Каким свойством обладает кислород как вещество

«Свободный кислород – самый могущественный деятель из всех известных нам химических тел земной коры».

В.И.Вернадский 

Цели и задачи:

• Знать значение кислорода
• Знать историю открытия кислорода
• Знать свойства кислорода и его применение
• Уметь давать характеристику кислороду как химическому элементу и как простому веществу.
• Уметь составлять уравнения реакций взаимодействия кислорода с металлами и неметаллами.
• Закрепить умения расстановки коэффициентов в уравнениях реакций.

Оборудование и реактивы:

Для опыта «Получение кислорода разложением пероксида водорода в присутствии катализатора»: металлический штатив, перекись водорода (3%-ный раствор), оксид марганца (IV), колба, воронка с краном, газоотводная трубка, химический стаканчик для собирания кислорода методом вытеснения воздуха, лучинка, спички.

Для опыта «Несгораемый платок»: спирт, вода, щипцы, носовой платок, два маленьких кристаллизатора, спички.

Т.С.О. 

• Коллекция «Минералы»
• Справочник по минералогии
• Компьютер, мультимедиа-приставка.
• Презентация урока с использованием материалов «Образовательной коллекции» (Приложение 1)
• Таблица «Кислород в природе»

Ход урока

1) Значение кислорода

(слайды 3-4)

Кислород – это сознание человека. Он особенно необходим мозгу. Клетки мозга разлагаются и умирают без кислорода гораздо быстрее других клеток организма.

62% массы человека – это масса всех атомов кислорода, входящих в состав тела.

Кислород входит в состав органических соединений: белков, жиров, углеводов, витаминов, ферментов, гормонов.

Высокая окислительная способность кислорода лежит в основе горения всех видов топлива.

2) Характеристика кислорода как химического элемента

(слайды 5-8)

• Химический знак – О,
• латинское название – Оxygenium,
• Аr(O) = 16;
• валентность – II,
• степень окисления в соединениях: – 2;
• содержание в земной коре – I место – более 49% ,
• самые распространённые оксиды: оксид водорода (вода) – H2O, оксид кремния – SiO2 , оксид алюминия – Al2O3 .

Демонстрация минералов:

• кварц – SiO2– эту устойчивую при низких температурах модификацию обычно называют просто кварцем; происхождение названия остается неизвестным. Кварц является одним из наиболее распространенных в земной коре.
• аметист –SiO2
• горный хрусталь – SiO2
• агат – SiO2
• рубин – Аl2О3 – одна из разновидностей корунда
• изумруд – Be3Al2[Si6O18] – одна из разновидностей берилла. Химический состав:SiO2 66,9%.Al2O3 19,0 %, BeO 14,1%, в виде примесей содержатся Na2O, K2O, Li2O, иногда Rb2O, Cs2O.
• александрит – BeAl2O4 – разновидность хризоберилла “хризос” по гречески – золото. Химический состав. Al2O380,2 %. BeO 19,8 %, Всегда присутствуют примеси: FeO (3,5-6%), иногда TiO2 (до 3%) и Cr2O3 (до 0,4%), с чем связана окраска александрита. Цветалександрита изумрудно-зеленый, а при электрическом освещении – фиолетово-красный.

3) Характеристика кислорода как простого вещества

(слайд 9)

• Химическая формула – О2 , Mr =32; М = 32 г / моль.
• В составе атмосферы около 21 % кислорода, (1/5 часть).
• Ежегодно в результате фотосинтеза в атмосферу Земли поступает 3000 млрд. тонн кислорода.
• Основные поставщики кислорода – тропические леса и фитопланктон океана.
• Человек в сутки вдыхает примерно 750 литров кислорода.
• Полное прохождение атмосферного кислорода через систему биологического круговорота составляет 2000 лет!

4) Физические свойства кислорода

(слайд 10)

• бесцветный газ, без вкуса, без запаха,
• малорастворим в воде,
• немного тяжелее воздуха, (Мвозд.= 29 г/моль)
• tсжижения = -183°C, голубая жидкость,
• tзамерзания= -218,8°C, синие кристаллы,

5) История открытия кислорода

(слайды 11-14)

• Древние греки: «Воздух – сложное тело».
• VIII век, Китай, Мао Хоа: «Воздух состоит из «полного воздуха» (азота) и «неполного воздуха» (кислорода).
• Карл Шееле, Швеция, опыты с 1768 по 1773: «Исследования воздуха являются в настоящее время важнейшим предметом химии». Получил кислород при нагревании селитры.
  1772 год: «Атмосферный воздух состоит из двух частей: «огненный воздух» – поддерживает дыхание и горение, «испорченный воздух» – не поддерживает горения».
• Джозеф Пристли, Англия, 1774 год: «Но что поразило меня больше всего – это то, что свеча горела в этом воздухе удивительно блестящим пламенем».
  При нагревании оксида ртути Дж.Пристли получил бесцветный газ, который мало растворялся в воде и поддерживал горение свечи.
• Антуан Лоран Лавуазье, Франция, 1777 год
  Подлинная природа этого газа была установлена во Франции: Лавуазье выяснил, что кислород – простое вещество и какую роль он играет в процессах окисления. Название Oxygenium – «рождающий кислоту», предложено Лавуазье.

6) Получение в лаборатории

Демонстрационный опыт (слайд 15): получить кислород способом разложения перманганата калия при нагревании; собрать его методом вытеснения воздуха, подтвердить наличие кислорода тлеющей лучинкой:

2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2+ O2

Демонстрационный опыт: получить кислород способом разложения перекиси водорода в присутствии катализатора оксида марганца (IV); собрать его методом вытеснения воды, подтвердить наличие кислорода тлеющей лучинкой:

2 H2O2 = 2H2O + O2

7) Получение в промышленности

сжижение воздуха.

8) Химические свойства кислорода

( слайд 16)

• облегчает дыхание;
• поддерживает горение;
• повышает температуру пламени;
• ускоряет химические реакции;

Где и как человек использует эти свойства кислорода?

• взаимодействует с металлами (слайды 17-19)

Записать уравнения реакций, расставить коэффициенты, назвать образующиеся вещества. Что такое оксиды?

Оксиды – бинарные соединения металлов и неметаллов с кислородом. На первом месте в формуле оксида пишут химический знак элемента, на втором – химический знак кислорода.

4Fe + 3O2=2Fe2O3

2Fe + O2 =2FeO

3Fe + 2O2 =Fe3O4

2Mg + O2 = 2MgO

Fe2O3 – оксид железа (III), FeO – оксид железа (II), (Fe2O3 и FeO) – Fe3O4 – железная окалина, MgO – оксид магния.

• взаимодействует с неметаллами; (слайды 20-21)

Записать уравнения реакций, расставить коэффициенты, назвать образующиеся вещества

4P + 5O2 = 2 P2O5

2H2 + O2 = 2H2O

• взаимодействует со сложными веществами, (слайд 22) демонстрационный опыт: «несгораемый платок»:

C2H6O + 3O2 = 2CO2 + 3H2O

Реакции взаимодействия простых и сложных веществ с кислородом называются реакциями окисления.

9) Закрепление изученного материала

(слайды 23-25)

(химический тест):

1. Кто назвал кислород «огненным», а азот « испорченным» воздухом?
   А) Лавуазье, В) Пристли, С) Шееле.

2. Какие вещества образует химический элемент кислород?
   А) только простые вещества, В) простые и сложные вещества, С) только сложные вещества.

3. Как называются бинарные соединения, молекулы которых образованы атомами какого-либо химического элемента и кислорода:
   А) сульфиды, В) хлориды, С) оксиды.

4. В 1774 году один учёный после проведённого эксперимента написал: «Но что поразило меня больше всего – это то, что свеча горела в этом воздухе удивительно блестящим пламенем…» Это был:
   А) Лавуазье, В) Пристли, С) Шееле.

5. Название «Оxygenium» предложил:
   А) Лавуазье, В) Пристли, С) Шееле.

6. Кислород в воде:
   А) хорошо растворим, В)малорастворим, С)вообще не растворяется.

7. При вдувании кислорода в пламя температура пламени:
   А) не изменяется, В) понижается, С) повышается.

8. Оксид железа (III) имеет формулу:
   А) Fe2O3, В) FeO, С) FeO2.

9. В каком уравнении коэффициенты расставлены правильно:
   А) 2P + O2 = P2O5; В) 2P + 5O2 = P2O5, С) 4P + 5O2 = 2P2O5

10. В каком ряду все три формулы написаны правильно:
    А) P2O5, Al2O, H2O; В) MgO, Al2O3 , CO2; С) CO2, FeO2, P2O5

Проверка диктанта. (слайд 26-27)

Итого:
Оценка:

Критерии оценки:

• «5» – 10-9 правильных ответов
• «4» – 8-7 правильных ответов
• «3» – 6-5 правильных ответов

Пожалуй, среди всех известных химических элементов, именно кислород занимает ведущее значение, ведь без него попросту было бы невозможным возникновение жизни на нашей планете. Кислород – самый распространенный химический элемент на Земле, на его долю приходится 49% от общей массы земной коры. Также он входит в состав земной атмосферы, состав воды и состав более 1400 различных минералов, таких как базальт, мрамор, силикат, кремнезем и т. д. Примерно 50-80% общей массы тканей, как животных, так и растений состоит из кислорода. И, разумеется, общеизвестна его роль для дыхания всего живого.

История открытия кислорода

Люди далеко не сразу постигли природу кислорода, хотя первые догадки о том, что в основе воздуха лежит некий химический элемент, появились еще в VIII веке. Однако в то далекое время не было ни подходящих технических инструментов для его изучения, ни возможности доказать существования кислорода, как газа, отвечающего в том числе за процессы горения.

Открытие кислорода состоялось лишь спустя тысячелетие, в ХVIII веке, благодаря совместной работе нескольких ученых.

