• При нагревании разлагается с выделением кислорода


    Получение кислорода - Основы химии на Ида Тен

    Содержание статьи

    История открытия кислорода

    Открытие кислорода ознаменовало новый период в развитии химии. С глубокой древности было известно, что для горения необходим воздух. Процесс горения веществ долгое время оставался непонятным. В эпоху алхимии широкое распространение получила теория флогистона, согласно которой вещества горят благодаря их взаимодействию с огненной материей, то есть с флогистоном, который содержится в пламени. Кислород был получен английским химиком Джозефом Пристли в 70-х годах XVIII века. Химик нагревал красный порошок оксида ртути (II), в итоге вещество разлагалось, с образованием металлической ртути и бесцветного газа:

    2HgO t° → 2Hg + O2↑

    Оксиды – бинарные соединения, в состав которых входит кислород При внесении тлеющей лучины в сосуд с газом она ярко вспыхивала. Ученый считал, что тлеющая лучина вносит в газ флогистон, и он загорается. Д. Пристли пробовал дышать полученным газом, и был восхищен тем, как легко и свободно им дышится. Тогда ученый и не предполагал, что удовольствие дышать этим газом предоставлено каждому. Результатами своих опытов Д. Пристли поделился с французским химиком Антуаном Лораном Лавуазье.

    Имея хорошо оснащенную на то время лабораторию, А. Лавуазье повторил и усовершенствовал опыты Д. Пристли. А. Лавуазье измерил количество газа, выделяющееся при разложении определенной массы оксида ртути. Затем химик нагрел в герметичном сосуде металлическую ртуть до тех пор, пока она не превратилась в оксид ртути (II). Он обнаружил, что количество выделившегося газа в первом опыте равно газу, поглотившемуся во втором опыте. Следовательно, ртуть реагирует с каким-то веществом, содержащимся в воздухе. И это же вещество выделяется при разложении оксида. Лавуазье первым сделал вывод, что флогистон здесь совершенно ни при чем, и горение тлеющей лучины вызывает именно неизвестный газ, который в последствии был назван кислородом. Открытие кислорода ознаменовало крах теории флогистона!

    Способы получения и собирания кислорода в лаборатории

    Лабораторные способы получения кислорода весьма разнообразны. Существует много веществ, из которых можно получить кислород. Рассмотрим наиболее распространенные способы.

    1) Разложение оксида ртути (II)

    Одним из способов получения кислорода в лаборатории, является его получение по описанной выше реакции разложения оксида ртути (II). Ввиду высокой токсичности соединений ртути и паров самой ртути, данный способ используется крайне редко.

    2) Разложение перманганата калия

    Перманганат калия (в быту мы называем его марганцовкой) – кристаллическое вещество темно-фиолетового цвета. При нагревании перманганата калия выделяется кислород. В пробирку насыплем немного порошка перманганата калия и закрепим ее горизонтально в лапке штатива. Недалеко от отверстия пробирки поместим кусочек ваты. Закроем пробирку пробкой, в которую вставлена газоотводная трубка, конец которой опустим в сосуд- приемник. Газоотводная трубка должна доходить до дна сосуда-приемника. Ватка, находящаяся около отверстия пробирки нужна, чтобы предотвратить попадание частиц перманганата калия в сосуд-приемник (при разложении выделяющийся кислород увлекает за собой частички перманганата). Когда прибор собран, начинаем нагревание пробирки. Начинается выделение кислорода.

    Уравнение реакции разложения перманганата калия:

    2KMnO4 t° → K2MnO4 + MnO2 + O2↑

    Как обнаружить присутствие кислорода? Воспользуемся способом Пристли. Подожжем деревянную лучину, дадим ей немного погореть, затем погасим, так, чтобы она едва тлела. Опустим тлеющую лучину в сосуд с кислородом. Лучина ярко вспыхивает! Газоотводная трубка была не случайно опущена до дна сосуда-приемника. Кислород тяжелее воздуха, следовательно, он будет собираться в нижней части приемника, вытесняя из него воздух. Кислород можно собрать и методом вытеснения воды. Для этого газоотводную трубку необходимо опустить в пробирку, заполненную водой, и опущенную в кристаллизатор с водой вниз отверстием. При поступлении кислорода газ вытесняет воду из пробирки.

