Анод 4ОН- - 4е- = 2Н2О + О2
Катод 2Н+ + 2е- = Н2
Общий электролиз воды сводится к уравнению:
2Н2О 2Н2 + О2
2. В лаборатории
а) разложением при нагревании бертолетовой соли (хлората калия) в присутствии катализатора MnO2
KClO3 2KCl + 3O2
б) разложением при нагревании перманганата калия:
2KMnO4 K2MnO4 + MnO2 + O2
в) разложением перекиси водорода в присутствии катализатора MnO2:
2Н2О2 2Н2О + О2
г) термическое разложение нитратов щелочных металлов:
2NaNO3 2NaNO2 + O2
д) взаимодействие пероксидов щелочных металлов с углекислым газом:
2Na2O2 + 2CO2 2Na2CO3 + O2
е) разложение оксида ртути при нагревании:
2HgO 2Hg + O2
Применение кислорода
Кислород применяется для ускорения процессов окисления: вместо обыкновенного воздуха применяют кислород или воздух, обогащенный кислородом. Кислород используют для интенсификации окислительных процессов в химической промышленности (производство серной и азотной кислот).
Металлургическая промышленность расходует много кислорода. Он используется для получения высоких температур.
В медицине кислород используется для облегчения дыхания. Он применяется также в кислородных приборах при выполнении работ в трудной для дыхания атмосфере.
Аллотропные модификации кислорода
В свободном виде кислород существует в двух аллотропных модификациях О2 и О3. Аллотропия - это явление образования нескольких простых веществ одним элементом.
Элемент кислород О
В данном случае аллотропные модификации отличаются друг от друга составом молекул, а также физическими и химическими свойствами.
Озон - простое вещество, аллотропическое видоизменение кислорода. Молекула его трехатомна - О3. При обычных условиях озон - резко пахнущий взрывчатый газ, обладающий окислительным действием.
1. Физические свойства
Озон - газ синего цвета, жидкость темно-синего цвета, твердое вещество - фиолетовые кристаллы. tкип = -112 С, tплавл. = -192,5 С. В небольших концентрациях полезен, т.к. убивает болезнетворные бактерии; в больших концентрациях токсичен. Разрушает органические вещества, окисляет многие металлы, в том числе золото и платину. В жидком состоянии неустоячив и иногда взрывается.
2. Строение молекулы озона
Молекула О3 диамагнитна, имеет угловую форму и обладает некоторой полярностью ( = 0,52 D). Длина связи равна 1,26 А, угол связи равен 116,5 .
О
О ОЦентральный атом кислорода молекулы О3 находится в состоянии sp2-гибридизации (за счет 2s-, 2px-, 2py - орбиталей). Две из гибридных sp2-орбиталей центрального атома участвуют в образовании двух -связей О-О (двух молекулярных св орбиталей). Третья sp2-гибридная орбиталь (молекулярная -орбиталь) содержит неподеленную электронную пару. Химические свойства1. Озон выделяет йод из йодида калия2KI + O3 + H2O I2 + 2KOH + O2Этот свободный йод реагирует с крахмалом и дает синее окрашивание. Это качественная реакция на озон.2. При обычных условиях озон окисляет многие малоактивные металлы:8Ag + 2O3 4Ag2O + O23. При действии озона на твердые гидроксиды образуются озониды:4KOH + 4O3 4KO3 + O2 + 2H2O4. Озон реагирует со многими сложными веществами:Mn(OH)4 + O3 + NaOH Na2MnO4 + O2 + 3H2O6Fe(OH)2 + O3 +3H2O 6Fe(OH)3O3 + FeSO4 + H2SO4 Fe2(SO4)3 + O2 + H2OПрименение озонаПрименение озона основано на окислительных свойствах. Озон - хорошее дезинфицирующее средство, поэтому его применяют при очистке воды (озонирование) и воздуха - он обеззараживает их.1.3.2 Опорные конспекты, схемы и таблицы по теме «Халькогены»
В целях интенсификации процесса обучения в ходе проведения лекции по теме учителем совместно с учащимися составляются опорные конспекты. [8]
ЭЛЕМЕНТЫ ГЛАВНОЙ ПОДГРУППЫ VI ГРУППЫ (халькогены)
Строение внешнего энергетического слоя атомов элементов этой подгруппы:
О, S - ns2, np4; Se, Те, Ро - (n - 1)d10, ns2, np4. В общем виде ns2, np4.
При переходе в возбужденное состояние у всех атомов халькогенов (кроме кислорода) может увеличиваться число неспаренных электронов за счет перехода электронов с ns- и nр- подуровней на свободный nd- подуровень. При этом проявляются следующие валентные состояния.
· Валентность, равная IV.
ns2, np3, nd1
· Валентность, равная VI.
