Химические свойства кислорода егэ

1. Положение кислорода в периодической системе химических элементов
2. Электронное строение кислорода
3. Физические свойства кислорода и нахождение в природе
4. Способы получения кислорода
5. Химические свойства кислорода
5.1. Взаимодействие с простыми веществами
5.1.1. Взаимодействие с галогенами
5.1.2. Взаимодействие с серой и кремнием
5.1.3. Взаимодействие с водородом и фосфором 
5.1.4. Взаимодействие с азотом
5.1.5. Взаимодействие с металлами
5.1.6. Взаимодействие с углеродом
5.2. Взаимодействие со сложными веществами

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 1s²2s²2p⁴     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^оС.

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:

2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂

Разложение бертолетовой соли в присутствии катализатора  MnO₂:

2KClO₃ → 2KCl + 3O₂

Разложение пероксида водорода в присутствии оксида марганца (IV):

2H₂O₂ →  2H₂O + O₂

2HgO → 2Hg + O₂

2KNO₃ → 2KNO₂ + O₂

Соединения кислорода

Основные степени окисления кислород +2, +1, 0, -1 и -2.

Соединения кислорода:

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. Кислородсодержащие кислоты 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:

O₂  +  2F₂  →  2OF₂

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:

S + O₂ → SO₂

  Si + O₂ → SiO₂

1.3. Фосфор горит в кислороде с образованием оксидов:

При недостатке кислорода возможно образование оксида фосфора (III):

4P   +   3O₂  →   2P₂O₃

Но чаще фосфор сгорает до оксида фосфора (V):

4P   +   5O₂  →   2P₂O₅

1.4. С азотом кислород реагирует при действии электрического разряда, либо при очень высокой температуре (2000^оС), 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):

C  +   O₂  →  CO₂

 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

Al₄C₃ + 6O₂→  2Al₂O₃ + 3CO₂

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):

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O → 4Fe(OH)₃

Кислород окисляет азотистую кислоту:

2HNO₂ + O₂ → 2HNO₃

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.)

2CH₂=CH₂ + O₂ → 2CH₃-CH=O

Кислород (лат. Oxygenium) — элемент VIa группы 2 периода периодической таблицы Д.И. Менделеева. Первым открывает
группу халькогенов — элементов VIa группы.

Газ без цвета, без запаха, составляет 21% воздуха.

Общая характеристика элементов VIa группы

Общее название элементов VIa группы O, S, Se, Te, Po — халькогены. Халькогены (греч. χαλκος — руда + γενος —
рождающий) — входят в состав многих минералов. Например, кислород составляет 50% массы земной коры.

От O к Po (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств.
Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизации, сродство к электрону.

Среди элементов VIa группы O, S, Se — неметаллы. Te, Po — металлы.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns²np⁴:

• O — 2s²2p⁴
• S — 3s²3p⁴
• Se — 4s²4p⁴
• Te — 5s²5p⁴
• Po — 6s²6p⁴

Основное состояние атома кислорода

У атома кислорода (как и атомы азота, фтора, неона) нет возбужденного состояния, так как отсутствует свободная орбиталь с более
высоким энергетическим уровнем, куда могли бы перемещаться валентные электроны.

Атом кислорода имеется два неспаренных электрона, максимальная валентность II.

Природные соединения

• Воздух — в составе воздуха кислород занимает 21% (это число пригодится в задачах!)
• В форме различных минералов в земной коре кислорода содержится около 50%
• В живых организмов кислород входит в состав органических веществ: белков, жиров, углеводов и нуклеиновых кислот

Получение

В промышленности кислород получают из сжиженного воздуха. Также активно применяются кислородные установки, мембрана которых
устроена как фильтр, отсеивающие кислород (мембранная технология).

В лаборатории кислород получают разложением перманганата калия (марганцовки) или бертолетовой соли при нагревании. Применяется реакция
каталитического разложения пероксида водорода.

KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

KClO₃ → KCl + O₂↑

H₂O₂ → (кат. — MnO₂) H₂O + O₂

На подводных лодках для получения кислорода применяют следующую реакцию:

Na₂O₂ + CO₂ → Na₂CO₃ + O₂↑

Химические свойства

Является самым активным неметаллом после фтора, образует бинарные соединения со всеми элементами кроме гелия, неона, аргона. Чаще всего реакции
с кислородом экзотермичны (горение), ускоряются при повышении температуры.

