногда со взрывом.
1.1. Кислород реагирует с фтором с образованием фторидов кислорода:
С хлором и бромом кислород практически не реагирует, взаимодействует только в специфических очень жестких условиях.
1.2. Кислород реагирует с серой и кремнием с образованием оксидов:
1.3. Фосфор горит в кислороде с образованием оксидов:
При недостатке кислорода возможно образование оксида фосфора (III):
Но чаще фосфор сгорает до оксида фосфора (V):
1.4. С азотом кислород реагирует при действии электрического разряда, либо при очень высокой температуре (2000 о С), образуя оксид азота (II):
N2 + O2→ 2NO
1.5. В реакциях с щелочноземельными металлами, литием и алюминием кислород также проявляет свойства окислителя. При этом образуются оксиды:
2Ca + O2 → 2CaO
Однако при горении натрия в кислороде преимущественно образуется пероксид натрия:
2Na + O2→ Na2O2
А вот калий, рубидий и цезий при сгорании образуют смесь продуктов, преимущественно надпероксид:
K + O2→ KO2
Переходные металлы окисляются кислород обычно до устойчивых степеней окисления.
Цинк окисляется до оксида цинка (II):
2Zn + O2→ 2ZnO
Железо , в зависимости от количества кислорода, образуется либо оксид железа (II), либо оксид железа (III), либо железную окалину:
2Fe + O2→ 2FeO
4Fe + 3O2→ 2Fe2O3
3Fe + 2O2→ Fe3O4
1.6. При нагревании с избытком кислорода графит горит , образуя оксид углерода (IV):
при недостатке кислорода образуется угарный газ СО:
2C + O2 → 2CO
Алмаз горит при высоких температурах:
Горение алмаза в жидком кислороде:
Графит также горит:
Графит также горит, например, в жидком кислороде:
Графитовые стержни под напряжением:
2. Кислород взаимодействует со сложными веществами:
2.1. Кислород окисляет бинарные соединения металлов и неметаллов: сульфиды, фосфиды, карбиды, гидриды . При этом образуются оксиды:
4FeS + 7O2→ 2Fe2O3 + 4SO2
Ca3P2 + 4O2→ 3CaO + P2O5
2.2. Кислород окисляет бинарные соединения неметаллов:
- летучие водородные соединения ( сероводород, аммиак, метан, силан гидриды . При этом также образуются оксиды:
2H2S + 3O2→ 2H2O + 2SO2
Аммиак горит с образованием простого вещества, азота:
4NH3 + 3O2→ 2N2 + 6H2O
Аммиак окисляется на катализаторе (например, губчатое железо) до оксида азота (II):
4NH3 + 5O2→ 4NO + 6H2O
- прочие бинарные соединения неметаллов — как правило, соединения серы, углерода, фосфора ( сероуглерод, сульфид фосфора и др.):
CS2 + 3O2→ CO2 + 2SO2
- некоторые оксиды элементов в промежуточных степенях окисления ( оксид углерода (II), оксид железа (II) и др.):
2CO + O2→ 2CO2
2.3. Кислород окисляет гидроксиды и соли металлов в промежуточных степенях окисления в водных растворах.
Например , кислород окисляет гидроксид железа (II):
Кислород окисляет азотистую кислоту :
2.4. Кислород окисляет большинство органических веществ. При этом возможно жесткое окисление (горение) до углекислого газа, угарного газа или углерода:
CH4 + 2O2→ CO2 + 2H2O
2CH4 + 3O2→ 2CO + 4H2O
CH4 + O2→ C + 2H2O
Также возможно каталитическое окисление многих органических веществ (алкенов, спиртов, альдегидов и др.)
Написать уравнения реакций характеризующие свойства кислорода
Химические свойства кислорода.
