Кислород и водород

Определение

Кислород ($O_2$) — газ без цвета, запаха и вкуса, слабо растворим в воде, немного тяжелее воздуха ($M_r = 32$). Составляет около 21% объёма воздуха. Поддерживает горение и дыхание.

Водород ($H_2$) — самый лёгкий газ ($M_r = 2$), без цвета, запаха и вкуса. В 14,5 раз легче воздуха. Горит, с кислородом образует взрывоопасную смесь («гремучий газ»).

Кислород: получение

В лаборатории:

1. Разложение перманганата калия: $2KMnO_4 \xrightarrow{t} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2 \uparrow$

2. Разложение пероксида водорода (катализатор $MnO_2$): $2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2 \uparrow$

В промышленности — фракционная перегонка жидкого воздуха.

Кислород: химические свойства (реакции горения)

1. Горение серы: $S + O_2 \rightarrow SO_2$ (оксид серы(IV), газ с резким запахом)
2. Горение магния: $2Mg + O_2 \rightarrow 2MgO$ (белый порошок, яркое пламя)
3. Горение фосфора: $4P + 5O_2 \rightarrow 2P_2O_5$ (белый дым)
4. Горение угля: $C + O_2 \rightarrow CO_2$ (углекислый газ)
5. Горение водорода: $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$

Водород: получение

В лаборатории — взаимодействие металлов с кислотами: $Zn + H_2SO_4 \rightarrow ZnSO_4 + H_2 \uparrow$ $Zn + 2HCl \rightarrow ZnCl_2 + H_2 \uparrow$

В промышленности — конверсия метана с водяным паром.

Водород: химические свойства

1. Горение (с кислородом): $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$
2. Восстановление оксидов металлов: $CuO + H_2 \xrightarrow{t} Cu + H_2O$
3. Реакция с хлором: $H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl$

Примеры

1. Какой объём кислорода (н.у.) выделится при разложении 15,8 г $KMnO_4$?

   $M(KMnO_4) = 158$ г/моль, $n = 15{,}8 / 158 = 0{,}1$ моль По уравнению: из 2 моль $KMnO_4$ → 1 моль $O_2$ $n(O_2) = 0{,}05$ моль, $V(O_2) = 0{,}05 \cdot 22{,}4 = 1{,}12$ л

2. Определение газа: если тлеющая лучинка вспыхивает — это кислород; если газ горит с хлопком — это водород.