• Реакции с неметаллами

Во всех реакциях, кроме взаимодействия со фтором, кислород проявляет себя в качестве окислителя.

NO + O₂ → (t) NO₂

S + O₂ → (t) SO₂

2C + O₂ = (t) 2CO (неполное окисление — угарный газ, соотношение 2:1)

C + O₂ = (t) CO₂ (полное окисление — углекислый газ, соотношение 1:1)

F + O₂ → OF₂ (фторид кислорода, O⁺²)



• Реакции с металлами

В реакциях кислорода с металлами образуются оксиды, пероксиды и супероксиды. Реакции с активными металлами идут без нагревания.

Li + O₂ → Li₂O (оксид)

Na + O₂ → Na₂O₂ (пероксид)

K + O₂ → KO₂ (супероксид)

• Горение воды

Известна реакция горения воды во фторе.

F₂ + H₂O → HF + O₂



• Окисление органических веществ

Все органические вещества сгорают с образованием углекислого газа и воды.

C₃H₇ + O₂ = CO₂ + H₂O



• Контролируемое окисление

При применении катализаторов и особых реагентов в органической химии достигают контролируемого окисления: алканы окисляются
до спиртов, спирты — до альдегидов, альдегиды — до кислот.

Процесс можно остановить на любой стадии в зависимости от желаемого результата.

Химические свойства кислорода.

Кислород ($O$) — самый распространенный элемент на Земле. Он находится в атмосфере ($21%$ по объему), в земной коре ($92%$), в гидросфере ($89%$).

Кислород находится в VI группе Периодической системы, в главной подгруппе. Кислород проявляет во всех соединениях валентность II. Это низшая валентность из шести возможных в этой группе.

Кислород образует молекулы O2. Это газ без запаха, цвета и вкуса. Плотность кислорода при $0°С$ и давлении $1$ атм. $1,43$ г/л, что в $1,11$ раза больше плотности воздуха. Кислород малорастворим в воде. При $20°С$ и атмосферном давлении в $100$ объемах воды растворяется $3$ объема $O_2$. Температура кипения кислорода равна $–183°С$; при этой температуре и давлении $1$ атм. кислород превращается в жидкость голубого цвета.

Кислород является одним из самых активных веществ, легко вступающих в химические реакции.

Взаимодействие веществ с кислородом называется реакцией окисления этих веществ. Кислород принимает участие в таких окислительных процессах: горение, дыхание, ржавление металлов, гниение растительных и животных останков.

Реакции окисления, сопровождающиеся выделением теплоты и света, называются реакциями горения:

а) горение простых веществ:

— неметаллов:

$C+O_2=CO_2; S+O_2=SO_2; 4P+5O_2=2P_2O_5;$

— металлов:

$3Fe+2O_2=Fe_3O_4$, или $FeO·Fe_2O_3$.

Эти процессы горения происходят быстро. Возможно и медленное горение — окисление:

$2Cu+O_2=2CuO$;

б) горение сложных веществ:

$2{C_2H_2}↙{ацетилен}+5O_2→4CO_2+2H_2O$

У кислорода есть аллотропная модификация — озон $O_3$. Он образуется под воздействием солнечного излучения или электрического разряда:

Озон обладает запахом свежести. Разный состав молекул кислорода и озона определяет их разные свойства. Молекула озона очень непрочная, легко вступает в химические реакции. Озон проявляет сильные окислительные свойства, разрушает органические вещества (резину), окисляет металлы ($Au, Pt, Ag$):

${Ag+O_3=AgO+O_2↑}↙{text «(с кислородом серебро не реагирует)» }$

Химические свойства серы.

Атомы серы, как и атомы кислорода, имеют на внешнем энергетическом уровне $6{e}↖{-}$, два из них — неспаренные. Однако по сравнению с атомами кислорода атомы серы имеют больший радиус, меньшее значение электроотрицательности, поэтому проявляют восстановительные свойства, образуя соединения со степенями окисления $+2,+4,+6$. По отношению к водороду и металлам сера проявляет окислительные свойства со степенью окисления $–2$.