    Разложение пероксида водорода

    Пероксид водорода – вещество всем известное. В аптеке оно продается под названием «перекись водорода». Данное название является устаревшим, более правильно использовать термин «пероксид». Химическая формула пероксида водорода Н2О2 Пероксид водорода при хранении медленно разлагается на воду и кислород. Чтобы ускорить процесс разложения можно произвести нагрев или применить катализатор.

    Катализатор – вещество, ускоряющее скорость протекания химической реакции

    Нальем в колбу пероксид водорода, внесем в жидкость катализатор. Катализатором может служить порошок черного цвета – оксид марганца MnO2. Тотчас смесь начнет вспениваться вследствие выделения большого количества кислорода. Внесем в колбу тлеющую лучину – она ярко вспыхивает. Уравнение реакции разложения пероксида водорода:

    2h3O2 MnO2 → 2h3O + O2↑

    Обратите внимание: катализатор, ускоряющий протекание реакции, записывается над стрелкой, или знаком «=», потому что он не расходуется в ходе реакции, а только ускоряет ее.

    Разложение хлората калия

    Хлорат калия – кристаллическое вещество белого цвета. Используется в производстве фейерверков и других различных пиротехнических изделий. Встречается тривиальное название этого вещества – «бертолетова соль». Такое название вещество получило в честь французского химика, впервые синтезировавшего его, – Клода Луи Бертолле. Химическая формула хлората калия KСlO3. При нагревании хлората калия в присутствии катализатора – оксида марганца MnO2, бертолетова соль разлагается по следующей схеме:

    2KClO3 t°, MnO2 → 2KCl + 3O2↑.

    Разложение нитратов

    Нитраты – вещества, содержащие в своем составе ионы NO3⎺. Соединения данного класса используются в качестве минеральных удобрений, входят в состав пиротехнических изделий.

    Нитраты – соединения термически нестойкие, и при нагревании разлагаются с выделением кислорода:

    Обратите внимание, что все рассмотренные способы получения кислорода схожи. Во всех случаях кислород выделяется при разложении более сложных веществ.

    Реакция разложения – реакция, в результате которой сложные вещества разлагаются на более простые В общем виде реакцию разложения можно описать буквенной схемой:

    АВ → А + В.

    Реакции разложения могут протекать при действии различных факторов. Это может быть нагревание, действие электрического тока, применение катализатора. Существуют реакции, в которых вещества разлагаются самопроизвольно.

    Получение кислорода в промышленности

    В промышленности кислород получают путем выделения его из воздуха.

    Воздух – смесь газов, основные компоненты которой представлены в таблице.

    Сущность этого способа заключается в глубоком охлаждении воздуха с превращением его в жидкость, что при нормальном атмосферном давлении может быть достигнуто при температуре около -192°С. Разделение жидкости на кислород и азот осуществляется путем использования разности температур их кипения, а именно: Ткип.

    О2 = -183°С

    N2 = -196°С (при нормальном атмосферном давлении).

    При постепенном испарении жидкости в газообразную фазу в первую очередь будет переходить азот, имеющий более низкую температуру кипения, и, по мере его выделения, жидкость будет обогащаться кислородом. Многократное повторение этого процесса позволяет получить кислород и азот требуемой чистоты. Такой способ разделения жидкостей на составные части называется ректификацией жидкого воздуха.

    Итог статьи:

    • В лаборатории кислород получают реакциями разложения
    • Реакция разложения – реакция, в результате которой сложные вещества разлагаются на более простые
    • Кислород можно собрать методом вытеснения воздуха или методом вытеснения воды
    • Для обнаружения кислорода используют тлеющую лучину, она ярко вспыхивает в нем
    • Катализатор – вещество, ускоряющее химическую реакцию, но не расходующееся в ней

    Реакции разложения | CHEMEGE.RU

    При выполнении различных заданий ЕГЭ по химии (например, задачи 34 или задания 32 «мысленный эксперимент») могут пригодиться знания о том, какие вещества при нагревании разлагаются и как они разлагаются.

