Reaktioner med stor frigivelse af ilt. Ilt og dets produktion

Vi fastgør et ildfast glasreagensglas på et stativ og tilsætter 5 g pulveriseret nitrat (kaliumnitrat KNO 3 eller natriumnitrat NaNO 3) i det. Lad os placere en kop lavet af ildfast materiale fyldt med sand under reagensglasset, da glasset ofte smelter under dette eksperiment, og en varm masse flyder ud. Derfor vil vi holde brænderen på siden ved opvarmning. Når vi varmer salpeteren rigtig meget op, vil den smelte, og der vil blive frigivet ilt fra den (det vil vi opdage ved hjælp af en ulmende splint – den antændes i et reagensglas). I dette tilfælde vil kaliumnitrat blive til nitrit KNO2. Brug derefter digeltang eller pincet til at smide et stykke skærende svovl i smelten (hold aldrig ansigtet over reagensglasset).

Svovlen vil antænde og brænde og frigive stor mængde varme. Forsøget skal udføres med åbne vinduer(på grund af de resulterende svovloxider). Vi gemmer det resulterende natriumnitrit til efterfølgende eksperimenter.

Processen forløber som følger (via opvarmning):

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2

Du kan få ilt ved andre metoder.

Kaliumpermanganat KMnO 4 (kaliumsalt af mangansyre) afgiver ilt ved opvarmning og omdannes til mangan(IV)oxid:

4KMnO4 → 4Mn2 + 2K2O + 3O2

eller 4KMnO 4 → MnO 2 + K 2 MnO 4 + O 2

Fra 10 g kaliumpermanganat kan du få cirka en liter ilt, hvilket betyder, at to gram er nok til at fylde fem normalstore reagensglas med ilt. Kaliumpermanganat kan købes på ethvert apotek, hvis det ikke er i dit hjem medicinskab.

Vi opvarmer en vis mængde kaliumpermanganat i et ildfast reagensglas og fanger den frigjorte ilt i reagensglassene ved hjælp af et pneumatisk bad. Krystallerne ødelægges, når de revner, og ofte medføres en vis mængde støvet permanganat sammen med gassen. I dette tilfælde bliver vandet i det pneumatiske bad og udløbsrøret rødt. Efter at have afsluttet eksperimentet renser vi badet og røret med en opløsning af natriumthiosulfat (hyposulfit) - et fotografisk fikseringsmiddel, som vi forsurer lidt med fortyndet saltsyre.

Ilt kan også fås i store mængder fra hydrogenperoxid (peroxid) H 2 O 2. Lad os købe en opløsning på tre procent på apoteket - et desinfektionsmiddel eller et præparat til behandling af sår. Hydrogenperoxid er ikke særlig stabilt. Allerede når den står i luften, nedbrydes den til ilt og vand:

2H202 → 2H20 + O2

Nedbrydningen kan fremskyndes betydeligt ved at tilsætte lidt mangandioxid MnO 2 (pyrolusit), aktivt kul, metalpulver, blod (koaguleret eller frisk) og spyt til peroxidet. Disse stoffer fungerer som katalysatorer.

Vi kan verificere dette, hvis vi placerer cirka 1 ml brintoverilte med et af de nævnte stoffer i et lille reagensglas, og bestemmer tilstedeværelsen af ​​frigivet ilt ved hjælp af en splinttest. Hvis en lige stor mængde dyreblod tilsættes 5 ml af en tre procents hydrogenperoxidopløsning i et bægerglas, vil blandingen skumme kraftigt, skummet hærdes og svulmer op som følge af frigivelsen af ​​iltbobler.

Derefter vil vi teste den katalytiske virkning af en 10% opløsning af kobber (II) sulfat med tilsætning af kaliumhydroxid (kaustisk kalium), en opløsning af jern (II) sulfat, en opløsning af jern (III) chlorid (med og uden tilsætning af jernpulver), natriumcarbonat, chloridnatrium og organisk stof(mælk, sukker, knuste blade af grønne planter osv.). Nu har vi oplevet, at forskellige stoffer katalytisk accelererer nedbrydningen af ​​brintoverilte.