Сера ($S$) — твердое кристаллическое вещество желтого цвета, имеет молекулярную кристаллическую решетку, легко плавится, в воде нерастворима. Для серы характерна аллотропия. Ромбическая сера $S_8$ — стабильная модификация. Образует кристаллы октаэдрической формы лимонно-желтого цвета с $t°{пл}=112,8°С$. Моноклинная сера имеет игольчатые кристаллы с $t°{пл}=119,3°С$, легко переходит в ромбическую. Пластическая сера имеет линейное строение молекул, темно-коричневый цвет. Ее получают при выливании расплавленной при $160°С$ серы в холодную воду — образуется резиноподобная темно-коричневая масса.

В таблице обобщены химические свойства серы и ее соединений.

Сера и ее соединения.

Сера	Соединения серы
Оксиды серы	Серная кислота
1. При обычных условиях — твердое желтое кристаллическое вещество. 2. Горит в кислороде: $S+O_2=SO_2$ (проявляет восстановительные свойства). 3. Взаимодействует с металлами и водородом: $Fe+S=FeS$ $H_2+S=H_2S$ (проявляет окислительные свойства) В природе самородная сера $S$, сульфиды: $FeS_2$ (пирит), $CuS$; сульфаты: $CaSO_4·2H_2O$ (гипс), $Na_2SO_4$	1. При обычных условиях $SO_2$ — газ, $SO_3$ — жидкое вещество ($t°{пл}=16,8°С$). 2. Проявляют свойства кислотных оксидов, взаимодействуя: — с водой: $SO_2+H_2O⇄H_2SO_3$ $SO_3+H_2O=H_2SO_4$ — со щелочами: $SO_2+2NaOH=Na_2SO_3+H_2O$ $SO_3+2NaOH=Na_2SO_4+H_2O$ — с основными оксидами: $SO_3+CaO=CaSO_4$ Получение: 1) оксида серы (IV) а) в промышленности: — горение серы $S+O_2=SO_2$ — обжиг пирита $4FeS_2+11O_2=2Fe_2O_3+8SO_2$ б) в лаборатории: $Na_2SO_3+H_2SO_4=Na_2SO_4+SO_2↑+H_2O$; 2) оксида серы (VI) в промышленности — каталитическое окисление оксида серы (IV): $2SO_2+O_2=2SO_3$	1. При обычных условиях — бесцветная тяжелая жидкость ($ρ≈2 г/см^3$), неограниченно растворимая в воде. 2. Сильная двухосновная кислота: $H_2SO_4=H^{+}+HSO_4^{-}⇄2H^{+}+SO_4^{2-}$ 3. Взаимодействует с металлами: $Zn+H_2SO_4=ZnSO_4+H_2↑$ В концентрированной кислоте пассивируются $Al$ и $Fe$. 4. Взаимодействует со щелочами, основаниями и амфотерными гидроксидами: $H_2SO_4+2NaOH=Na_2SO_4+2H_2O$ $H_2SO_4+Cа(OH)_2=CаSO_4+2H_2O$ $3H_2SO_4+2Al(OH)_3=Al_2(SO_4)_3+6H_2O$ 5. Взаимодействует с основными и амфотерными оксидами: $H_2SO_4+CuO=CuSO_4+H_2O$ $H_2SO_4+ZnO=ZnSO_4+H_2O$ 6. Концентрированная кислота гигроскопична: Получение в промышленности в соответствии со схемой: $FeS_2(или S){→}↖{O_2}SO_2{→}↖{O_2}SO_3{→}↖{H_2O}H_2SO_4$

К элементам главной подгруппы VI группы периодической таблицы Менделеева относятся:

• Кислород O
• Сера S
• Селен  Se
• Теллур  Te
• Полоний Po

Общая характеристика элементов 6 группы главной подгруппы

От O к Po (сверху вниз в
периодической таблице)

Увеличивается

• атомного радиуса,
• металлических, основных,
  восстановительных свойств,

Уменьшается

• электроотрицательность,
• энергия ионизация,
• сродство к электрону.

