МБОУ СОШ №9 п.Софийск

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 9

СЕЛЬСКОГО ПОСЕЛЕНИЯ « ПОСЕЛОК СОФИЙСК»

ВЕРХНЕБУРЕИНСКОГО МУНИЦИПАЛЬНОГО РАЙОНА ХАБАРОВСКОГО КРАЯ

 

Кафедра: естественно - научная

Секция «химии»

Тема: «КИСЛОРОД»

Исследовательская работа по химии

Выполнил: ученик

Скрипник Вячеслав

9 класс

МБОУ СОШ №9

 

Научный руководитель: Кузьмина Анастасия Ивановна

учитель биологии, географии, химии МБОУ СОШ №9

 

п.Софийск, 2017

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение                                                                                                         стр.3

1.Значение кислорода в жизни людей.                                                         стр.5

2. Промышленный способ получения кислорода                                            стр.5

3. Получение кислорода в лаборатории из пероксида водорода                     стр.6  

3.1. Опыт 1.                                                                                                                стр. 6

4. Получение кислорода в лаборатории из перманганата калия               стр. 7

4.1. Опыт 2.                                                                                                     стр. 7

Заключение                                                                                                     стр. 8

Список рекомендованной литературы.                                                        стр. 9

Приложение                                                                                                    стр.10

 

Введение

Процессы горения и дыхания издавна привлекали внимание ученых. Первые указания на то, что не весь воздух, а лишь "активная" его часть поддерживает горение, обнаружены в китайских рукописях 8 века. Много позже Леонардо да Винчи (1452-1519) рассматривал воздух как смесь двух газов, лишь один из которых расходуется при горении и дыхании. Окончательное открытие двух главных составных частей воздуха - азота и кислорода, сделавшее эпоху в науке, произошло только в конце 18 века. Кислород получили почти одновременно К. Шееле (1769-70) путем прокаливания селитр (KNO₃, NaNO₃), двуокиси марганца МnО₂ и других веществ и Дж. Пристли (1774) при нагревании сурика Рb₃О₄ и оксида ртути HgO. В 1772 году Д. Резерфорд открыл азот. В 1775 году А. Лавуазье, произведя количественный анализ воздуха, нашел, что он "состоит из двух (газов) различного и, так сказать, противоположного характера", то есть из Кислорода и азота. На основе широких экспериментальных исследований Лавуазье правильно объяснил горение и дыхание как процессы взаимодействия веществ с кислородом. Поскольку кислород входит в состав кислот, Лавуазье назвал его oxygene, то есть "образующий кислоты" (от греч. oxys - кислый и gennao - рождаю; отсюда и русское название "кислород").

Мне всегда было интересно, чем мы дышим. Мне стало любопытно. И я обратилась к всемирной паутине.

Возник вопрос: как и почему выделяется кислород и как это можно проследить?

Появилась необходимость более подробно рассмотреть  данный вопрос.

 

Цели:.

• дать понятие о кислороде как о химическом элементе и простом веществе: нахождение в природе, химические свойства кислорода: взаимодействие с простыми веществами (металлами и неметаллами), сложными веществами; применение кислорода.
• дать понятие о способах получения кислорода и биологическом значении кислорода.

 

Для достижения  цели поставлены следующие задачи:

1. Содействовать формированию научной картины мира, первоначального представления о кислороде.
2. Развивать творческую исследовательскую активность детей.
3. Воспитывать интерес к познавательно-исследовательской деятельности, целеустремленность, настойчивость, самостоятельность.

4. поддерживать интерес к науке «химия».

 

Использованы соответствующие методы исследования:

1. Подбор и анализ литературы.
2. Изучение информации в интернет-ресурсах
3. Практические опыты.

 

Материалы: 

• штатив лабораторный с лапкой или пробиркодержатель;
• спиртовка;
• два химических стакана;
• стеклянная пластинка;
• пробирка;
• пробка с газоотводной трубкой;
• ложка для сжигания вещества;
• спички;
• лучинка;
• вата.