Katalysatorer øger reaktionshastigheden af ​​en kemisk proces uden at blive forbrugt. De reducerer i sidste ende den aktiveringsenergi, der kræves for at starte en reaktion. Men der er også stoffer, der virker på den modsatte måde. De kaldes negative katalysatorer, antikatalysatorer, stabilisatorer eller inhibitorer. For eksempel forhindrer phosphorsyre nedbrydningen af ​​hydrogenperoxid. Derfor stabiliseres kommerciel hydrogenperoxidopløsning sædvanligvis med phosphor- eller urinsyre.

Katalysatorer er nødvendige for mange kemiske teknologiske processer. Men selv i den levende natur deltager såkaldte biokatalysatorer (enzymer, enzymer, hormoner) i mange processer. Da katalysatorer ikke forbruges i reaktioner, kan de virke i små mængder. Et gram osteløbe er nok til at sikre koaguleringen af ​​400-800 kg mælkeprotein.

Af særlig betydning for driften af ​​katalysatorer er størrelsen af ​​deres overflade. For at øge overfladen bruges porøse stoffer, der er fyldt med revner med en udviklet indre overflade, kompakte stoffer eller metaller sprøjtes på de såkaldte bærere. For eksempel indeholder 100 g båret platinkatalysator kun ca. 200 mg platin; 1 g kompakt nikkel har et overfladeareal på 0,8 cm 2, og 1 g nikkelpulver har et overfladeareal på 10 mg. Dette svarer til et forhold på 1:100.000; 1 g aktiv aluminiumoxid har et overfladeareal på 200 til 300 m2; for 1 g aktivt kul er denne værdi endda 1000 m2. I nogle installationer er katalysatoren flere millioner mark værd. En benzinkontaktovn i Belem, 18 m høj, indeholder således 9-10 tons katalysator.

Spørgsmål nr. 2 Hvordan opnås ilt i laboratoriet og i industrien? Skriv ligningerne for de tilsvarende reaktioner. Hvordan adskiller disse metoder sig fra hinanden?

Svar:

I laboratoriet kan ilt opnås på følgende måder:

1) Nedbrydning af hydrogenperoxid i nærværelse af en katalysator (manganoxid

2) Nedbrydning af bertholletsalt (kaliumchlorat):

3) Nedbrydning af kaliumpermanganat:

I industrien fås ilt fra luft, som indeholder omkring 20 volumenprocent. Luften bliver flydende under tryk og ekstrem afkøling. Ilt og nitrogen (luftens anden hovedkomponent) har forskellige kogepunkter. Derfor kan de adskilles ved destillation: nitrogen har et lavere kogepunkt end ilt, så kvælstof fordamper før ilt.

Forskelle mellem industrielle og laboratoriemetoder til fremstilling af ilt:

1) Alle laboratoriemetoder til fremstilling af ilt er kemiske, det vil sige, at nogle stoffer omdannes til andre. Processen med at opnå ilt fra luft er en fysisk proces, da omdannelsen af ​​nogle stoffer til andre ikke forekommer.

2) Ilt kan fås fra luft i meget større mængder.

Fire "chalcogen"-elementer (dvs. "føder kobber") leder hovedundergruppen af ​​gruppe VI (ifølge den nye klassifikation - den 16. gruppe) i det periodiske system. Ud over svovl, tellur og selen omfatter disse også ilt. Lad os se nærmere på egenskaberne af dette element, det mest almindelige på Jorden, samt brugen og produktionen af ​​ilt.

Elementprævalens

I bundet form ilt kommer ind kemisk sammensætning vand - dens procentdel er omkring 89%, såvel som i sammensætningen af ​​cellerne i alle levende væsener - planter og dyr.

I luften er ilt i en fri tilstand i form af O2, der optager en femtedel af dets sammensætning, og i form af ozon - O3.

Fysiske egenskaber

Oxygen O2 er en gas, der er farveløs, smagløs og lugtfri. Lidt opløseligt i vand. Kogepunktet er 183 grader under nul celsius. I flydende form er ilt blå i farven, og i fast form dannes det blå krystaller. Smeltepunktet for oxygenkrystaller er 218,7 grader under nul Celsius.

Kemiske egenskaber

Når det opvarmes, reagerer dette element med mange simple stoffer, både metaller og ikke-metaller, danner såkaldte oxider - forbindelser af grundstoffer med oxygen. hvor grundstoffer kommer ind med ilt, kaldes oxidation.

For eksempel,

4Na + O2= 2Na2O

2. Gennem nedbrydning af brintoverilte, når det opvarmes i nærvær af manganoxid, som fungerer som katalysator.

3. Gennem nedbrydning af kaliumpermanganat.

Ilt fremstilles i industrien på følgende måder:

1. Til tekniske formål opnås ilt fra luft, hvori dets sædvanlige indhold er omkring 20 %, dvs. femte del. For at gøre dette bliver luften først brændt, hvilket producerer en blanding, der indeholder omkring 54% flydende oxygen, 44% flydende nitrogen og 2% flydende argon. Disse gasser adskilles derefter ved hjælp af en destillationsproces, hvor der anvendes det relativt lille interval mellem kogepunkterne for flydende oxygen og flydende nitrogen - henholdsvis minus 183 og minus 198,5 grader. Det viser sig, at nitrogen fordamper tidligere end ilt.

Moderne udstyr sikrer produktion af ilt af enhver renhedsgrad. Nitrogen, som opnås ved at adskille flydende luft, bruges som råmateriale i syntesen af ​​dets derivater.

2. Fremstiller også meget ren ilt. Denne metode er blevet udbredt i lande med rige ressourcer og billig elektricitet.

Anvendelse af ilt

Ilt er det vigtigste element i hele vores planets liv. Denne gas, som er indeholdt i atmosfæren, forbruges i processen af ​​dyr og mennesker.

At opnå ilt er meget vigtigt for sådanne områder af menneskelig aktivitet som medicin, svejsning og skæring af metaller, sprængning, luftfart (til menneskelig vejrtrækning og til motordrift) og metallurgi.

I gang økonomisk aktivitet menneskelig ilt forbruges i store mængder - for eksempel ved afbrænding forskellige typer brændstof: naturgas, metan, kul, træ. I alle disse processer dannes det.Samtidig har naturen sørget for processen med naturlig binding af denne forbindelse ved hjælp af fotosyntese, som foregår i grønne planter under påvirkning sollys. Som et resultat af denne proces dannes der glukose, som planten derefter bruger til at opbygge sit væv.

Opdagelsen af ​​ilt markeret ny periode i udviklingen af ​​kemi. Det har været kendt siden oldtiden, at forbrænding kræver luft. Processen med forbrænding af stoffer i lang tid forblev uklart. I alkymiens æra blev teorien om phlogiston udbredt, ifølge hvilken stoffer brænder på grund af deres interaktion med brændende stof, det vil sige med phlogiston, som er indeholdt i flammen.

Ilt blev opnået af den engelske kemiker Joseph Priestley i 70'erne af det 18. århundrede. En kemiker opvarmede rødt kviksølv(II)oxidpulver, hvilket fik stoffet til at nedbrydes og danne metallisk kviksølv og en farveløs gas:

2HgO t° → 2Hg + O2

Oxider– binære forbindelser, der indeholder ilt

Da en ulmende splint blev ført ind i et kar med gas, blussede den kraftigt op. Videnskabsmanden troede, at den ulmende splint introducerede flogiston i gassen, og den antændte.

D. Priestley Jeg forsøgte at indånde den resulterende gas, og var henrykt over, hvor let og frit det var at trække vejret. Så forestillede videnskabsmanden sig ikke engang, at fornøjelsen ved at indånde denne gas blev givet til alle.

D. Priestley delte resultaterne af sine eksperimenter med den franske kemiker Antoine Laurent Lavoisier. Med et veludstyret laboratorium på det tidspunkt gentog og forbedrede A. Lavoisier D. Priestleys eksperimenter.