    Рассмотрим термическую устойчивость основных классов неорганических веществ. Я не указываю в условиях температуру протекания процессов, так как в ЕГЭ по химии такая информация, как правило, не встречается. Если возможны различные варианты разложения веществ, я привожу наиболее вероятные, на мой взгляд, реакции.

    При нагревании разлагаются оксиды тяжелых металлов:

    2Ag2O = 4Ag + O2

    2HgO = 2Hg + O2

    4CrO3 = 2Cr2O3 + O2

    2Mn2O7 = 4MnO2 + 3O2

    Как правило, при нагревании разлагаются нерастворимые гидроксиды. Исключением является гидроксид лития, он растворим, но при нагревании в твердом виде разлагается на оксид и воду:

    2LiOH = Li2O + H2O

    Гидроксиды других щелочных металлов при нагревании не разлагаются.

    Гидроксиды серебра (I) и меди (I) неустойчивы:

    2AgOH = Ag2O + H2O

    2CuOH = Cu2O + H2O

    Гидроксиды большинства металлов при нагревании разлагаются на оксид и воду.

    В инертной атмосфере (в отсутствии кислорода воздуха) гидроксиды хрома (III) марганца (II) и железа (II) распадаются на оксид и воду:

    2Cr(OH)3 = Cr2O3 + 3H2O

    Mn(OH)2 = MnO + H2O

    Fe(OH)2 = FeO + H2O

    Большинство остальных нерастворимых гидроксидов металлов также при нагревании разлагаются:

    2Fe(OH)3 = Fe2O3 + 3H2O

    2Al(OH)3 = Al2O3 + 3H2O

    При нагревании разлагаются нерастворимые кислоты.

    Например, кремниевая кислота:

    H2SiO3 = H2O + SiO2

    Некоторые кислоты неустойчивы и подвергаются разложению в момент образования. Большая часть молекул сернистой кислоты и угольной кислоты распадаются на оксид и воду в момент образования:

    H2SO3 = H2O + SO2

    H2CO3 = H2O + CO2

    В ЕГЭ по химии лучше эти кислоты записывать в виде оксида и воды.

    Например, при действии водного раствора углекислого газа на карбонат калия в качестве реагента мы указываем не угольную кислоту, а оксид углерода (IV) и воду, но подразумеваем угольную кислоту при этом:

    K2CO3 + H2O + CO2 = 2KHCO3

    Азотистая кислота на холоде или при комнатной температуре частично распадается уже в водном растворе, реакция протекает обратимо:

    2HNO2 = H2O + NO2↑ + NO↑

    При нагревании выше 100оС продукты распада несколько отличаются:

    3HNO2 = H2O + HNO3↑ + 2NO↑

    Азотная кислота под действием света или при нагревании частично обратимо разлагается:

    4HNO3 = 2H2O + 4NO2 + O2

    Разложение хлоридов

    Хлориды щелочных, щелочноземельных металлов, магния, цинка, алюминия и хрома при нагревании не разлагаются.

    Хлорид серебра (I) разлагается под действием света:

    2AgCl → Ag + Cl2

    Хлорид аммония при нагревании выше 340 оС разлагается:

    NH4Cl → NH3 + HCl

    Разложение нитратов

    Нитраты щелочных металлов при нагревании разлагаются до нитрита металла и кислорода.

    Например, разложение нитрата калия:

    2KNO3 → 2KNO2 + O2

    Видеоопыт разложения нитрата калия можно посмотреть здесь.