·
ns1, np3,.nd2
СЕРА
Электронная формула серы 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3р4
Электронно-графическая формула внешнего электронного слоя:
При переходе в возбужденное состояние происходит переход по одному электрону с 3s- и 3р-орбиталей на свободную 3d-орбиталь:
В связи с этим у серы возможны проявления II, IV, VI валентностей. Возможные степени окисления -2, 0, +2, +4, +6.
Например: H2S-2 S0 S+2O S+4O2 S+6O3
Таблица 1. Химические свойства серы
Свойство | Описание и уравнения реакций | |
Взаимодействие с простыми веществами | ||
Сера, как окислитель | S0 + 2e- S-2 При реакциях с металлами, водородом, неметаллами, имеющими меньшую электроотрицательность, чем сера:
| |
Сера, как восстановитель | ||
Реакции с кислородом, галогенами | С кислородом сера образует и двухвалентный оксид - неустойчивое соединение, разлагающееся и при комнатной температуре: 2S + O2 2SO | |
Взаимодействие со сложными веществами | ||
С водой | Не взаимодействует | |
Взаимодействие с кислотами-окислителями | ||
С растворами щелочей | При нагревании идет реакция диспропорционирования: | |
Вулканизация резины | При вулканизации в природный каучук включается примерно 3% серы (образуется резина) или 25 - 30% серы (образуется эбонит). Улучшение свойств обусловлено образованием большого числа поперечных «сшивок» между цепями и уменьшением числа двойных С=С связей, по которым проходит окисление природного каучука. · Горячая вулканизация. Смесь из латекса, серы и других веществ (наполнители, красители) нагревают, одновременно формуя из этой смеси необходимые изделия. · Холодная вулканизация. Сформованное изделие из латекса продолжительное время выдерживают в растворе серы в сероуглероде. |
2.1.2 Алюминий
2.1.2.1 Распространение в природеПо своей распространенности алюминий среди элементов занимает третье место, среди металлов - первое. Он встречается главным образом в виде двойных силикатов, в полевых шпатах и слюдах и в продуктах их выветривания - глинах. В свободном состоянии алюминий никогда не встречается. Окись алюминия Al2O3 встречается в виде корунда и наждака. Из гидроокисей боксит AlO(OH) имеет наибольшее техническое значение в качестве основного исходного продукта для получения, Большое значение имеет также криолит Na3AlF6. Из двойных силикатов следует отметить: калиевый полевой шпат или ортоклаз K[AlSi3O8] - главная составная часть изверженных пород: гранита, сленита, базальта, кальциевый полевой шпат или анорит Сa[Al2Si2O8], плагиоглаз, далее слюды: биотит, мусковый лепидалит, которые также содержатся в изверженных породах. Силикат алюминия, содержащий фтор - топаз, относится к числу драгоценных камней Al2(OH, F)2[SiO4] [9-11]. При выветривании полевых шпатов образуется каолин (фарфоровая глина), содержащий воду силикат алюминия состава Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O. 2.1.2.2 Биохимическая рольСульфат алюминия Al2(SO4)3 используется в качестве протравы при крашении, для дубления кожи, в бумажном производстве. Сульфат алюминия применяют для очистки природных вод от коллоидных частиц, загрязняющих воду, которые захватываются гидроксидом алюминия, образующимся при этом гидролизе соли. Алюминий имеет большое биологическое значение. Низкие концентрации ионов алюминия Al3+ стимулируют некоторые процессы жизнедеятельности растений. Например, прорастание семян. Но более высокие концентрации снижают интенсивность фотосинтеза, нарушают фосфорный обмен, задерживают рост корневой системы. Некоторые производные алюминия применяют в медицине. Например, KAl(SO4)2 служит вяжущим средством. Основной ацетат алюминия AlOH(COOCH3)2 используется для дезинфекции [9-11].2.1.3 Галлий
2.1.3.1 Распространение в природеГаллий встречается в природе как спутник цинка во многих обманках, но только в исключительно малых количествах (0,002 % и меньше). В виде следов он встречается почти как постоянный спутник алюминия. В всех сортах технического алюминия его можно открыть спектрально. Самый богатый галлием минерал - германит. В нем содержится 0,6 - 0,7 % галлия [9]. 2.1.3.2 Токсикологическая характеристикаДолгое время считалось, что галлий токсичен. Лишь в последнее время это мнение было опровергнуто. Легкоплавкость галлия представляет интерес для стоматологов. Еще в 1930 г. была испытана композиция для пломбирования зубов, в которой ртуть Hg была заменена на галлий. И в настоящее время используются пломбы для пломбирования зубов с использованием галлия [10]. 2.2 V-A группа периодической системы2.2.1 Круговорот азотаГазообразный N2 возникает в результате реакции окисления NHH3, образующегося при извержении вулканов и разложении биологических отходов:
4NH3 + 3O2 2N2 + 6H2O.
