ГДЗ по Химии 8 Класс Параграф 15 Вопрос 2 Габриелян, Остроумов — Подробные Ответы

Кислород (O₂)

Кислород – это бесцветный газ без запаха, жизненно важный для дыхания и горения.

1. Получение (Лабораторные методы):

Получение кислорода в лабораторных условиях обычно основано на реакциях разложения веществ, содержащих кислород, часто с использованием катализаторов для ускорения процесса.

Разложение перманганата калия (KMnO₄):

Уравнение реакции: 2KMnO₄ (t) → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

Объяснение: Это термическое разложение, то есть реакция происходит при нагревании (обозначается символом «т» над стрелкой или просто нагреванием). Перманганат калия – это твердое вещество темно-фиолетового цвета. При нагревании он разлагается на манганат калия (зеленое твердое вещество), оксид марганца(IV) (черный порошок) и газообразный кислород. Этот метод является классическим лабораторным способом получения кислорода благодаря доступности реагента и относительно простой процедуре.

Разложение пероксида водорода (H₂O₂):

Уравнение реакции: 2H₂O₂ (MnO₂) → 2H₂O + O₂↑

Объяснение: Пероксид водорода, или перекись водорода, представляет собой нестабильное соединение, которое медленно разлагается на воду и кислород. Однако этот процесс значительно ускоряется в присутствии катализатора. Наиболее часто используемым катализатором является оксид марганца(IV) (MnO₂), который добавляется к раствору пероксида водорода. Катализатор (MnO₂) не расходуется в реакции, но значительно увеличивает ее скорость. Этот метод удобен тем, что не требует нагревания и позволяет получать кислород при комнатной температуре.

Разложение хлората калия (KClO₃):

Уравнение реакции: 2KClO₃ (MnO₂, t) → 2KCl + 3O₂↑

Объяснение: Хлорат калия (бертолетова соль) также разлагается с выделением кислорода при нагревании. Для ускорения реакции и снижения требуемой температуры используется катализатор – оксид марганца(IV) (MnO₂). Эта реакция требует более высокой температуры, чем разложение перманганата калия, и протекает довольно бурно.

2. Собирание:

Способ собирания газа зависит от его плотности по отношению к воздуху и растворимости в воде.

Плотность: Молярная масса кислорода (O₂) составляет примерно 32 г/моль. Средняя молярная масса воздуха составляет около 29 г/моль (приблизительно 80% азота N₂ с молярной массой 28 г/моль и 20% кислорода O₂ с молярной массой 32 г/моль). Поскольку 32 > 29, кислород тяжелее воздуха.

Метод вытеснения воздуха: Из-за того, что кислород тяжелее воздуха, его собирают в пробирку или газометр, установленный открытым концом вверх. Кислород, поступающий в сосуд, опускается на дно, вытесняя более легкий воздух вверх и наружу.

Метод вытеснения воды (альтернативный): Кислород малорастворим в воде, поэтому его также можно собирать методом вытеснения воды. Для этого газоотводная трубка помещается под перевернутую пробирку или газометр, заполненный водой и погруженный в кювету с водой. Поступающий кислород вытесняет воду из сосуда.

3. Распознавание:

Распознавание кислорода основано на его способности поддерживать горение.

Тест с тлеющей лучинкой: В сосуд, предположительно содержащий кислород, вносят тлеющую (но не горящую открытым пламенем) деревянную лучинку. Если лучинка вспыхивает ярким пламенем, это однозначно указывает на присутствие кислорода. Это происходит потому, что высокая концентрация кислорода в сосуде обеспечивает достаточное количество окислителя для быстрого и интенсивного горения.

Водород (H₂)

Водород – это самый легкий химический элемент, бесцветный газ без запаха.

1. Получение (Лабораторные методы):

В лаборатории водород обычно получают путем взаимодействия активных металлов с кислотами.

Взаимодействие цинка с соляной кислотой:

Уравнение реакции: Zn + 2HCl = ZnCl₂ + H₂↑

Объяснение: Это реакция замещения, где более активный металл (цинк, Zn) вытесняет менее активный элемент (водород, H) из соединения (соляной кислоты, HCl). В результате образуется соль (хлорид цинка, ZnCl₂) и газообразный водород. Этот метод является наиболее распространенным и безопасным лабораторным способом получения водорода. Могут использоваться и другие металлы, стоящие в электрохимическом ряду напряжений до водорода (например, магний Mg, железо Fe), а также другие кислоты (например, серная кислота H₂SO₄).

2. Собирание:

Способ собирания водорода также определяется его плотностью и растворимостью.

Плотность: Молярная масса водорода (H₂) составляет всего 2 г/моль. Это значительно меньше средней молярной массы воздуха (29 г/моль). Таким образом, водород намного легче воздуха.

Метод вытеснения воздуха: Из-за своей малой плотности водород собирают в пробирку или газометр, установленный перевернутым, то есть открытым концом вниз. Поступающий водород поднимается вверх, заполняя сосуд сверху вниз и вытесняя более тяжелый воздух наружу из открытого конца.

Метод вытеснения воды (альтернативный): Водород практически нерастворим в воде. Поэтому его также очень эффективно собирают методом вытеснения воды, аналогично кислороду, но этот метод еще более предпочтителен для водорода из-за его крайне низкой растворимости.

3. Распознавание:

Распознавание водорода основано на его горючести.

Тест с зажженной лучинкой («хлопок»): В сосуд, предположительно содержащий водород, вносят зажженную (горящую открытым пламенем) деревянную лучинку. Если газ является водородом, он воспламеняется с характерным «хлопком». Этот звук происходит из-за быстрого сгорания водорода в смеси с кислородом воздуха, образуя воду (2H₂ + O₂ → 2H₂O). Быстрое образование горячих газообразных продуктов приводит к резкому расширению и созданию звуковой волны.