A. Lavoisier målte mængden af ​​gas frigivet under nedbrydningen af ​​en vis masse kviksølvoxid. Kemikeren opvarmede derefter metallisk kviksølv i en forseglet beholder, indtil det blev til kviksølv(II)oxid. Han opdagede, at mængden af ​​gas, der blev frigivet i det første eksperiment, var lig med den gas, der blev absorberet i det andet eksperiment. Derfor reagerer kviksølv med et eller andet stof i luften. Og det samme stof frigives under nedbrydningen af ​​oxidet. Lavoisier var den første til at konkludere, at phlogiston absolut intet havde med det at gøre, og afbrændingen af ​​en ulmende splint var forårsaget af en ukendt gas, som senere blev kaldt oxygen. Opdagelsen af ​​ilt markerede sammenbruddet af phlogiston-teorien!

Metoder til fremstilling og opsamling af ilt i laboratoriet

Laboratoriemetoder til fremstilling af ilt er meget forskellige. Der er mange stoffer, hvorfra man kan få ilt. Lad os se på de mest almindelige metoder.

1) Nedbrydning af kviksølv(II)oxid

En af måderne at få ilt på i laboratoriet er at opnå det ved hjælp af oxidnedbrydningsreaktionen beskrevet ovenfor kviksølv(II). På grund af den høje toksicitet af kviksølvforbindelser og selve kviksølvdampen anvendes denne metode yderst sjældent.

2) Nedbrydning af kaliumpermanganat

Kaliumpermanganat(i hverdagen kalder vi det kaliumpermanganat) er et krystallinsk stof med mørk lilla farve. Når kaliumpermanganat opvarmes, frigives ilt.

Hæld noget kaliumpermanganatpulver i reagensglasset og fastgør det vandret i stativbenet. Placer et stykke vat nær hullet i reagensglasset. Vi lukker reagensglasset med en prop, hvori der indsættes et gasudløbsrør, hvis ende sænkes ned i modtagebeholderen. Gasudløbsrøret skal nå bunden af ​​modtagebeholderen.

Et vat placeret nær reagensglassets åbning er nødvendigt for at forhindre partikler af kaliumpermanganat i at trænge ind i modtagebeholderen (under nedbrydning fører den frigivne ilt med partiklerne af permanganat).

Når enheden er samlet, begynder vi at opvarme reagensglasset. Frigivelsen af ​​ilt begynder.

Reaktionsligning for nedbrydning af kaliumpermanganat:

2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2

Hvordan opdager man tilstedeværelsen af ​​ilt? Lad os bruge Priestleys metode. Lad os tænde en træsplinter, lade den brænde lidt, og så slukke den, så den næsten ikke ulmer. Lad os sænke den ulmende splint ned i et kar med ilt. Faklen blinker klart!

Gasudløbsrør blev ikke ved et uheld sænket til bunden af ​​det modtagende fartøj. Ilt er tungere end luft, derfor vil det samle sig i bunden af ​​modtageren og fortrænge luften fra den.

Ilt kan også opsamles ved at fortrænge vand. For at gøre dette skal gasudløbsrøret sænkes ned i et reagensglas fyldt med vand og sænkes ned i en krystallisator med vand med hullet nedad. Når ilt kommer ind, fortrænger gassen vand fra reagensglasset.

Nedbrydning af hydrogenperoxid

Brintoverilte- et stof kendt af alle. Det sælges på apoteker under navnet "brintoverilte". Dette navn er forældet; det er mere korrekt at bruge udtrykket "peroxid". Kemisk formel hydrogenperoxid H2O2

Hydrogenperoxid nedbrydes langsomt til vand og ilt under opbevaring. For at fremskynde nedbrydningsprocessen kan du opvarme eller påføre katalysator.