Круговорот азота - один из самых сложных, но одновременно самых идеальных круговоротов. Несмотря на то, что азот составляет около 80% атмосферного воздуха, в большинстве случаев он не может быть непосредственно использован растениями, т.к. они не усваивают газообразный азот. Вмешательство живых существ в круговорот азота подчинено строгой иерархии: только определённые категории организмов могут оказывать влияние на отдельные фазы этого цикла. Газообразный азот непрерывно поступает в атмосферу в результате работы некоторых бактерий, тогда как другие бактерии - фиксаторы (вместе с сине-зелёными водорослями) постоянно поглощают его, преобразуя в нитраты. Неорганическим путём нитраты образуются и в атмосфере в результате электрических разрядов во время гроз.
Самые активные потребители азота - бактерии на корневой системе растений семейства бобовых. Каждому виду этих растений присущи свои особые бактерии, которые превращают азот в нитраты. В процессе биологического цикла нитрат-ионы (NO3-) и ионы аммония (NH4+), поглощаемы растениями из почвенной влаги, преобразуются в белки, нуклеиновые кислоты и т.д. Далее образуются отходы в виде погибших организмов, являющихся объектами жизнедеятельности других бактерий и грибов, преобразующих их в аммиак. Так возникает новый цикл круговорота. Существуют организмы, способные превращать аммиак в нитриты, нитраты и в газообразный азот. Основные звенья круговорота азота в биосфере представлены схемой на рис. 10.
Рис. 10. Круговорот азота
Биологическая активность организмов дополняется промышленными способами получения азотосодержащих органических и неорганических веществ, многие из которых применяются в качестве удобрений для повышения продуктивности и роста растений.
Антропогенное влияние на круговорот азота определяется следующими процессами:
Сжигание топлива приводит к образованию оксида азота, а затем реакциям:
2NO + O2 2NO2 ,
4NO2 + 2H2O + O2 4HNO3,
способствуя выпадению кислотных дождей;
В результате воздействия некоторых бактерий на удобрения и отходы животноводства образуется закись азота - один из компонентов, создающих парниковый эффект;
Добыча полезных ископаемых, содержащих нитрат-ионы и ионы аммония, для производства минеральных удобрений;
При сборе урожая из почвы выносятся нитрат-ионы и ионы аммония;
Стоки с полей, ферм и из канализаций увеличивают количество нитрат-ионов и ионов аммония в водных экосистемах, что ускоряет рост водорослей и других растений; при разложении последних расходуется кислород, что приводит к гибели рыб. [12]
2.2.2 Соединения азота
Оксид азота(I) относительно инертен, а потому «экологически нейтрален». Однако на человека он оказывает наркотическое действие, начиная от просто веселья (за что он и был прозван «веселящим газом») и, заканчивая глубоким сном, что нашло свое применение в медицине. Интересно, что он безвреден, и для медицинского наркоза применяют смесь оксида азота(I) с кислородом в таком же соотношении, что и соотношение азота и кислорода в воздухе. Наркотическое действие снимается сразу после прекращения вдыхания этого газа.
Два других устойчивых оксида азота легко переходят один в другой, затем в кислоты, а затем в анионы NO2- и NO3-. Таким образом, эти вещества представляют собой естественные минеральные удобрения, если находятся в естественных количествах. В «неестественных» количествах эти газы редко попадают в атмосферу в одиночестве. Как правило, образуется целый «букет» ядовитых соединений, которые действуют комплексно.
Например, всего один завод азотных удобрений выбрасывает в воздух кроме оксидов азота, азотной кислоты, аммиака и пыли от удобрений еще и оксиды серы, соединения фтора, некоторые органические соединения. Ученые выясняют устойчивость различных трав, кустов и деревьев к подобным «букетам». Уже известно, что, к сожалению, ель и сосна неустойчивы и быстро погибают, однако белая акация, канадский тополь, ивы и некоторые другие растения могут существовать в таких условиях, более того, они способствуют удалению из воздуха этих веществ.
Сильное отравление оксидами азота можно получить в основном при авариях на соответствующих производствах. Ответная реакция организма будет разной из-за различия в свойствах этих газов. «Едкий» NО2 в первую очередь действует на слизистые оболочки носоглотки, глаз, вызывает отек легких; NО, как малорастворимое в воде и не едкое вещество, проходит через легкие и попадает в кровь, вызывая нарушения в центральной и периферийной нервных системах. Оба оксида реагируют с гемоглобином крови, результат - гемоглобин перестает переносить кислород.
Страницы: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9