    Нитраты магния, стронция, кальция и бария разлагаются до нитрита и кислорода при нагревании до 500 оС:

    Ca(NO3)2 → Ca(NO2)2 + O2

    Mg(NO3)2 → Mg(NO2)2 + O2

    Ba(NO3)2 → Ba(NO2)2 + O2

    Sr(NO3)2 → Sr(NO2)2 + O2

    При более сильном нагревании (выше 500оС)  нитраты магния, стронция, кальция и бария разлагаются до оксида металла, оксида азота (IV) и кислорода:

    2Ca(NO3)2 → 2CaО + 4NO2 + O2

    2Mg(NO3)2 → 2MgО + 4NO2 + O2

    2Sr(NO3)2 → 2SrО + 4NO2 + O2

    2Ba(NO3)2 → 2BaО + 4NO2 + O2

    Нитраты металлов, расположенных в ряду напряжений после магния и до меди (включительно) + нитрат лития разлагаются при нагревании до оксида металла, диоксида азота и кислорода:

    2Cu(NO3)2 → 2CuО + 4NO2 + O2

    2Pb(NO3)2 → 2PbО + 4NO2 + O2

    4Al(NO3)3 → 2Al2O3 + 12NO2 + 3O2

    4LiNO3 → 2Li2O + 4NO2 + O2

    Нитраты серебра и ртути разлагаются при нагревании до металла, диоксида азота и кислорода:

    2AgNO3 → 2Ag + 2NO2 + O2

    Hg(NO3)2 → Hg + 2NO2 + O2

    Нитрат аммония разлагается при небольшом нагревании до 270оС оксида азота (I) и воды:

    NH4NO3 → N2O + 2H2O

    При более высокой температуре образуются азот и кислород:

    2NH4NO3 → 2N2 + O2 + 4H2O

    Разложение карбонатов и гидрокарбонатов

    Карбонаты натрия и калия плавятся при нагревании.

    Карбонаты лития, щелочноземельных металлов и магния разлагаются на оксид металла и углекислый газ:

    Li2CO3 → Li2O + CO2

    CaCO3 → CaO + CO2

    MgCO3 → MgO + CO2

    Карбонат аммония разлагается при 30оС на гидрокарбонат аммония и аммиак:

    (NH4)2CO3 → NH4HCO3 + NH3

    Гидрокарбонат аммония при дальнейшем нагревании разлагается на аммиак, углекислый газ и воду:

    NH4HCO3 → NH3 + CO2 + H2O

    Гидрокарбонаты натрия и калия при нагревании разлагаются на карбонаты, углекислый газ и воду:

    2NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2

    2KHCO3 → K2CO3 + H2O + CO2

    Гидрокарбонат кальция при нагревании до 100оС разлагается на карбонат, углекислый газ и воду:

    Ca(HCO3)2 → CaCO3 + H2O + CO2

    При нагревании до 1200оС образуются оксиды:

    Ca(HCO3)2 → CaO + H2O + 2CO2

    Разложение сульфатов

    Сульфаты щелочных металлов при нагревании не разлагаются.

    Сульфаты алюминия, щелочноземельных металлов, меди, железа и магния разлагаются до оксида металла, диоксида серы и кислорода:

    2MgSO4 → 2MgO + 2SO2 + O2

    2CuSO4 → 2CuO + 2SO2 + O2

    2BaSO4 → 2BaO + 2SO2 + O2

    2Al2(SO4)3 → 2Al2O3 + 6SO2 + 3O2

    2Fe2(SO4)3 → 2Fe2O3 + 6SO2 + 3O2

    Сульфаты серебра и ртути разлагаются до металла, диоксида серы и кислорода:

    Ag2SO4 → 2Ag + SO2 + O2

    2HgSO4 → 2Hg + 2SO2 + O2

    Разложение фосфатов, гидрофосфатов и дигидрофосфатов

    Эти реакции, скорее всего, в ЕГЭ по химии не встретятся! Гидрофосфаты щелочных и щелочноземельных металлов разлагаются до пирофосфатов:

    2Na2HPO4 →  H2O + Na4P2O7

    2K2HPO4 →  H2O + K4P2O7

    2CaHPO4 →  H2O + Ca2P2O7

    Ортофосфаты при нагревании не разлагаются (кроме фосфата аммония).