Katalysator– et stof, der accelererer hastigheden af ​​en kemisk reaktion

Hæld hydrogenperoxid i kolben og tilsæt en katalysator til væsken. Katalysatoren kan være sort pulver - manganoxid MnO2. Umiddelbart begynder blandingen at skumme på grund af frigivelsen af ​​en stor mængde ilt. Lad os bringe en ulmende splint ind i kolben – den blusser klart op. Reaktionsligningen for nedbrydning af hydrogenperoxid er:

2H202 MnO2 → 2H20 + O2

Bemærk venligst: katalysatoren, der accelererer reaktionen, er skrevet over pilen eller tegnet «=», fordi det ikke forbruges under reaktionen, men kun accelererer det.

Nedbrydning af kaliumchlorat

Kaliumklorat– krystallinsk stof hvid. Anvendes til fremstilling af fyrværkeri og andre forskellige pyrotekniske produkter. Der er et trivielt navn for dette stof - "Berthollet salt". Stoffet modtog dette navn til ære for den franske kemiker, der først syntetiserede det, Claude Louis Berthollet. Den kemiske formel for kaliumchlorat er KСlO3.

Når kaliumchlorat opvarmes i nærvær af en katalysator - manganoxid MnO2, Berthollet salt nedbrydes i henhold til følgende skema:

2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2.

Nitratnedbrydning

Nitrater- stoffer indeholdende ioner NO3⎺. Forbindelser af denne klasse bruges som mineralsk gødning, indgår i pyrotekniske produkter. Nitrater– forbindelser er termisk ustabile, og ved opvarmning nedbrydes de med frigivelse af ilt:

Bemærk venligst, at alle de overvejede metoder til fremstilling af ilt er ens. I alle tilfælde frigives ilt ved nedbrydning af mere komplekse stoffer.

Nedbrydningsreaktion

I generel opfattelse Nedbrydningsreaktionen kan beskrives med et bogstavdiagram:

AB → A + B.

Nedbrydningsreaktioner kan forekomme under indflydelse af forskellige faktorer. Dette kan være opvarmning, elektrisk strøm eller brug af en katalysator. Der er reaktioner, hvor stoffer nedbrydes spontant.

Iltproduktion i industrien

I industrien opnås ilt ved at adskille det fra luften. Luft– en blanding af gasser, hvis hovedkomponenter er vist i tabellen.

Essensen af ​​denne metode er dyb afkøling af luft, der gør den til væske, hvilket ved normalt atmosfærisk tryk kan opnås ved en temperatur på ca. -192°С. Adskillelsen af ​​væske i oxygen og nitrogen udføres ved at bruge forskellen i deres kogetemperaturer, nemlig: Tb. O2 = -183°C; Bp.N2 = -196°С(ved normalt atmosfærisk tryk).

Med den gradvise fordampning af en væske vil nitrogen, som har et lavere kogepunkt, først passere over i gasfasen, og efterhånden som det frigives, vil væsken blive beriget med ilt. At gentage denne proces mange gange gør det muligt at opnå oxygen og nitrogen af ​​den nødvendige renhed. Denne metode til at adskille væsker i deres bestanddele kaldes ensretning af flydende luft.

• I laboratoriet produceres ilt ved nedbrydningsreaktioner
• Nedbrydningsreaktion- en reaktion, hvorved komplekse stoffer nedbrydes til simplere
• Ilt kan opsamles ved luftfortrængningsmetode eller vandfortrængningsmetode
• Til at detektere ilt bruges en ulmende splint, den blinker klart i den
• Katalysator- et stof, der fremskynder en kemisk reaktion, men som ikke forbruges i den

I lektion 17" At få ilt"fra kurset" Kemi for dummies» finde ud af, hvordan ilt produceres i laboratoriet; Vi vil lære, hvad en katalysator er, og hvordan planter påvirker produktionen af ​​ilt på vores planet.

Det vigtigste stof i luften for mennesker og andre levende organismer er ilt. Der bruges store mængder ilt i industrien, så det er vigtigt at vide, hvordan du kan få det.

I et kemilaboratorium kan ilt opnås ved at opvarme visse komplekse stoffer, der indeholder iltatomer. Disse stoffer omfatter stoffet KMnO 4, som er tilgængeligt i dit medicinske hjem under navnet "kaliumpermanganat".

