Почему кислород можно собрать вытеснением воздуха
Из курса химии вам известно, что при получении газообразных веществ в лаборатории собирать получаемый газ можно двумя способами: вытеснением воды и вытеснением воздуха.
На рисунках 1–3 изображены приборы для получения и собирания различных газов.
Известно, что кислород — газ тяжелее воздуха и плохо растворим в воде. Какие из приведённых на рисунках методов можно использовать для собирания кислорода? Укажите, какое свойство кислорода учитывается при использовании каждого способа.
Ответ запишите в таблицу.
| Метод собирания кислорода | Номер рисунка | Свойство кислорода |
| Вытеснение воздуха | ||
| Вытеснение воды |
Установка, позволяющая собрать газ методом вытеснения воздуха, показана на рисунке № 1. Таким образом можно собрать кислород ввиду того, что он тяжелее воздуха.
Установка, позволяющая собрать газ методом вытеснения воды, показана на рисунке № 3. Таким образом можно собрать кислород ввиду того, что он плохо растворим в воде.
Ответ: Вытеснение воздуха — рисунок № 1 — тяжелее воздуха, вытеснение воды — рисунок № 3 — плохо растворим в воде.
Получение кислорода
История открытия кислорода
Открытие кислорода ознаменовало новый период в развитии химии. С глубокой древности было известно, что для горения необходим воздух. Процесс горения веществ долгое время оставался непонятным. В эпоху алхимии широкое распространение получила теория флогистона, согласно которой вещества горят благодаря их взаимодействию с огненной материей, то есть с флогистоном, который содержится в пламени. Кислород был получен английским химиком Джозефом Пристли в 70-х годах XVIII века. Химик нагревал красный порошок оксида ртути (II), в итоге вещество разлагалось, с образованием металлической ртути и бесцветного газа:
Оксиды – бинарные соединения, в состав которых входит кислород При внесении тлеющей лучины в сосуд с газом она ярко вспыхивала. Ученый считал, что тлеющая лучина вносит в газ флогистон, и он загорается. Д. Пристли пробовал дышать полученным газом, и был восхищен тем, как легко и свободно им дышится. Тогда ученый и не предполагал, что удовольствие дышать этим газом предоставлено каждому. Результатами своих опытов Д. Пристли поделился с французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье.
Имея хорошо оснащенную на то время лабораторию, А. Лавуазье повторил и усовершенствовал опыты Д. Пристли. А. Лавуазье измерил количество газа, выделяющееся при разложении определенной массы оксида ртути. Затем химик нагрел в герметичном сосуде металлическую ртуть до тех пор, пока она не превратилась в оксид ртути (II). Он обнаружил, что количество выделившегося газа в первом опыте равно газу, поглотившемуся во втором опыте. Следовательно, ртуть реагирует с каким-то веществом, содержащимся в воздухе. И это же вещество выделяется при разложении оксида. Лавуазье первым сделал вывод, что флогистон здесь совершенно ни при чем, и горение тлеющей лучины вызывает именно неизвестный газ, который в последствии был назван кислородом. Открытие кислорода ознаменовало крах теории флогистона!
Способы получения и собирания кислорода в лаборатории
Лабораторные способы получения кислорода весьма разнообразны. Существует много веществ, из которых можно получить кислород. Рассмотрим наиболее распространенные способы.
1) Разложение оксида ртути (II)
Одним из способов получения кислорода в лаборатории, является его получение по описанной выше реакции разложения оксида ртути (II). Ввиду высокой токсичности соединений ртути и паров самой ртути, данный способ используется крайне редко.
2) Разложение перманганата калия
Перманганат калия (в быту мы называем его марганцовкой) – кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета. При нагревании перманганата калия выделяется кислород. В пробирку насыплем немного порошка перманганата калия и закрепим ее горизонтально в лапке штатива. Недалеко от отверстия пробирки поместим кусочек ваты. Закроем пробирку пробкой, в которую вставлена газоотводная трубка, конец которой опустим в сосуд- приемник. Газоотводная трубка должна доходить до дна сосуда-приемника. Ватка, находящаяся около отверстия пробирки нужна, чтобы предотвратить попадание частиц перманганата калия в сосуд-приемник (при разложении выделяющийся кислород увлекает за собой частички перманганата). Когда прибор собран, начинаем нагревание пробирки. Начинается выделение кислорода.