Электронные конфигурации
у данных элементов схожи, все они содержат 6 электронов на внешнем слое ns²np⁴:

O – 2s² 2p⁴;

S – 3s²3p⁴;

Se – 4s² 4p⁴;

Te – 5s² 5p⁴;

Po – 6s² 6p⁴

Электронное строение кислорода и серы

Нахождение в природе кислорода и серы

Кислород занимает первое место среди элементов по
распространенности в земной коре. Содержится
он главным образом в силикатах и составляет около 47 % массы твёрдой земной
коры. В больших количествах связанного кислорода содержится в воде — 85,82 % по
массе. Также кислород содержится более, чем в 1500 соединений земной коры. В атмосфере доля свободного кислорода
составляет 20,95 % по объёму и 23,10 % по массе.

Сера встречается в виде самородной серы, сульфатов (CaSO₄∙2H₂O, CaSO₄∙H₂O, Na₂SO₄∙10H₂O, MgSO₄∙7H₂O), сульфидов (FeS₂, CuS, CuFeS₂, PbS, ZnS, HgS) и в промышленных газах.

Самородная сера встречается в местах
вулканической активности совместно с сернистыми фумаролами и сернистыми водами
(с содержанием > 25 %).

Аллотропные модификации серы

Кислород

Способы получения кислорода

В
природе

Кислород образуется в процессе фотосинтеза:

mCО₂ + nH₂O → mO₂ + Сm(H₂O)n

Промышленный способ

• Разделение жидкого воздуха на О₂ и N₂ (ректификация);

• электролиз воды:

2H₂O → 2Н₂↑ + О₂↑

Лабораторный
способ

• термическое окислительно-восстановительное разложение солей:

2КСlO₃ = 3О₂↑ + 2KCI

2КМпO₄ = О₂↑ + МпО₂ + К₂МпО₄↑

2KNO₃ = О₂↑ + 2KNО₂

2Cu(NO₃)O₂ = О₂↑ + 4NО₂↑ + 2CuO

2AgNO₃ = О₂↑ + 2NО₂↑ +2Ag

2H₂O₂ = 2H₂O + O₂ (kt — MnO₂)

2HgO = 2Hg + O₂

• Для автономного дыхания кислород получают в герметически замкнутых помещениях и в аппаратах при помощи реакции:

2Na₂O₂ + 2СO₂ = О₂↑ + 2Na₂CO₃

Физические свойства кислорода

При обычных условиях молекулярный кислород O₂ – это малорастворимый в воде газ без цвета, запаха
и вкуса.

При сильном охлаждении под давлением переходит в бледно — голубую жидкость с Т_кип = — 183°С. При Т = -219°С образует сине — голубые кристаллы.

Химические свойства кислорода

Кислород — сильный окислитель, уступающий по химической активности только фтору.

Вступает во
взаимодействия со всеми элементами, кроме инертных газов (Не, Ne и Аг). Со
многими простыми веществами реагирует непосредственно при обычных условиях или
при нагревании или в присутствии катализаторов (кроме Au, Pt, Hal₂, благородные газы).

Большинство реакций с участием О₂ экзотермичны, часто часто сопровождаются горением, иногда — взрывом.

Взаимодействие с простыми веществами

С металлами

• Кислород взаимодействует с металлами, с образованием оксидов металлов:

Me + О₂ = Ме_xO_y оксиды

• С щелочными металлами в результате реакций образуются различные кислородсодержащие продукты:

4Li + О₂ = 2Li₂O оксид лития

2Na + О₂ = Na₂О₂ пероксид натрия

К + О₂ = КО₂ супероксид калия

• С железом образуется смесь оксидов:

3Fe + 2O₂ =
Fe₃O₄ (Fe₂O₃*FeO)

• С марганцем образуется диоксид марганца:

Mn + O₂ = MnO₂

С неметаллами

При
взаимодействии с неметаллами (кроме фтора и инертных газов) образуются оксиды,
со степенью окисления кислорода – 2:

Si + O₂ = SiO₂ (t=400-500⁰С)

С + О_2(изб) = СО₂; С + О_2(нед) =
СО

N₂ +О₂ = 2NO — Q

S + О₂ = SО₂;

4Р + 5О₂ = 2Р₂О₅

Окисление сложных веществ

Горение сульфидов

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8SO₂

Горение водородных соединений

4HI + О₂ = 2I₂ + 2Н₂O

2H₂S + 3O₂ = 2SO₂ +
2H₂O

CH₄ +
2O₂ = CO₂ + 2H₂O

Окисление
оксидов

Кислород окисляет
входящие в оксид элементы до более высокой степени окисления:

4FeO + О₂ = 2Fe₂О₃

2SО₂ + О₂ = 2SО₃

4NО₂ + О₂ + 2H₂O = 4HNО₃

Окисление гидроксидов и солей

Окисление гидроксидов и солей в водных растворах происходит, если исходное вещество неустойчиво на воздухе:

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃

4Fe(OH)₂ + O₂ + 2H₂O
= 4Fe(OH)₃

Окисление аммиака

В отсутствие катализатора при окислении аммиака кислородом образуется азот, а в присутствии катализатора — оксида азота(II):

4NH₃ + 3О₂ =2N₂ + 6Н₂O

4NH₃ + 5О₂ = 4NO + 6Н₂O

Окисление
фосфина

На
воздухе самопроизвольно воспламеняется:

2PH₃ + 4О₂ = P₂О₅ + 3Н₂O

Окисление
силана

На воздухе он самовоспламеняется (часто
со взрывом) с образованием SiO₂ и H₂O:

SiH₄ + 2О₂ = SiО₂ + 2Н₂O

Окисление органических веществ

• Все органические соединения горят, окисляясь кислородом воздуха полностью:

C_xH_y + О₂ = CО₂ + Н₂O

Продукты
окисления различных элементов, входящих в молекулы органических соединений:

С → CO₂

Н → Н₂O

Hal → Hal₂

N → N₂

P → P₂O₅

S → SO₂

Например:

2C₂H₅ + 4О₂ = 4CО₂ + 5Н₂O

C₂H₅Сl + 3О₂ = 2CО₂ + 2Н₂O + HCl

2C₂H₅NH₂ + 8,5О₂ = 4CО₂ + 7Н₂O + N₂

Кроме горения возможны также реакции неполного окисления:

• каталитическое окисление алканов, с образованием спиртов или кислот:

СН₃-СН₂-СН₂-СН₃ + 3O₂ → 2СН₃-СOOH + 2H₂O

• каталитическое окисление алкенов, с образованием окиси этилена:

• окисление первичных спиртов до альдегидов, вторичных – до кетонов:

• окисление альдегидов до кислот:

Сера

Способы получения серы

Промышленный способ

• Извлечение самородной серы из ее месторождений или
  вулканов
• Получение серы из серной руды с помощью пароводяного,
  фильтрационного, термического, центрифугального и экстракционного методов.
• Переработка природных газов, содержащих H₂S и их окисление при недостатке О₂.

Лабораторный
способ

• Взаимодействие SО₂ и H₂S в водном растворе:

SО₂ + 2H₂S = 3S↓ + 2H₂О

• Неполное окисление сероводорода:

2H₂S + SO₂ → 3S + 2H₂O

Физические свойства серы

Сера — твердое хрупкое
вещество желтого цвета. Не смачивается водой и практически нерастворимо в ней.
Имеет несколько аллотропных модификаций. См. аллотропные модификации серы.

Химические свойства серы

При
обычных температуре и давлении химическая активность серы небольшая. При
нагревании сера довольно активна, и проявляет свойства как окислителя, так и восстановителя.

Свойства окислителя сера проявляет при взаимодействии с элементами, расположенными ниже и левее в Периодической системе, а свойства восстановителя — с элементами, расположенными выше и правее в Периодической системе.

Непосредственно сера не взаимодействует с азотом и йодом.

Взаимодействие с простыми веществами

С
кислородом

Горение серы на воздухе с образованием оксида серы (IV):

S + O₂ → SO₂

В присутствии
катализаторов:

2S + 3O₂ = 2SO₃

С водородом

С водородом сера вступает
в реакцию при нагревании, образуя сероводород:

S + H₂ → H₂S

С
галогенами

При
взаимодействии со всеми галогенами, кроме йода образуются галогениды:

S + Cl₂ → SCl₂ (S₂Cl₂)

S + 3F₂ → SF₆

С
фосфором

Взаимодействие серы с фосфором приводит к образованию сульфидов фосфора

2P + 3S → P₂S₃

2P + 5S → P₂S₅

С углеродом

В реакции серы с углеродом образуется сероуглерод:

2S + C → CS₂

С металлами

При
взаимодействии с металлами сера выступает
в качестве окислителя, образуя сульфиды.

