Номер 5, страница 277 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 7. Неметаллы. Параграф 38. Кислород и озон. Пероксид водорода - номер 5, страница 277.

Условие.

5. Охарактеризуйте способы получения кислорода, озона и пероксида водорода в лаборатории и в промышленности.

Решение.

Решение 2.

Способы получения кислорода

В лаборатории:

1. Каталитическое разложение пероксида водорода в присутствии оксида марганца(IV) $MnO_2$:

$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2O + O_2\uparrow$

2. Термическое разложение перманганата калия (марганцовки) при нагревании:

$2KMnO_4 \xrightarrow{t} K_2MnO_4 + MnO_2 + O_2\uparrow$

3. Термическое разложение хлората калия (бертолетовой соли) в присутствии катализатора $MnO_2$:

$2KClO_3 \xrightarrow{t, MnO_2} 2KCl + 3O_2\uparrow$

4. Электролиз водных растворов щелочей или кислот:

$2H_2O \xrightarrow{электролиз} 2H_2\uparrow + O_2\uparrow$

В промышленности:

Основным промышленным методом является фракционная перегонка (ректификация) сжиженного воздуха. Этот метод основан на различии температур кипения основных компонентов воздуха: азота (–195,8 °C) и кислорода (–183 °C). При постепенном нагревании жидкого воздуха сначала испаряется азот, а оставшаяся жидкость обогащается кислородом.

Ответ: В лаборатории кислород получают разложением пероксида водорода, перманганата калия или других кислородсодержащих соединений, а в промышленности — фракционной перегонкой жидкого воздуха.

Способы получения озона

Озон ($O_3$) является аллотропной модификацией кислорода. Как в лабораторных, так и в промышленных условиях его получают по одному и тому же принципу.

Метод заключается в пропускании сухого кислорода или воздуха через электрический разряд высокой напряженности (тихий или коронный разряд) в специальных приборах — озонаторах. При этом часть молекул кислорода диссоциирует на атомы, которые затем присоединяются к другим молекулам кислорода, образуя озон. Реакция обратима:

$3O_2 \rightleftharpoons 2O_3$

Этот процесс является эндотермическим. Также озон образуется при действии ультрафиолетового излучения на кислород, что происходит в верхних слоях атмосферы.

Ответ: Озон как в лаборатории, так и в промышленности получают в озонаторах при действии тихого электрического разряда на кислород или воздух.

Способы получения пероксида водорода

В лаборатории:

Лабораторные методы основаны на реакциях обмена с использованием пероксидов металлов. Чаще всего используют действие разбавленной серной кислоты на пероксид бария. Образующийся нерастворимый сульфат бария легко отделяется фильтрованием.

$BaO_2 + H_2SO_4 \rightarrow BaSO_4\downarrow + H_2O_2$

Также возможно использование пероксида натрия и серной кислоты при охлаждении:

$Na_2O_2 + H_2SO_4 \xrightarrow{охлаждение} Na_2SO_4 + H_2O_2$

В промышленности:

Основным современным промышленным методом является антрахиноновый способ. Он заключается в каталитическом гидрировании одного из производных антрахинона (например, 2-этилантрахинона) до соответствующего антрагидрохинона. Полученный продукт затем окисляют кислородом воздуха, в результате чего образуется пероксид водорода и регенерируется исходный антрахинон, который возвращается в цикл. Суммарное уравнение реакции:

$H_2 + O_2 \rightarrow H_2O_2$

Ответ: В лаборатории пероксид водорода получают действием разбавленных кислот на пероксиды металлов, а в промышленности — преимущественно каталитическим окислением органических веществ (антрахиноновый метод).