• В 1771 шведский химик Карл Шееле опытным путем исследовал состав воздуха, и определил, что воздух состоит из двух основных газов: одним из этих газов был азот, а вторым, собственно кислород, правда на то время само название «кислород» еще не появилось в науке.
• В 1775 году французский ученый А. Лувазье дал название открытому Шееле газу – кислород, он же оксиген в латыни, само слово «оксиген» означает «рождающий кислоты».
• За год до официальных «именин кислорода», в 1774 году английский химик Пристли путем разложение ртутного оксида впервые получает чистый кислород. Его опыты подкрепляют открытие Шееле. К слову сам Шееле также пытался получить кислород в чистом виде путем нагревания селитры, но у него не получилось.
• Более чем через столетия в 1898 году английский физик Джозеф Томпсон впервые заставил общественность задуматься, о том, что запасы кислорода могут закончиться вследствие интенсивных выбросов углекислого газа в атмосферу.
• В этом же году русский биолог Климент Тимирязев, исследователь фотосинтеза, открывает свойство растений выделять кислород.

Хотя растения и выделяют кислород в атмосферу, но проблема поставленная Томпсоном о возможной нехватки кислорода в будущем, остается актуальной и в наше время, особенно в связи с интенсивной вырубкой лесов (поставщиков кислорода), загрязнением окружающей среды, сжиганием отходов и прочая. Больше об этом мы писали в прошлой статье об экологических проблемах современности.

Значение кислорода в природе

Именно наличие кислорода, в сочетании с водой привело к тому, что на нашей планете стало возможным возникновение жизни. Как мы заметили выше, основными поставщиками этого уникального газа являются различные растения, в том числе наибольшее количество выделяемого кислорода приходится на подводные водоросли. Выделяют кислород и некоторые виды бактерий. Кислород в верхних слоях атмосферы образует озоновый шар, который защищает всех жителей Земли от вредного ультрафиолетового солнечного излучения.

Строение молекулы кислорода

Молекула кислорода состоит из двух атомов, химическая формула имеет вид О2. Как образуется молекула кислорода? Механизм ее образования ковалентный неполярный, другими словами за счет обобществления электроном каждого атома. Связь между молекулами кислорода также ковалентная и неполярная, при этом она двойная, ведь у каждого из атомов кислорода есть по два неспаренных электрона на внешнем уровне.

Так выглядит молекула кислорода, благодаря своим характеристикам она весьма устойчива. Для многих химических реакций с ее участием нужны специальные условия: нагревание, повышенное давление, применение катализаторов.

Физические свойства кислорода

• Прежде всего, кислород является газом, из которого состоит 21% воздуха.
• Кислород не имеет ни цвета, ни вкуса, ни запаха.
• Может растворяться в органических веществах, поглощаться углем и порошками металлов.
• Температура кипения кислорода составляет -183 С.
• Плотность кислорода равна 0,0014 г/см3

Химические свойства кислорода

Главным химическим свойством кислорода является, конечно же, его поддержка горения. То есть в вакууме, где нет кислорода, огонь не возможен. Если же в чистый кислород опустить тлеющую лучину, то она загорится с новой силой. Горение разных веществ это окислительно-восстановительный химический процесс, в котором роль окислителя принадлежит кислороду. Окислители же это вещества, «отбирающие» электроны у веществ восстановителей. Отличные окислительные свойства кислорода обусловлены его внешней электронной оболочкой.

Валентная оболочка у кислорода расположена близко к ядру и как следствие ядро притягивает к себе электроны. Также кислород занимает второе место после фтора по шкале электроотрицательности Полинга, по этой причине вступая в химические реакции со всеми другими элементами (за исключением фтора) кислорода выступает отрицательным окислителем. И лишь вступая в реакции со фтором кислород имеет положительное окислительное воздействие.

А так как кислород второй окислитель по силе среди всех химических элементов таблицы Менделеева, то это определяет и его химические свойства.

Получение кислорода

Для получения кислорода в лабораторных условиях применяют метод термической обработки либо пероксидов либо солей кислосодержащих кислот. Под действием высокой температуры они разлагаются с выделением чистого кислорода. Также кислород можно получить с помощью перекиси водорода, даже 3% раствор перекиси под действие катализатор мгновенно разлагается, выделяя кислород.

2KClO3 = 2KCl + 3O2↑ – вот так выглядит химическая реакция получения кислорода.

Также в промышленности в качестве еще одного способа получения кислорода применяют электролиз воды, во время которого молекулы воды раскладываются, и опять таки выделяется чистый кислород.

Использование кислорода в промышленности

В промышленности кислород активно применяется в таких сферах как:

• Металлургия (при сварке и вырезке металлов).
• Медицина.
• Сельское хозяйство.
• Как ракетное топливо.
• Для очищения и обеззараживания воды.
• Синтеза некоторых химических соединений, включая взрывчатые вещества.

Кислород, видео

И в завершение образовательное видео про кислород.

Эта статья доступна на английском языке – Oxygen.