Получение кислорода

В про­мыш­лен­ных целях кис­ло­род необ­хо­ди­мо по­лу­чать в боль­ших объ­ё­мах и мак­си­маль­но де­шё­вым спо­со­бом. Такой спо­соб по­лу­че­ния кис­ло­ро­да был пред­ло­жен ла­у­ре­а­том Но­бе­лев­ской пре­мии Пет­ром Лео­ни­до­ви­чем Ка­пи­цей. Он изоб­рёл уста­нов­ку для сжи­же­ния воз­ду­ха. Как из­вест­но, в воз­ду­хе на­хо­дит­ся около 21% по объ­е­му кис­ло­ро­да. Кис­ло­род можно вы­де­лить из жид­ко­го воз­ду­ха ме­то­дом пе­ре­гон­ки, т.к. все ве­ще­ства, вхо­дя­щие в со­став воз­ду­ха имеют раз­ные тем­пе­ра­ту­ры ки­пе­ния. Тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния кис­ло­ро­да -  -183°С, а азота - -196°С. Зна­чит, при пе­ре­гон­ке сжи­жен­но­го воз­ду­ха пер­вым за­ки­пит и ис­па­рит­ся азот, а затем – кис­ло­род.

 2. Получение кислорода в лаборатории из пероксида водорода

В ла­бо­ра­то­рии кис­ло­род тре­бу­ет­ся не в таких боль­ших ко­ли­че­ствах, как в про­мыш­лен­но­сти. Обыч­но его при­во­зят в го­лу­бых сталь­ных бал­ло­нах, в ко­то­рых он на­хо­дит­ся под дав­ле­ни­ем. В неко­то­рых слу­ча­ях всё же тре­бу­ет­ся по­лу­чить кис­ло­род хи­ми­че­ским путём. Для этого ис­поль­зу­ют ре­ак­ции раз­ло­же­ния.

ОПЫТ 1. На­льем в чашку Петри рас­твор пе­рок­си­да во­до­ро­да. При ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре пе­рок­сид во­до­ро­да раз­ла­га­ет­ся мед­лен­но (при­зна­ков про­те­ка­ния ре­ак­ции мы не видим), но этот про­цесс можно уско­рить, если до­ба­вить в рас­твор несколь­ко кру­пи­нок ок­си­да мар­ган­ца(IV). Во­круг кру­пи­нок чер­но­го ок­си­да сразу на­чи­на­ют вы­де­лять­ся пу­зырь­ки газа. Это кис­ло­род. Как бы долго ни про­те­ка­ла ре­ак­ция, кру­пин­ки ок­си­да мар­ган­ца(IV) в рас­тво­ре не рас­тво­ря­ют­ся. То есть, оксид мар­ган­ца(IV) участ­ву­ет в ре­ак­ции, ее уско­ря­ет, но сам в ней не рас­хо­ду­ет­ся.

Ве­ще­ства, ко­то­рые уско­ря­ют ре­ак­цию, но не рас­хо­ду­ют­ся в ре­ак­ции, на­зы­ва­ют ка­та­ли­за­то­ра­ми.

Ре­ак­ции, уско­ря­е­мые ка­та­ли­за­то­ра­ми, на­зы­ва­ют ка­та­ли­ти­че­ски­ми.

Уско­ре­ние ре­ак­ции ка­та­ли­за­то­ром на­зы­ва­ют ка­та­ли­зом.

Таким об­ра­зом, оксид мар­ган­ца (IV) в ре­ак­ции раз­ло­же­ния пе­рок­си­да во­до­ро­да слу­жит ка­та­ли­за­то­ром. В урав­не­нии ре­ак­ции фор­му­ла ка­та­ли­за­то­ра за­пи­сы­ва­ет­ся свер­ху над зна­ком ра­вен­ства. За­пи­шем урав­не­ние про­ве­ден­ной ре­ак­ции. При раз­ло­же­нии пе­рок­си­да во­до­ро­да вы­де­ля­ет­ся кис­ло­род и об­ра­зу­ет­ся вода. Вы­де­ле­ние кис­ло­ро­да из рас­тво­ра по­ка­зы­ва­ют стрел­кой, на­прав­лен­ной вверх:

 3. Получение кислорода в лаборатории из перманганата калия

В по­все­днев­ной жизни вы на­вер­ня­ка стал­ки­ва­лись с ве­ще­ством, ко­то­рое в быту на­зы­ва­ет­ся «мар­ган­цов­кой». Хи­ми­че­ское на­зва­ние этого ве­ще­ства - пер­ман­га­нат калия, его хи­ми­че­ская фор­му­ла KMnO₄.

При на­гре­ва­нии пер­ман­га­нат калия раз­ла­га­ет­ся с об­ра­зо­ва­ни­ем кис­ло­ро­да.

Рис. 1. По­лу­че­ние кис­ло­ро­да путем тер­ми­че­ско­го раз­ло­же­ния пер­ман­га­на­та калия

ОПЫТ 2. Для опыта нужна про­бир­ка с га­зо­от­вод­ной труб­кой. В про­бир­ку на­сы­па­ют кри­стал­ли­че­ский пер­ман­га­нат калия. При на­гре­ва­нии пер­ман­га­нат калия раз­ла­га­ет­ся, вы­де­ля­ю­щий­ся кис­ло­род по­сту­па­ет по га­зо­от­вод­ной труб­ке в кол­бу-при­ем­ник. Кис­ло­род тя­же­лее воз­ду­ха, по­это­му не по­ки­да­ет колбу и по­сте­пен­но за­пол­ня­ет ее. Если опу­стить тле­ю­щую лу­чи­ну в колбу с со­бран­ным кис­ло­ро­дом, то она ярко вспых­нет.

Урав­не­ние про­ве­ден­ной ре­ак­ции:

2 KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂  + O₂ ↑