Номер 3, страница 97 - гдз по химии 8 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Как получают кислород в лаборатории и в промышленности? Напишите уравнения соответствующих реакций. Чем отличаются эти способы друг от друга?

Получение кислорода в лаборатории

В лабораторных условиях кислород получают в небольших количествах, как правило, путем разложения кислородсодержащих веществ. Эти реакции требуют либо нагревания, либо использования катализатора.

1. Разложение перманганата калия (марганцовки) при нагревании:

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

2. Каталитическое разложение пероксида (перекиси) водорода. В качестве катализатора чаще всего используют оксид марганца(IV):

$2H_2O_2 \xrightarrow{MnO_2} 2H_2o + O_2 \uparrow$

3. Разложение хлората калия (бертолетовой соли) при нагревании в присутствии катализатора (также оксида марганца(IV)):

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

Ответ: В лаборатории кислород получают разложением сложных веществ, таких как перманганат калия, пероксид водорода или хлорат калия.

Получение кислорода в промышленности

В промышленных масштабах кислород получают из самых доступных и дешевых источников – воздуха и воды.

1. Ректификация (перегонка) сжиженного воздуха. Это основной промышленный способ. Воздух сжижают путем сильного охлаждения и сжатия. Затем жидкий воздух медленно нагревают. Азот, имеющий более низкую температуру кипения ($-196^{\circ}C$), испаряется первым, а оставшаяся жидкость обогащается кислородом (температура кипения $-183^{\circ}C$). Этот процесс является физическим, а не химическим.

2. Электролиз воды. Через воду, обычно с добавлением щелочи для увеличения электропроводности, пропускают электрический ток. Вода разлагается на водород и кислород. Этот способ более энергозатратный, но позволяет получать кислород очень высокой чистоты.

$2H_2o \xrightarrow{электрический \ ток} 2H_2 \uparrow + O_2 \uparrow$

Ответ: В промышленности кислород получают в основном физическим методом — перегонкой сжиженного воздуха, а также химическим — электролизом воды.

Чем отличаются эти способы друг от друга?

Лабораторные и промышленные способы получения кислорода имеют несколько ключевых отличий:

1. Масштабы производства: Лабораторные методы предназначены для получения небольших объемов газа (литры), в то время как промышленные установки производят кислород в огромных количествах (тысячи тонн).

2. Исходное сырье: В лаборатории используют относительно дорогие химические реактивы ($KMnO_4$, $H_2O_2$). В промышленности используется самое дешевое и доступное сырье — атмосферный воздух и вода.

3. Принцип метода: Лабораторные способы — это, как правило, химические реакции разложения. Основной промышленный способ — это физический процесс разделения смеси (сжиженного воздуха).

4. Стоимость: Себестоимость кислорода, полученного в лаборатории, очень высока по сравнению с промышленным. Промышленные методы оптимизированы для минимизации затрат на единицу продукции.

5. Аппаратура: В лаборатории используется простая стеклянная посуда и нагревательные приборы. В промышленности — сложные, громоздкие и дорогостоящие установки (ректификационные колонны, электролизеры).

Ответ: Способы отличаются масштабами производства, используемым сырьем, принципом (химический/физический), стоимостью и сложностью оборудования.