Du er bekendt med de enkleste enheder til at producere gasser. Hvis du placerer lidt KMnO 4-pulver i en af ​​disse enheder og opvarmer det, frigives ilt (fig. 76):

Ilt kan også opnås ved at nedbryde hydrogenperoxid H 2 O 2 . For at gøre dette skal du tilføje meget til reagensglasset med H 2 O 2 en lille mængde særligt stof - katalysator- og luk reagensglasset med en prop med et gasudløbsrør (fig. 77).

Til denne reaktion er katalysatoren et stof, hvis formel er MnO 2. I dette tilfælde opstår følgende kemiske reaktion:

Bemærk venligst, at hverken venstre eller rigtige dele Der er ingen katalysatorformelligning. Dens formel er normalt skrevet i reaktionsligningen over lighedstegnet. Hvorfor tilsættes en katalysator? Nedbrydningsprocessen af ​​H 2 O 2 ved stueforhold forløber meget langsomt. Derfor tager det lang tid at opnå mærkbare mængder ilt. Denne reaktion kan imidlertid accelereres dramatisk ved at tilføje en katalysator.

Katalysator er et stof, der fremskynder en kemisk reaktion, men som ikke forbruges i det selv.

Det er netop fordi katalysatoren ikke forbruges i reaktionen, at vi ikke skriver dens formel i nogen del af reaktionsligningen.

En anden måde at opnå ilt på er nedbrydning af vand under påvirkning af elektrisk jævnstrøm. Denne proces kaldes elektrolyse vand. Ilt kan opnås i en enhed, der er skematisk vist i figur 78.

I dette tilfælde opstår følgende kemiske reaktion:

Ilt i naturen

En enorm mængde iltgas er indeholdt i atmosfæren og opløst i vandet i havene og oceanerne. Ilt er nødvendigt for, at alle levende organismer kan trække vejret. Uden ilt ville det være umuligt at få energi ved at forbrænde forskellige typer brændstof. Ca. 2% af atmosfærisk ilt forbruges årligt til disse behov.

Hvor kommer ilt fra på Jorden, og hvorfor forbliver dens mængde nogenlunde konstant på trods af et sådant forbrug? Den eneste kilde til ilt på vores planet er grønne planter, som producerer det under påvirkning af sollys gennem fotosynteseprocessen. Det er meget vanskelig proces, som omfatter mange stadier. Som følge af fotosyntese i planters grønne dele omdannes kuldioxid og vand til glukose C 6 H 12 O 6 og oxygen. Total
Ligningen for reaktioner, der forekommer i processen med fotosyntese, kan repræsenteres som følger:

Det har vist sig, at cirka en tiendedel (11 %) af ilten produceret af grønne planter kommer fra landplanter, og de resterende ni tiendedele (89 %) fra vandplanter.

Opnåelse af ilt og nitrogen fra luft

Enorme reserver af ilt i atmosfæren gør det muligt at opnå og bruge det i forskellige industrier. Under industrielle forhold opnås ilt, nitrogen og nogle andre gasser (argon, neon) fra luften.

For at gøre dette omdannes luft først til væske (fig. 79) ved afkøling til en så lav temperatur, ved hvilken alle dens komponenter omdannes til en flydende aggregeringstilstand.

Derefter opvarmes denne væske langsomt, som et resultat af, at der ved forskellige temperaturer sker en sekventiel bortkogning (dvs. overgang til en gasformig tilstand) af stoffer indeholdt i luften. Ved at opsamle gasser, der koger væk ved forskellige temperaturer, opnås nitrogen, ilt og andre stoffer separat.

Korte konklusioner af lektionen:

1. Under laboratorieforhold opnås ilt ved nedbrydning af visse komplekse stoffer, der indeholder iltatomer.
2. En katalysator er et stof, der fremskynder en kemisk reaktion uden at blive forbrugt.
3. Kilden til ilt på vores planet er grønne planter, hvor fotosynteseprocessen finder sted.
4. I industrien fås ilt fra luft.

Jeg håber, lektion 17" At få ilt"var klar og informativ. Hvis du har spørgsmål, så skriv dem i kommentarerne.