Химия. Полный справочник для подготовки к ЕГЭ

Составная часть воздуха: 20,94 % по объему, 23,13 % по массе. Из жидкого воздуха кислород выкипает послеазота N ₂. Малорастворим в воде (31 мл/1 л Н ₂O при 20 °C), но несколько лучше, чем N ₂. При комнатной температуре обладает малой химической активностью из-за прочности двойной связи в молекулах.

Кислород поддерживает горение многих веществ. Сильный окислитель при высоких температурах, реагирует с большинством металлов и неметаллов:

Кислород вызывает ржавление (медленное окисление) железа, уравнения реакций см. в 11.3. Особенно активен атомарный кислородО ⁰(активность выше, чем у озона O ₃), обычно получаемый непосредственно в зоне реакции при термическом разложении многих веществ.

Простейшая качественная реакция– яркое загорание тлеющей древесной лучинки в атмосфере кислорода.

Получениекислорода:

а) в промышленности– фракционная дистилляция жидкого воздуха, электролиз воды (уравнения реакций см. в разд. 12);

б) в лаборатории– нагревание легко разлагающихся кислородсодержащих веществ:

2HgO = 2Hg + O ₂ (450–500 °C)

2КMnO ₄= К ₂MnO ₄+ MnO ₂+ O ₂ (200–240 °C)

2Na ₂O ₂= 2Na ₂O + O ₂ (400–675 °C, вакуум)

2КClO ₃= 2КCl + 3O ₂ (150–300 °C, кат. MnO ₂)

2KNO ₃= 2KNO ₂+ O ₂ (400–520 °C)

Кислород является важнейшим продуктом основного химического производства. Применяется как реагент в химической технологии (обжиг сульфидных руд, синтез оксидов), металлургии (производство чугуна и стали) и газификации природного угля, при сварке и резке металлов; жидкий кислород – окислитель топлива в ракетной технике.

Убыль кислорода в атмосфере в результате процессов горения, гниения и дыхания возмещается растениями при фотосинтезе. При вдыхании человеком и животными воздуха в легкие кислород связывается с гемоглобином крови и переносится в клетки, где органические вещества (в первую очередь глюкоза) с его помощью окисляются и обеспечивают жизненную энергию организмов.

ОзонO ₃.Простое вещество (трикислород),неустойчивая аллотропная форма существования элемента. Светло-синий газ с характерным («озоновым») запахом, тяжелее воздуха. Молекула имеет строение незавершенного треугольника [: O(O) ₂] (sр ²-гибридизация, валентный угол 117°), содержит ковалентные -связи O=O. Разлагается под действием ультрафиолетового излучения, катализаторов и оксидов азота (разрушение озонового слоя атмосферы Земли). Устойчив в смеси с O ₂ (озонированный кислород).Малорастворим в воде (285 мл/1 л Н ₂O), но значительно лучше, чем O ₂. Сильный окислитель (более сильный, чем O ₂, но более слабый, чем атомарный кислород O ⁰). Окисляет при комнатной температуре многие металлы и неметаллы до высоких степеней окисления. С надпероксидами щелочных металлов (К, Rb, Cs) образует оранжево-красные озониды.Не реагирует с Au, Cu, Ni, Pt, Sn. Генерируется из кислорода O ₂в специальном приборе — озонаторе.

Качественная реакция– выделение иода из раствора KI при комнатной температуре (O ₂в реакцию не вступает). Уравнения важнейших реакций:

Получение: под действием электрического разряда в озонаторе:

Применяется для дезинфекции питьевой воды, при отбеливании тканей и минеральных масел, как реагент в

неорганическом и органическом синтезе. В атмосфере Земли озоновый слой (на высоте =25 км) защищает живой мир от воздействия космического ультрафиолетового излучения.

Атомарный кислородО ⁰.Третья аллотропная форма кислорода. Более сильный окислитель по сравнению с O ₂и O ₃. Образуется при распаде молекул O ₂и O ₃под действием ультрафиолетового излучения. Возникает при термическом разложении кислородсодержащих веществ (см. выше, получение O ₂); при отсутствии восстановителей тут же переходит снова в O ₂и O ₃, в присутствии восстановителей окисляет их:

KNO ₃= KNO ₂+ O ⁰

О ⁰+ С (графит) = СO ₂

Поэтому вещества, легко отщепляющие кислород при нагревании, проявляют сильные окислительные свойства.

Пероксид водородаН ₂O ₂.Бинарное соединение. Молекула Н ₂O ₂неплоская, имеет строение с -связью О – О на ребре и связями Н – О на плоскостях двугранного угла. Степень окисления кислорода равна – I. Группа – О – О– называется пероксогруппой.

Бесцветная жидкость, вязкая, тяжелее воды, чувствительна к свету и примесям (стабилизатор Н ₃РO ₄). Разлагается со взрывом при слабом нагревании, на катализаторе – при комнатной температуре. Неограниченно смешивается с водой. Разбавленными щелочами нейтрализуется не полностью. Сильный окислитель, слабый восстановитель.

Пероксид водорода применяется как отбеливатель текстиля, бумаги, кож, жиров и минеральных масел, окислитель ракетного топлива, реагент в органическом синтезе, при осветлении картин старых мастеров (потемневший красочный слой из-за перехода белил – гидроксокарбонатов свинца – в черный PbS осветляют переводом в белый PbSO ₄). В промышленности обычно используют взрывобезопасный 30 %-ный раствор Н ₂O ₂ (пергидроль),в медицине – 3 %-ный раствор.