Щелочные металлы реагируют с серой без нагревания, остальные металлы (кроме золота Au и платины Pt) –при нагревании:

S + Fe → FeS

S + Hg → HgS

3S + 2Al → Al₂S₃

S + Сu = CuS

S + 2Ag = Ag₂S

Взаимодействие со сложными веществами

С водой

Сера вступает в реакцию диспропорционирования
с перегретым паром:

S + H₂O _(пар) → 2H₂S + SO₂

С окислителями

В реакциях с окислителями сера окисляется до оксида серы (IV) SO₂ или до серной кислоты H₂SO₄ при протекании реакции в растворе:

S + 2HNO₃(_разб.) = H₂SO₄ + 2NO↑

S + 6HNO₃(_конц.)  → H₂SO₄ + 6NO₂↑ + 2H₂O

S + 2H₂SO₄(_конц.)→ 3SO₂↑ + 2H₂O

S + 2KClO₃ → 3SO₂↑ + 2KCl

S + К₂Сr₂O₇ = Сr₂O₃ + K₂SO₄

S + Na₂SO₃ → Na₂S₂O₃

С щелочами

При взаимодействии с щелочами сера диспропорционирует до сульфита и сульфида:

S + NaOH → Na₂SO₃ + Na₂S + H₂O

Кислород: химические свойства

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 1s²2s²2p⁴.

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:

O₂ + C = CO₂
O₂ + S = SO₂
5O₂ + 4Р = 2Р₂O₅
O₂ + 2Н₂ = 2Н₂O

Кислoрод реагирует с азотом в электрической дуге (реакция обратима, идёт с небольшим выходом NO):

В кислороде сгорают многие горючие вещества, практически все органические вещества:

2O₂ + СН₄ = СO₂ + 2Н₂0
2Н₂S + 3O₂ = 2SO₂ + 2Н₂0

Кислoрoд окисляет многие сложные вещества – как неорганические, так и органические:

O₂ + 4Fe(OH)₂ + 2Н₂0 = 4Fe(OH)₃
O₂ + 2СН₃СНО = СН₃СООН.

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».

Следующая тема: «».

В уроке 18 «Физические и химические свойства кислорода» из курса «Химия для чайников» выясним, какие физические и химические свойства имеет кислород и узнаем о реакциях горения.

Как у любого химического вещества, у кислорода есть свой набор физических и химических свойств, по которым его можно отличить от других веществ.

Физические свойства

По своим физическим свойствам простое вещество кислород относится к неметаллам. При нормальных условиях он находится в газообразном агрегатном состоянии. Кислород не имеет цвета, запаха и вкуса. Масса кислорода объемом 1 дм³ при н. у. равна примерно 1,43 г.

При температуре ниже −183 °С кислород превращается в голубую жидкость, а при −219 °С эта жидкость переходит в твердое вещество. Это означает, что температура кипения кислорода равна: t _кип.= −183 °С, а температура плавления составляет: t _пл.= −219 °С. Кислород плохо растворяется в воде.

Химические свойства

Кислород является химически активным веществом. Он способен вступать в реакции с множеством других веществ, однако для протекания большинства этих реакций необходима более высокая, чем комнатная, температура. При нагревании кислород реагирует с неметаллами и металлами.

Если стеклянную колбу наполнить кислородом и внести в нее ложечку с горящей серой, то сера вспыхивает с образованием яркого пламени и быстро сгорает (рис. 80).

Химическую реакцию, протекающую в этом случае, можно описать следующим уравнением:

В результате реакции образуется вещество SO₂, которое называется сернистым газом. Сернистый газ имеет резкий запах, который вы ощущаете при зажигании обычной спички. Это говорит о том, что в состав головки спички входит сера, при горении которой и образуется сернистый газ.

Подожженный красный фосфор в колбе с кислородом вспыхивает еще ярче и быстро сгорает, образуя густой белый дым (рис. 81).

При этом протекает химическая реакция:

Белый дым состоит из маленьких твердых частиц продукта реакции — P₂O₅.

Если в колбу с кислородом внести тлеющий уголек, состоящий в основном из углерода, то он также вспыхивает и сгорает ярким пламенем (рис. 82).