    Разложение сульфитов

    Сульфиты щелочных металлов разлагаются до сульфидов и сульфатов:

    4Na2SO3 →  Na2S + 3Na2SO4

    Разложение солей аммония

    Некоторые соли аммония, не содержащие анионы кислот-сильных окислителей, обратимо разлагаются при нагревании без изменения степени окисления. Это хлорид, бромид, йодид, дигидрофосфат аммония:

    NH4Cl →  NH3 + HCl

    NH4Br →  NH3 + HBr

    NH4l →  NH3 + Hl

    NH4H2PO4 →  NH3 + H3PO4

    Cоли аммония, образованные кислотами-окислителями, при нагревании также разлагаются. При этом протекает окислительно-восстановительная реакция. Это дихромат аммония, нитрат и нитрит аммония:

    NH4NO3 → N2O + 2H2O

    NH4NO2 → N2 + 2H2O

    Видеоопыт разложения нитрита аммония можно посмотреть здесь.

    (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4H2O

    Разложение перманганата калия

    2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2

    Разложение хлората и перхлората калия

    Хлорат калия при нагревании разлагается до перхлората и хлорида:

    4KClO3 → 3KClO4 + KCl

    При нагревании в присутствии катализатора (оксид марганца (IV)) образуется хлорид калия и кислород:

    2KClO3 → 2KCl + 3O2

    Перхлорат калия при нагревании разлагается до хлорида и кислорода:

    KClO4 → KCl + 2O2

    Тренажер задания 32 по химии азота

    1. Две соли содержат одинаковый катион. Термический распад первой из них напоминает извержение вулкана, при этом выделяется малоактивный бесцветный газ, входящий в состав атмосферы. При взаимодействии второй соли с раствором нитрата серебра образуется белый творожистый осадок, а при нагревании её с раствором щелочи выделяется бесцветный ядовитый газ с резким запахом; этот газ может быть получен также при взаимодействии нитрида магния с водой. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    (NH4)2Cr2O7      N2↑   +   Cr2O +    4H2O

    NH4Cl     +    AgNO3   =   AgCl↓   +   NH4NO3

    NH4Cl     +    NaOH   =   NaCl   +   NH3↑  +   H2O

    Mg3N2   +    6H2O     =   3Mg(OH)2 ↓  +   2NH3

     

    1. Над поверхностью налитого в колбу раствора едкого натра пропускали электрические разряды, при этом воздух в колбе окрасился в бурый цвет, который исчезал через некоторое время. Полученный раствор осторожно выпарили и установили, что твёрдый остаток представляет собой смесь двух солей. При нагревании этой смеси выделяется газ и остается единственное вещество. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    2NO   +   O2   =   2NO2

    NO2   +   2NaOH   =   NaNO3   +   NaNO2   +   H2O

    2NaNO3  → 2NaNO2   +   O2

     

    1. В результате термического разложения дихромата аммония получили газ, который пропустили над нагретым магнием. Образовавшееся вещество поместили в воду. образовавшийся при этом газ пропустили через свежеосажденный гидроксид меди (II). Напишите уравнения описанных реакций.

     

    (NH4)2Cr2O7   →   N2↑   +   Cr2O +    4H2O

    3Mg    +   N2   =   Mg3N2

    Mg3N2   +    6H2O     =   3Mg(OH)2 ↓  +   2NH3

    4NH3   +   Cu(OH)2   =  [Cu(NH3)4](OH)2

     

    1. Газ, выделившийся на аноде при электролизе нитрата ртути (II), был использован для каталитического окисления аммиака. Получившийся в результате реакции бесцветный газ мгновенно вступил в реакцию с кислородом воздуха. Образовавшийся бурый газ пропустили через баритовую воду. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    2NO   +   O2   =   2NO2

    4NO2   +   2Ba(OH)2   =   Ba(NO3)2   +   Ba(NO2)2   +   2H2O

     

    1. Йод поместили в пробирку с концентрированной горячей азотной кислотой. выделившийся газ пропустили через воду в присутствии кислорода. В полученный раствор добавили гидроксид меди (II). Образовавшийся раствор выпарили и сухой твердый остаток прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    I2   +   10HNO3     =   2HIO3  +   10NO2   +   4H2O

    4NO2   +   O2   +   2H2O    =   4HNO3

    2HNO3    +   Cu(OH)2   =  Cu(NO3)2   +   2H2O

    2Cu(NO3)2   →   2CuO   +   O2   +   4NO2

     

