3.1. Кислород, воздух, озон
311. Объясните положение кислорода в Периодической системе. Какие значения стехиометрической валентности и степени окисления характерны для кислорода в его соединениях (приведите примеры)? Чему равна электронная валентность кислорода в O2, H2O, H2O2, CO, H3O+? С какими элементами кислород не образует соединений?
312.
Кислород состоит из смеси трех изотопов:
O
(99,759 %),
O
(0,037 %) и
O
(0,204 %).Вычислите его среднюю атомную
массу с точностью до четвертого знака
после запятой. Почему результаты
вычислений не совпадают с атомной массой
кислорода в Периодической системе?
313. Чему равны энергия и длина связи в молекуле O2? Почему для описания связи в этой молекуле не применяют метод ВС? Применяя метод МО, приведите энергетическую диаграмму этой молекулы, определите кратность химической связи, объясните парамагнитные свойства кислорода и увеличение прочности связи при отрыве электрона от молекулы.
314. Почему кислород обладает парамагнитными свойствами? Почему магнитная восприимчивость жидкого и твердого кислорода, определяемая опытным путем, оказывается меньше теоретически рассчитанной?
315. Опишите физические свойства кислорода. Вычислите его относительную плотность по водороду и воздуху и абсолютную плотность (массу одного литра). Приведите данные о растворимости кислорода в воде. В какой воде кислород растворяется лучше: в холодной или горячей? в пресной или соленой? в подкисленной или содержащей щелочь?
316. Вычислите константу и степень диссоциации молекул O2 на атомы при стандартных условиях, при 2000 ºC и при 5000 ºC и сделайте выводы. Данные для расчета:
|
Частица |
О2(г) |
О(г) |
|
DHºf, кДж/моль |
0 |
246,8 |
|
Sº, Дж/(моль∙К) |
205,0 |
160,9 |
317. Чему равен земной кларк кислорода в атомных и массовых процентах? Приведите три примера наиболее распространенных природных соединений, содержащих кислород, и вычислите в них массовую долю этого элемента. В каком соединении массовая доля кислорода наибольшая?
318. Опишите состав атмосферного воздуха. Какой объем при н.у. занимает 10 г чистого кислорода и какой объем занимает при таких же условиях воздух, содержащий 10 г кислорода? Чему равна масса кислорода в 10 л чистого вещества и в таком же объеме воздуха?
319. Какой круговорот претерпевает кислород в природе? На каком принципе основано получение кислорода из воздуха? Как очищают воздух от паров воды и углекислого газа при его разделении на азот и кислород?
320. На каких принципах основаны промышленные и лабораторные методы получения кислорода? Какие вещества из числа H2O, H2O2, Al2O3, NaNO3, KMnO4, (NH4)2Cr2O7 можно использовать для получения кислорода в лаборатории? Напишите уравнения соответствующих реакций.
321. Напишите уравнения реакций получения кислорода из KMnO4, NaNO3, KClO3 и H2O2 и укажите условия их проведения. Вычислите массу каждого вещества, необходимую для получения 10 л (н. у.) кислорода.
322. Какую массу перманганата калия надо разложить, чтобы полученного кислорода хватило для окисления 89,6 л (н.у.) аммиака на платиновом катализаторе с образованием NO? Какой массой KClO3 можно заменить эту массу KMnO4?
323. Большой объем кислорода образуется при взаимодействии KMnO4 (окислитель) с H2O2 (восстановитель) в среде H2SO4. Используя метод полуреакций, напишите уравнение этой реакции и вычислите массы H2O2 и KMnO4, необходимые для получения 10 л кислорода.
324. В лабораториях кислород часто получают электролизом водного раствора NaOH с применением железных, никелевых или платиновых электродов. Выразите схемами электродные процессы и уравнением суммарный процесс электролиза. Почему при электролизе разлагается вода, а не NaOH? Какова роль щелочи в этом процессе? Сколько электричества затрачивается на получение 100 л кислорода этим методом?
325. Какие электролиты из числа HCl, H2SO4, NaCl, KOH, Na3PO4 можно использовать для получения кислорода методом электролиза? Приведите схемы электродных процессов и общие уравнения электролиза.
326. Чем обусловлены окислительные свойства кислорода? Приведите примеры окислительно-восстановительных реакций с участием кислорода, которые осуществляются при обычных условиях без катализатора, в присутствии катализаторов и при нагревании. Почему для многих реакций с участием кислорода необходимы катализаторы или нагрев?
327. На окисление 2,0 г двухвалентного металла израсходовано 560 мл кислорода (н. у.). Какой металл был окислен?
328. Каковы общие признаки процессов окисления и горения и чем они отличаются? Определите энтальпии реакций горения угля и метана. Какую массу угля и какой объем (н.у.) метана необходимо сжечь для получения 106 кДж тепла?
329. Какой объем воды образуется при сгорании смеси, состоящей из 10 л водорода и 50 л воздуха? Какое вещество взято в избытке и чему равен объём избытка?
330. Почему многие химические процессы, не идущие в воздушной среде, интенсивно идут в атмосфере кислорода? Приведите примеры веществ, которые устойчивы в воздухе, но интенсивно горят в кислороде. Почему температура горения в кислороде выше, чем горения в воздухе?