Вещества:

• перманганат калия,
• пероксид водорода,
• оксид марганца (IV),

 

Объект исследования : кислород, собранный в лабораторных условиях

 

Предмет исследования :  обнаружение кислорода.

 

Гипотеза: В ходе исследовательской работы я предлагаю вам узнать, можно ли самостоятельно выделить кислород. Данные опыты не очень сложны, но достаточно кропотливый, и провести его могут школьники среднего звена, так как нужно быть предельно аккуратным и соблюдать все правила по технике безопасности. (Приложение 1)

 

1.Значение кислорода в жизни людей

 

Кислород (лат. Oxygenium), О, химический элемент VI группы периодической системы Менделеева; атомный номер 8, атомная масса 15,9994. При нормальных условиях кислород газ без цвета, запаха и вкуса. Трудно назвать другой элемент, который играл бы на нашей планете такую важную роль, как кислород.[2, п.21]

Кислород - самый распространенный химический элемент на Земле. Связанный кислород составляет около ⁶/₇ массы водной оболочки Земли - гидросферы (85,82% по массе), почти половину литосферы (47% по массе), и только в атмосфере, где кислород находится в свободном состоянии, он занимает второе место (23,15% по массе) после азота.[3, п.27]

Кислород стоит на первом месте и по числу образуемых им минералов (1364); среди минералов, содержащих кислород, преобладают силикаты (полевые шпаты, слюды и другие), кварц, оксиды железа, карбонаты и сульфаты. В живых организмах в среднем около 70% кислорода; он входит в состав большинства важнейших органических соединений (белков, жиров, углеводов и т. д.) и в состав неорганических соединений скелета.[6, п21]      Исключительно велика роль свободного кислород в биохимических и физиологических процессах, особенно в дыхании. За исключением некоторых микроорганизмов-анаэробов, все животные и растения получают необходимую для жизнедеятельности энергию за счет биологического окисления различных веществ с помощью кислорода.[4, п.19]

Вся масса свободного кислорода Земли возникла и сохраняется благодаря жизнедеятельности зеленых растений суши и Мирового океана, выделяющих кислород в процессе фотосинтеза. На земной поверхности, где протекает фотосинтез и господствует свободный кислород, формируются резко окислительные условия. Напротив, в магме, а также глубоких горизонтах подземных вод, в илах морей и озер, в болотах, где свободный кислород отсутствует, формируется восстановительная среда. Окислительно-восстановительные процессы с участием кислорода определяют концентрацию многих элементов и образование месторождений полезных ископаемых - угля, нефти, серы, руд железа, меди и т. д.. Изменения в круговороте кислорода вносит и хозяйственная деятельность человека. В некоторых промышленных странах при сгорании топлива расходуется кислорода больше, чем его выделяют растения при фотосинтезе. Всего же на сжигание топлива в мире ежегодно потребляется около 9·10⁹ т кислорода.[7]

 

2. Промышленный способ получения кислорода

 

Существует 3 основных способа получения Кислорода: химический, электролизный (электролиз воды) и физический (разделение воздуха).

Химический способ изобретен ранее других. Кислород можно получать, например, из бертолетовой соли КClОз, которая при нагревании разлагается, выделяя О₂ в количестве 0,27 м³ на 1 кг соли. Оксид бария ВаО при нагревании до 540°С сначала поглощает Кислород из воздуха, образуя пероксид ВаО₂, а при последующем нагревании до 870°С ВаО₂ разлагается, выделяя чистый Кислород. Его можно получать также из KMnO₄, Ca₂PbO₄, К₂Сг₂О₇ и других веществ при нагревании и добавлении катализаторов. Химический способ получения Кислорода малопроизводителен и дорог, промышленного значения не имеет и используется лишь в лабораторной практике.