    1. Продукт взаимодействия лития с азотом обработали водой. Полученный газ пропустили через раствор серной кислоты до прекращения химических реакций. Полученный раствор обработали хлоридом бария. Раствор профильтровали, а фильтрат смешали с раствором нитрита натрия и нагрели. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    6Li   +  N2  =   2Li3N

    Li3N    +   3H2O   =   3LiOH   +  NH3

    2NH3    +   H2SO4   =   (NH4)2SO4

    (NH4)2SO4    +   BaCl2    =   BaSO4   +   2NH4Cl

    NH4Cl   +   NaNO2  →    N2   +   NaCl   +   2H2O

     

    1. Навеску алюминия растворили в разбавленной азотной кислоте, при этом выделилось простое вещество. К полученному раствору добавили карбонат натрия до полного прекращения выделения газа. Выпавший осадок отфильтровали и прокалили, фильтрат упарили, полученный твердый остаток сплавили с хлоридом аммония. Выделившийся газ смешали с аммиаком и нагрели полученную смесь. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    10Al    +   36HNO  =    10Al(NO3)3    +   3N2↑   +    18H2O

    2Al(NO3)3    +   3Na2CO3   +   3H2O    =    2Al(OH)3↓ +   3CO2↑   +   6NaNO3

    2Al(OH)3 →  Al2O3   +   3H2O

    NaNO3   +  NH4Cl  → N2O   +   NaCl   +   2H2O

    3N2O   +  2NH3   =   4N2    +   3H2O

     

    1. Две соли содержат одинаковый катион. Термический распад первой из них напоминает извержение вулкана, при этом выделяется малоактивный бесцветный газ, входящий в состав атмосферы. При взаимодействии второй соли с раствором нитрата серебра образуется белый творожистый осадок, а при нагревании ее с раствором щелочи выделяется бесцветный ядовитый газ с резким запахом; этот газ может быть получен также при взаимодействии нитрида магния с водой. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    (NH4)2Cr2O7  → N2   +   Cr2O3   +   4H2O

    NH4Cl   +   AgNO3   =    AgCl↓   +   NH4NO3

    NH4Cl    +    NaOH   =   NaCl   +   NH3↑  +    H2O

    Mg3N2   +   6H2O    =    2NH3↑ +    3Mg(OH)2

     

    1. Над поверхностью налитого в колбу раствора едкого натра пропускали электрические разряды, при этом воздух в колбе окрашивался в бурый цвет, который исчезал через некоторое время. Полученный раствор осторожно выпарили и установили, что твердый остаток представляет собой смесь двух солей. При нагревании этой смеси выделяется газ и остается единственное вещество. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    2NO     +    O2    =     2NO2

    2NO2    +    2NaOH    =    NaNO3    +    NaNO2    +   H2O

    2NaNO3 →  2NaNO2   +   O2

     

    1. Смесь двух бесцветных, не имеющих цвета и запаха, газов А и Б пропустили при нагревании над катализатором, содержащим железо, и  образующимся при этом газом В нейтрализовали раствором бромоводородной кислоты. Раствор выпарили и остаток нагрели с едким кали, в результате выделился бесцветный газ В с резким запахом. При сжигании газа В на воздухе образуется вода и газ А. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    газы – N2,   H2,  NH3

    N2   +   3H2   =   2NH3

    NH3   +    HBr    =    NH4Br

    NH4Br   +    KOH   =   KBr   +   H2O   +    NH3

    4NH3   +    3O2    =   2N2    +    6H2O

     

    1. Азотную кислоту нейтрализовали пищевой содой, нейтральный раствор осторожно выпарили и остаток прокалили. Образовавшееся вещество внесли в подкисленный серной кислотой раствор перманганатом калия, при этом раствор обесцветился. Азотсодержащий продукт реакции поместили в раствор едкого натра и добавили цинковую пыль, при этом выделился газ с резким характерным запахом. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    HNO3   +    NaHCO3    =   NaNO3   +   H2O   +   CO2↑