Уравнение реакции разложения перманганата калия:
2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2↑
Как обнаружить присутствие кислорода? Воспользуемся способом Пристли. Подожжем деревянную лучину, дадим ей немного погореть, затем погасим, так, чтобы она едва тлела. Опустим тлеющую лучину в сосуд с кислородом. Лучина ярко вспыхивает! Газоотводная трубка была не случайно опущена до дна сосуда-приемника. Кислород тяжелее воздуха, следовательно, он будет собираться в нижней части приемника, вытесняя из него воздух. Кислород можно собрать и методом вытеснения воды. Для этого газоотводную трубку необходимо опустить в пробирку, заполненную водой, и опущенную в кристаллизатор с водой вниз отверстием. При поступлении кислорода газ вытесняет воду из пробирки.
Разложение пероксида водорода
Пероксид водорода – вещество всем известное. В аптеке оно продается под названием «перекись водорода». Данное название является устаревшим, более правильно использовать термин «пероксид». Химическая формула пероксида водорода Н2О2 Пероксид водорода при хранении медленно разлагается на воду и кислород. Чтобы ускорить процесс разложения можно произвести нагрев или применить катализатор.
Катализатор – вещество, ускоряющее скорость протекания химической реакции
Нальем в колбу пероксид водорода, внесем в жидкость катализатор. Катализатором может служить порошок черного цвета – оксид марганца MnO2. Тотчас смесь начнет вспениваться вследствие выделения большого количества кислорода. Внесем в колбу тлеющую лучину – она ярко вспыхивает. Уравнение реакции разложения пероксида водорода:
2H2O2 MnO2 → 2H2O + O2↑
Обратите внимание: катализатор, ускоряющий протекание реакции, записывается над стрелкой, или знаком «=», потому что он не расходуется в ходе реакции, а только ускоряет ее.
Разложение хлората калия
Хлорат калия – кристаллическое вещество белого цвета. Используется в производстве фейерверков и других различных пиротехнических изделий. Встречается тривиальное название этого вещества – «бертолетова соль». Такое название вещество получило в честь французского химика, впервые синтезировавшего его, – Клода Луи Бертолле. Химическая формула хлората калия KСlO3. При нагревании хлората калия в присутствии катализатора – оксида марганца MnO2, бертолетова соль разлагается по следующей схеме:
2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2↑.
Разложение нитратов
Нитраты – вещества, содержащие в своем составе ионы NO3⎺. Соединения данного класса используются в качестве минеральных удобрений, входят в состав пиротехнических изделий.
Нитраты – соединения термически нестойкие, и при нагревании разлагаются с выделением кислорода:
Обратите внимание, что все рассмотренные способы получения кислорода схожи. Во всех случаях кислород выделяется при разложении более сложных веществ.
Реакция разложения – реакция, в результате которой сложные вещества разлагаются на более простые В общем виде реакцию разложения можно описать буквенной схемой:
Реакции разложения могут протекать при действии различных факторов. Это может быть нагревание, действие электрического тока, применение катализатора. Существуют реакции, в которых вещества разлагаются самопроизвольно.
Получение кислорода в промышленности
В промышленности кислород получают путем выделения его из воздуха.
Воздух – смесь газов, основные компоненты которой представлены в таблице.
Сущность этого способа заключается в глубоком охлаждении воздуха с превращением его в жидкость, что при нормальном атмосферном давлении может быть достигнуто при температуре около -192°С. Разделение жидкости на кислород и азот осуществляется путем использования разности температур их кипения, а именно: Ткип.
При постепенном испарении жидкости в газообразную фазу в первую очередь будет переходить азот, имеющий более низкую температуру кипения, и, по мере его выделения, жидкость будет обогащаться кислородом. Многократное повторение этого процесса позволяет получить кислород и азот требуемой чистоты. Такой способ разделения жидкостей на составные части называется ректификацией жидкого воздуха.
Практическая работа по химии на тему «Получение кислорода и изучение его свойств» (8 класс)
Ищем педагогов в команду «Инфоурок»
План – конспекта урока
Учебник: Химия: Неорганическая химия. 8 класс. Рудзитис Г. Е., Фельдман Ф. Г.
Тема урока: «Получение кислорода и изучение его свойств»
Цель – закрепить и усовершенствовать знания учащихся об основных способах получения кислорода в лабораторных условиях и изучить его свойства.
изучить способы получения кислорода (способом вытеснения воздуха и способом вытеснения воды), его физические и химические свойства;
развить кругозор учащихся;
самостоятельность, аккуратность, трудолюбие, сотрудничество, наблюдательность, воспитать бережное отношение к растительному миру, так как растения являются производителями кислорода;
умения составлять уравнения химических реакций;
соблюдение правила техники безопасности во время проведения химических экспериментов;
умение делать выводы.