Взаимодействует (закончите уравнения реакций и рассмотрите их с позиций окисления-восстановления):
1) с металлами, образуя нормальные и смешанные оксиды:
|
| ||||||||||||||||||||||||||||
|
а также пероксиды:
2Na + O2 = Na2O2 | ||||
Na 0 — 1ē ⟶ Na + | 1 | 2 | 2 | восстановитель (окисление) |
O2 0 + 2ē ⟶ 2O — | 2 | 1 | окислитель (восстановление) |
2) с неметаллами образуя оксиды различного характера:
|
|
3) со сложными веществами, образуя оксиды элементов, из которых построено сложное вещество:
а) 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O | ||||
S -2 — 6ē ⟶ S +4 | 6 | 12 | 2 | восстановитель (окисление) |
O2 0 + 4ē ⟶ 2O -2 | 4 | 3 | окислитель (восстановление) |
б) 2ZnS + 3O2 = 2ZnO + 2SO2 | ||||
S -2 — 6ē ⟶ S +4 | 6 | 12 | 2 | восстановитель (окисление) |
O2 0 + 4ē ⟶ 2O -2 | 4 | 3 | окислитель (восстановление) |
в) CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O | ||||
C -4 — 8ē ⟶ C +4 | 8 | 8 | 1 | восстановитель (окисление) |
O2 0 + 4ē ⟶ 2O -2 | 4 | 2 | окислитель (восстановление) |
4) с низшими оксидами, окисляя их до высших:
Написать уравнения реакций характеризующие свойства кислорода
Ключевые слова конспекта: химические свойства простых веществ-неметаллов, характеристика элемента? простое вещество — кислород O2, получение кислорода.
Характеристика элемента кислорода
Кислород О – элемент № 8, 2-й период, VIA группа. Электронная конфигурация атома кислорода 1s 2 2s 2 2p 4 .
Валентные возможности кислорода – II и III (с учётом возможности образования связи по донорно–акцепторному механизму, например в ионе гидроксония Н3О + ). Возможные степени окисления кислорода:
+2 – в соединении со фтором OF2;
+1 – в соединении со фтором О2F2;
0 – в простых веществах O2 (кислород), O3 (озон);
–1 – в пероксидах (Н2O2, Na2O2);
–2 – во всех остальных соединениях кислорода (кроме супероксидов).
Кислород – самый распространённый элемент в земной коре. Кислороду присуща аллотропия, элемент кислород образует два простых вещества – киcлород O2 и озон O3.
Кислород – простое вещество O2
Кислород является молекулярным веществом, молекула двухатомна. В молекуле кислорода связь ковалентная неполярная.
При обычных условиях кислoрoд – газ без цвета и запаха, тяжелее воздуха, плохо растворим в воде (несколько лучше, чем азот). В жидком состоянии кислород светло-голубого, в твёрдом – синего цвета.
Кислород является хорошим окислителем. Реагирует практически со всеми простыми веществами (кроме инертных газов, галогенов, благородных металлов). Так, например, киcлород окисляет металлы:
O2 + 2Zn = 2ZnO
3O2 + 4Al = 2Al2O3
O2 + 2Cu = 2CuO
2O2 + 3Fe = Fe3O4
Кислорoд является также окислителем многих неметаллов. В некоторых случаях, для того чтобы началась реакция, требуется нагревание:
Кислoрод реагирует с азотом в электрической дуге (реакция обратима, идёт с небольшим выходом NO):
В кислороде сгорают многие горючие вещества, практически все органические вещества:
Кислoрoд окисляет многие сложные вещества – как неорганические, так и органические:
В промышленности кислород получают перегонкой воздуха. Способ основан на том, что у азота и кислорода разные температуры кипения. В лаборатории киcлорoд получают:
а) электролизом воды:
б) разложением пероксида водорода под действием катализатора:
в) разложением перманганата калия при нагревании:
г) разложением хлората калия (бертолетовой соли) при нагревании:
д) разложением нитратов щелочных металлов при нагревании:
Вся информация о кислороде в одной таблице
Конспект урока «Кислород: химические свойства».
http://gomolog.ru/reshebniki/9-klass/tetrad-gabrielyan-2020/24/chast-1-zadanie-4.html
http://uchitel.pro/%D0%BA%D0%B8%D1%81%D0%BB%D0%BE%D1%80%D0%BE%D0%B4-%D1%85%D0%B8%D0%BC%D0%B8%D1%87%D0%B5%D1%81%D0%BA%D0%B8%D0%B5-%D1%81%D0%B2%D0%BE%D0%B9%D1%81%D1%82%D0%B2%D0%B0/