Электролизный способ состоит в пропускании постоянного электрического тока через воду, в которую для повышения ее электропроводности добавлен раствор едкого натра NaOH. При этом вода разлагается на Кислород и водород. Кислород собирается около положительного электрода электролизера, а водород - около отрицательного. Этим способом кислород добывают как побочный продукт при производстве водорода. Для получения 2 м³ водорода и 1 м³кислорода затрачивается 12-15 кВт·ч электроэнергии.[5, с.327-334]

Разделение воздуха является основным способом получения кислорода в современной технике.

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.[7]

 

3. 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.

3.1.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.[1, с.66]

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:

 

 

4.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.

 

4.1.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 в колбу с собранным кислородом тлеющую лучину, то она ярко вспыхнет.[1, с.67]

 

2 KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂  + O₂ ↑

 

Заключение

 

В ходе исследовательской работы я выяснил, что кислород – это – газ без цвета и запаха и тяжелее воздуха, поддерживает горение - и именно это свойство используется для его обнаружения. И из всего выше сказанного можно сделать вывод, что он малорастворим в воде. Вступает в реакции с простыми веществами, образуя оксиды. А так же я подтвердил свои догадки, что кислород необходим для поддержания жизни, так как там где присутствует кислород есть жизнь.

 

Список рекомендованной литературы.

 

1. Уша­ко­ва О.В. Ра­бо­чая тет­радь по химии: 8-й кл.: к учеб­ни­ку П.А. Ор­же­ков­ско­го и др. «Химия. 8 класс» / О.В. Уша­ко­ва, П.И. Бес­па­лов, П.А. Ор­же­ков­ский; под. ред. проф. П.А. Ор­же­ков­ско­го - М.: АСТ: Аст­рель: Про­физ­дат, 2006. (с.66-67)

2. Химия. 8 класс. Учеб. для об­ще­обр. учре­жде­ний / П.А. Ор­же­ков­ский, Л.М. Ме­ще­ря­ко­ва, М.М. Ша­ла­шо­ва. – М.:Аст­рель, 2012. (§21)

3. Химия: 8-й класс: учеб. для об­ще­обр. учре­жде­ний / П.А. Ор­же­ков­ский, Л.М. Ме­ще­ря­ко­ва, Л.С. Пон­так. М.: АСТ: Аст­рель, 2005. (§27)

4. Химия: неор­ган. химия: учеб. для 8кл. об­ще­обр. учре­жд. /Г.Е. Руд­зи­тис, Ф.Г. Фельд­ман. – М.: Про­све­ще­ние, ОАО «Мос­ков­ские учеб­ни­ки», 2009. (§19)

5. Эн­цик­ло­пе­дия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред.В.А. Во­ло­дин, вед. науч. ред. И. Ле­ен­сон. – М.: Аван­та+, 2003.

6. Химия  9 класс : учебник для общеобразовательных учреждений/О.С. Габриелян. – М: Дрофа, 2006 (§21)

7. Интернет «Популярная библиотека химических элементов».

 

Приложение

Меры предосторожности

Работа со спиртовкой:

• Не переносите горящую спиртовку с места на место.
• Гасите спиртовку только с помощью колпачка.
• При нагревании не забудьте прогреть пробирку. Для этого пробирку, закрепленную в лапке штатива, медленно проведите сквозь пламя от донышка до отверстия и обратно. Эту операцию повторите несколько раз: чтобы стекло равномерно прогрелось. Признаком прогрева стекла можно считать исчезновение запотевания на стенках пробирки.
• Дно пробирки должно находиться в верхней части пламени.
• Дно пробирки не должно касаться фитиля.

Работа со стеклом:

• Помните, что горячее стекло по внешнему виду не отличается от холодного. Не прикасайтесь к горячей пробирке. Закрепляя пробирку в лапке штатива, не закручивайте сильно винт. При нагревании стекло расширяется и пробирка может треснуть

Проверка прибора на герметичность:

• Закройте пробирку пробкой с газоотводной трубкой, опустите конец трубки в стакан  с водой. Плотно обхватите ладонью пробирку и внимательно следите за появлением пузырьков   воздуха.