Тип урока: Урок совершенствования и применения знаний (практическая работа).
Основные этапы урока:
1. Организационная часть (2 мин)
2. Вводная часть (10 мин)
3. Основная часть (20 мин)
4. Заключительная часть (13 мин).
Основные этапы урока, время
Содержание учебного материала, деятельность учителя
Содержание учебного материала, деятельность учащихся
Организационная часть (2 мин)
Приветствую учащихся. Отмечаю отсутствующих. Проверяю готовность к уроку.
Приветствуют учитель. Староста называет отсутствующих.
Вводная часть (10 мин)
— Целью сегодняшнего урока является получить кислород в лабораторных условиях способом вытеснения воздуха, также изучить его физические и химические свойства.
— До того, как приступить к выполнению практической работы учитель должен ознакомить учеников с правилами техники безопасности (см. Приложение 1).
— Затем учитель показывает, как правильно собирать и использовать прибор для получения кислорода.
Прибор для собирания кислорода методом вытеснения воздуха.
Во время сбора прибора, учитель задает следующие вопросы ученикам:
1. Почему стакан для сбора кислорода расположен вниз дном, а не вверх дном? Объясните?
2. Перечислите физические свойства кислорода? Может ли кислород быть жидким или твердым?
3. Как доказать, что в стакане находится кислород?
Ученики внимательно слушают правила техники безопасности. Задают вопросы по поводу работы. Записывают правила в тетрадь.
Ученики зарисовывают прибор, должны обозначить на рисунке: штатив, пробирку с перманганатом калия, горелку, стакан.
1. Кислород тяжелее воздуха. При н. у. 1 л кислорода весит 1, 43 г, а воздух 1, 29 г.
2. Кислород – бесцветный газ, без запаха и вкуса, малорастворимый в воде, тяжелее воздуха. При давлении 760 мм. рт. ст. и температуре – 183 ° С кислород сжижается, а при снижении температуры до – 218, 8 ° С затвердевает.
3. Доказать присутствие кислорода в стакане можно с помощью лучинки.
Основная часть (20 мин)
После того, как учитель объяснил правила сборки прибора, он делит учеников на группы и раздает карты – инструкции (см. Приложение 2).
Учитель во время практической работы наблюдает за правильностью выполнения приемов и операций учащимися.
Ученики читают карты – инструкции к практической работе, задают вопросы, если не понятен ход выполнения практической работы.
После ознакомления с картой – инструкцией, ученики приступают к выполнению практической работы.
После проведения экспериментов, ученики заполняют итоговый отчет и делают общий вывод.
Учитель может показать отчет на отдельном слайде или же включить его в карту – инструкцию.
Заключительная часть (13 мин)
Учитель в конце занятия раздает ученикам демонстрационные карточки с самостоятельной работой (см. Приложение 3).
Выполняют самостоятельную работу в тетрадях для самостоятельных/ контрольных работ. Сдают тетради учителю.
В задании 4 ученики делятся на 3 варианта, к каждому варианту соответствующая задача.
Приложение к конспекту урока
Приложение 1. Правила техники безопасности.
Осторожно обращайтесь с химическим оборудованием!
Помните! Пробирку прогревают, держа ее в наклонном положении, по всей длине двумя-тремя движениями в пламени спиртовки. При нагревании направляйте отверстие пробирки в сторону от себя и соседей.
Тушите спиртовку только колпачком (а).
Запрещается зажигать одну спиртовку с помощью другой (б).
Запрещается передавать спиртовку в зажженном виде (в).
Запрещается пробовать вещество на вкус (г).
Работу проводить только над столом (д).
Приложение 2. Карта – инструкция к практической работе «Получение кислорода и изучение его свойств»
В этой работе вам предстоит изучить один из лабораторных способов получение кислорода и его свойства. Выяснить роль катализатора. Совершенствовать умение работать с приборами. Научиться собирать кислород различными способами, формировать навыки нагревания и пользования нагревательными приборами, соблюдая правила техники безопасности при работе с нагревательными приборами, при нагревании, при собирании приборов.
Лабораторный штатив с пробирками
Пробка с газоотводной трубкой
Ложечки для сжигания веществ (с пробкой)
Горелка и спички, лучины
Кристаллизатор с водой
Перманганат калия KMnO 4
Оксид марганца ( IV ) MnO 2
Железная проволока (или игла)
Задание 1. Проверка прибора на герметичность.