Протекающую химическую реакцию можно представить следующим уравнением:

Продуктом реакции является CO₂, или углекислый газ, с которым вы уже знакомы. Доказать образование углекислого газа можно, добавив в колбу немного известковой воды. Помутнение свидетельствует о присутствии CO₂ в колбе.

Возгорание уголька можно использовать для отличия кислорода от других газов. Если в сосуд (колбу, пробирку) с газом внести тлеющий уголек и он вспыхнет, то это указывает на наличие в сосуде кислорода.

Кроме неметаллов, с кислородом реагируют и многие металлы. Внесем в колбу с кислородом раскаленную стальную проволоку, состоящую в основном из железа. Проволока начинает ярко светиться и разбрасывать в разные стороны раскаленные искры, как при горении бенгальского огня (рис. 83).

При этом протекает следующая химическая реакция:

В результате реакции образуется вещество Fe₃O₄ (железная окалина). В состав формульной единицы этого вещества входят три атома железа, причем один из них имеет валентность II, а два других атома имеют валентность III. Поэтому формулу этого вещества можно представить в виде FeO * Fe₂O₃.

На заметку: Реакцию железа с кислородом используют для резки стальных изделий. Для этого определенный участок детали сначала нагревают с помощью кислородногазовой горелки. Затем направляют на нагретое место струю чистого кислорода, для чего перекрывают кран поступления горючего газа в горелку. Нагретое до высокой температуры железо вступает в химическую реакцию с кислородом и превращается в окалину. Так можно разрезать очень толстые железные детали.

Реакции горения

Общим для рассмотренных нами реакций является то, что при их протекании выделяется много света и теплоты. Очень многие вещества именно так взаимодействуют между собой.

Рассмотренные выше реакции простых веществ серы, фосфора, углерода и железа с кислородом являются реакциями горения.

Реакциями горения называются химические реакции, протекающие с выделением большого количества теплоты и света.

Кроме простых веществ, в кислороде горят и многие сложные вещества, например метан CH₄. При горении метана образуются углекислый газ и вода:

В результате этой реакции выделяется очень много теплоты. Вот почему ко многим домам подведен природный газ, основным компонентом которого является метан. Теплота, выделяющаяся при горении метана, используется для приготовления пищи и других целей.

На заметку: Некоторые химические реакции протекают очень быстро. Такие реакции называют взрывными или просто взрывами. Например, взаимодействие кислорода с водородом может протекать в форме взрыва.

Горение может протекать не только в кислороде, но и в других газах. Об этих процессах вы узнаете при дальнейшем изучении химии.

Горение веществ на воздухе и в кислороде

Вы уже знаете, что в состав окружающего нас воздуха входит кислород. Поэтому многие вещества горят не только в чистом кислороде, но и на воздухе.

Горение на воздухе протекает чаще всего гораздо медленнее, чем в чистом кислороде. Происходит это потому, что в воздухе лишь одна пятая часть по объему приходится на кислород. Если уменьшить доступ воздуха к горящему предмету (а следовательно, уменьшить доступ кислорода), горение замедляется или прекращается. Отсюда понятно, почему для тушения загоревшегося предмета на него следует набросить, например, одеяло или плотную тряпку.

На заметку: При пожарах для тушения горящих предметов часто используют пену (рис. 84). Она обволакивает горящий предмет и прекращает доступ к нему кислорода. Горение сначала замедляется, а затем прекращается совсем.

Некоторые вещества, быстро сгорающие в кислороде, на воздухе не горят вообще. Так, если нагреть железную проволоку на воздухе даже до белого каления, она все равно не станет гореть, тогда как в чистом кислороде быстро сгорает с образованием раскаленных искр.

Краткие выводы урока:

1. При обычных условиях кислород — газ, не имеющий цвета, запаха и вкуса, плохо растворимый в воде.
2. Кислород обладает высокой химической активностью. Он вступает в химические реакции со многими простыми и сложными веществами.
3. Химические реакции, протекающие с выделением большого количества теплоты и света, называют реакциями горения.
4. В чистом кислороде вещества горят намного быстрее, чем на воздухе.

Надеюсь урок 18 «Физические и химические свойства кислорода» был понятным и познавательным. Если у вас возникли вопросы, пишите их в комментарии.