331. Какой объем кислорода следует добавить к одному литру воздуха, чтобы содержание в нем кислорода повысилось до 40 % (объёмных)?
332. Напишите продукты реакций с участием кислорода и укажите условия их протекания:
|
1) S + O2 = |
3) NO + O2 = |
5) CH4 + O2 = |
|
2) Na + O2 = |
4) HI + O2 = |
6) FeSO4 + O2 + H2SO4 = |
333. Напишите продукты реакций с участием кислорода и укажите условия их протекания:
|
1) O2 + P4 = |
3) NH3 + O2 = |
5) C2H5OH + O2 = |
|
2) O2 + F2 = |
4) H2S + O2 = |
6) Fe(OH)2 + O2 + H2O= |
334. Опишите применение кислорода в металлургии, при получении азотной и серной кислот и в медицине. Приведите другие примеры применения кислорода. Объясните роль кислорода в жизни человека и животных.
335. В каких химических реакциях образуется озон? Почему невозможно получение чистого озона ни в озонаторах, ни в химических реакциях?
336. Как образуется озон в природе и как его получают в технике? Какой объем кислорода необходимо пропустить через озонатор, который дает выход озона 10 %, чтобы получить 1 л озона?
337. Чем является озон по отношению к кислороду? Опишите образование химических связей в молекуле озона и её строение. Чем отличается озон от кислорода по физическим свойствам? Какова его плотность по водороду, азоту, воздуху и кислороду и как он растворяется в воде? Взаимодействует ли озон с водой?
338. При озонировании 20 л кислорода его объем уменьшился до 18 л. Определите объем полученного озона и его объёмную долю (%) в озонированном кислороде.
339. Определите состав озонированного кислорода, плотность которого по водороду равна 18.
340. Объясните окислительные и отбеливающие свойства, дезинфецирующее и бактерицидное действие озона. Напишите уравнения реакций:
-
1) O3 + SO2 =
3) O3 + KI + H2O =
2) O3 + Ag + H2SO4 =
4) O3 + CrCl3 + KOH = K2CrO4 + ...
341. Из полуреакций
O2 + 4H+ + 4e = 2H2O; jº = 1,23 В
O3 + 2H+ + 2e = O2 + H2O; jº = 2,07 В
cледует, что озон – более сильный окислитель, чем кислород. Почему? Напишите уравнения реакций:
|
1) O3 + PbS = |
3) O3 + Cu + HCl = |
|
2) O3 + H2O2 = |
4) O3 + NaBr + H2SO4 = |
342. Объясните различие окислительных свойств атомарного кислорода, молекулярного кислорода и озона:
O + 2H+ + 2e = H2O; jº = 2,42 В
O2 + 4H+ + 4e = 2H2O; jº = 1,23 В
O3 + 2H+ + 2e = O2 + H2O; jº = 2,07 В
Напишите уравнения реакций:
|
1) O3 + Hg = |
3) O3 + SO2 + H2O = |
|
2) O3 + NO2 = |
4) O3 + MnO2 + KOH = K2MnO4 + ... |
343. Известно, что термодинамически неустойчивые вещества получить из простых веществ невозможно, однако Cl2O7 (DGºf = 399,1 кДж/моль) образуется из простых веществ – хлора и озона по реакции:
7O3 + 3Cl2 = 3Cl2O7
Объясните это противоречие.
344. Термодинамическими расчетами покажите возможность осуществления при стандартных условиях реакции, в которой оба реагента (О3 и NO) и продукт реакции (N2O5) – термодинамически неустойчивые вещества:
O3 + 2NO = N2O5
345. Термодинамическими расчетами покажите возможность взаимодействия при стандартных условиях озона с водой по уравнению:
O3 + H2O = O2 + H2O2
Каков тип этой реакции, какое вещество является в ней окислителем и какое – восстановителем?
346. В одной из химических статей утверждается, что в реакции
H2O2 + O3 ® H2O + O2
озон является восстановителем. Правильно ли это? Как можно объяснить тот факт, что эту реакцию можно выразить различными уравнениями:
H2O2 + O3 = H2O + 2O2
2H2O2 + 4O3 = 2H2O + 7O2
4H2O2 + 2O3 = 4H2O + 5O2 и т.д.?
347. Исходя из энтальпии образования воды (–241,6 кДж/моль) и энтальпии реакции:
2O3 = 3O2; DНº = –288,4 кДж,
вычислите энтальпию реакции H2 + 1/3O3 = H2O(г).
348. При пропускании через раствор иодида калия 2,6 л озонированного кислорода (20 ºC, 100 кПа) выделилось 2,54 г иода. Вычислите содержание озона в кислороде, ответ выразите в объемных процентах.
349. Осушенный и очищенный от CO2 воздух объемом 100 л (н. у.) пропустили через озонатор, при этом 8 % кислорода превратилось в озон. Полученный газ пропустили через раствор иодида калия. Какая масса иода образовалась? Какой объем хлора (н. у.) потребуется для превращения этого йода в HIO3?
350. Как возникает озоновый слой в атмосфере, почему его существование является условием жизни на Земле? Какие промышленные газы, выбрасываемые в атмосферу, разрушают озоновый слой? Почему для озонового слоя в атмосфере особенно опасны фреоны?