Соберите прибор для получения кислорода, состоящий из пробирки и газоотводной трубки. 
Проверьте прибор на герметичность! Зажмите пробирку в ладони, опустите конец трубки в воду: появление пузырьков воздуха указывает на герметичность прибора.
Если пузырьки не побулькивают через воду, это означает, что прибор не герметичен. Об этом надо поставить в известность учителя или лаборанта.
Задача 2. Получение кислорода нагреванием перманганата калия
1. Вытеснением воздуха
В пробирку до 1/ 5 ее объема насыпьте перманганат калия, введите в пробирку небольшой рыхлый тампон из ваты и плотно закройте ее пробкой с газоотводной трубкой, держа пробирку пальцами у отверстия.
Снова испытайте прибор на герметичность (см. задача 1).
Закрепите пробирку прибора в лапке штатива в горизонтальном положении, при этом, постукивая пальцем по пробирке, добейтесь, чтобы содержимое было не только на дне пробирки, а распределилось до ее середины. Отрегулируйте высоту пробирки так, чтобы конец газоотводной трубки почти доходил до дна сосуда для собирания кислорода способом вытеснения воздуха.
Прогрейте пробирку пламенем спиртовки (равномерно перемещая пламя спиртовки вдоль пробирки); поставьте спиртовку под ту часть, где находится перманганат калия.
Соберите кислород вытеснением воздуха из стакана.
Проверьте, наполнен ли стакан кислородом: поднесите тлеющую лучинку к отверстию в стакан.
2. Собирание кислорода «над водой»
Наденьте на конец газоотводной трубки стеклянный наконечник.
Опустите трубку с наконечником в стакан с водой (не более 1/ 2 высоты стакан). 
Наполните пустую пробирку с водой, и закройте ее пробкой с держателем.
Опустите пробирку в стакан с водой; выньте пробку с держателем. Наденьте пробирку на наконечник газоотводной трубки, не вынимая пробирку из воды.
Закройте конец газоотводной трубки кусочком ваты.
Нагрейте вновь пробирку с перманганатом калия и соберите кислород вытеснением воды из пробирки.
Закройте пробирку с кислородом пробкой с держателем, выньте из стакана и поставьте в штатив. Докажите, что в пробирке находится кислород.
Выньте газоотводную трубку из стакана с водой, не прекращая нагревания пробирки с перманганатом калия, в противном случае воду из стакана может перебросить в раскаленную пробирку!
3. Горение угля в кислороде. Доказательства присутствия CO 2 
Соберите кислород при нагревании перманганата калия, вытеснением воздуха (см. предыдущий пункт «Вытеснение воздухом»). 
Затем кусочек угля укрепите на конце проволоки, которую держите тигельными щипцами при внесении угля в пламя; раскаленный уголек внесите в сосуд с кислородом. Обратите внимание на беспламенное горение угля.
Прилейте в сосуд немного известковой воды, взболтайте ее.
Оформите отчет о работе:
Выполняемые операции
(что делали)
Рисунки с обозначениями исходных и полученных веществ
Наблюдения. Условия
проведения реакций.
Уравнения реакций
Объяснения наблюдений. Выводы
Сборка прибора для получения кислорода. Проверка прибора на герметичность
Получение кислорода
из KMnО 4 при нагревании
Доказательство получения кислорода c помощью
тлеющей лучинки
Почему кислород можно собрать вытеснением воздуха
Из курса химии вам известно, что при получении газообразных веществ в лаборатории собирать получаемый газ можно двумя способами: вытеснением воды и вытеснением воздуха. На рисунках 1–3 изображены приборы для получения и собирания различных газов.
Известно, что оксид углерода(IV) — газ, без запаха, тяжелее воздуха и мало растворимый в воде. Какие методы из тех, которые приведены на рисунках, можно использовать для собирания оксида углерода(IV)? Укажите, какое свойство оксида углерода(IV) учитывает каждый способ.
Запишите в таблицу номер соответствующего рисунка и свойство газа.
| Способ собирания газа | Номер рисунка | Свойство газа |
| Вытеснение воздуха | ||
| Вытеснение воды |
1. Углекислый газ можно собрать методом вытеснения воздуха (рисунок № 1), так как углекислый газ тяжелее воздуха.
2. Углекислый газ можно собрать методом вытеснения воды (рисунок № 3), так как углекислый газ мало растворим в воде.
Ответ: Вытеснение воздуха — рисунок № 1 — тяжелее воздуха, вытеснение воды — рисунок № 3 — мало растворим в воде.