    2NaNO3 →  2NaNO2   +   O2↑

    5NaNO2   +   2KMnO4   +    3H2SO4    =   5NaNO3    +   K2SO4  +  2MnSO4  +  3H2O

    NaNO3   +   4Zn   +    7NaOH   +  6H2O   =   NH3↑  +   4Na2[Zn(OH)4]

     

    1. Азотоводородную смесь нагрели до температуры 500º С и под высоким давлением пропустили над железным катализатором. Продукты реакции пропустили через раствор азотной кислоты до его нейтрализации. Образовавшийся раствор осторожно выпарили, твердый остаток прокалили и выделившийся при этом газ пропустили над медью при нагревании, в результате образовалось вещество черного цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    N2   +   3H2   ↔   2NH3

    NH3   +   HNO3   =   NH4NO3

    NH4NO3   →    N2O↑  +   2H2O

    N2O   +   Cu   =   CuO   +   N2

     

    1. Продукт взаимодействия азота и лития обработали водой. Выделившийся в результате реакции газ смешали с избытком кислорода и при нагревании пропустили над платиновым катализатором; образовавшееся газовая смесь имела бурый цвет. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    N2    +   6Li   =  2Li3N

    Li3N    +   3H2O   =   3LiOH   +  NH3

    2NO   +   O2    =    2NO2

     

    1. Газовую смесь аммиака и большого избытка воздуха пропустили при нагревании над платиной и продукты реакции через некоторое время поглотили раствором едкого натра. После выпаривания раствора был получен единственный продукт. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    2NO    +   O2    =   2NO2

    2NO2   +    2NaOH   =   NaNO3   +   NaNO2   +  H2O

    2NaNO2  +  O2   =  2NaNO3

     

    1. Через избыток раствора едкого кали пропустили бурый газ в присутствии большого избытка воздуха. В образовавшийся раствор добавили магниевую стружку и нагрели; выделившимся газом нейтрализовали азотную кислоту. Полученный раствор осторожно выпарили, твердый продукт реакции прокалили. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    2NO2   +   O2   +   2KOH     =    2KNO3   +    H2O

    KNO3   +   4Mg   +   6H2O   =  NH3↑  +   4Mg(OH)2↓  +   KOH

    NH3    +   HNO3   =  NH4NO3

    NH4NO3 →  N2O   +   2H2O

     

    1. Оксид меди (I) обработали концентрированной азотной кислотой, раствор осторожно выпарили и твердый остаток прокалили. Газообразные продукты реакции пропустили через большое количество воды и в образовавшийся раствор добавили магниевую стружку, в результате выделился газ, используемый в медицине. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    Cu2O    +    6HNO3    =   2Cu(NO3)2   +   2NO2↑   +   3H2O

    2Cu(NO3)2 →  2CuO   +   4NO2↑  +  O2

    4NO2 + O2 + 2H2O     =     4HNO3

    4Mg    +     10HNO3(разб.)     =    4Mg(NO3)2    +   N2O↑    +   5H2O  или

    4Mg    +     10HNO3(оч. разб.)     =    4Mg(NO3)2      +    NH4NO3  +  3H2O

     

    1. Нитрид магния обработали избытком воды. При пропускании выделившегося газа через бромную воду или через нейтральный раствор перманганата калия, так и при его сжигании образуется один и тот же газообразный продукт. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    Mg3N2   +   6H2O   =    3Mg(OH)2↓ +   2NH3

    2NH3   +  3Br2    =   N2↑   +   6HBr     или

    8NH3   +  3Br2    =   N2↑  +   6NH4Br

    2KMnO4   +   2NH3    =   2MnO2    +   N2↑   +    3KOH   +   3H2O

    4NH3     +   3O2    =    2N2↑   +    6H2O

     

    1. Один из продуктов взаимодействия аммиака с бромом – газ, входящий в состав атмосферы, смешали с водородом и нагрели в присутствии платины. Образовавшуюся смесь газов пропустили через раствор соляной кислоты и к полученному раствору добавили при небольшом нагревании нитрит калия. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    2NH3   +   3Br2    =   N2↑  +   6HBr  или

    8NH3   +  3Br2    =   N2↑   +   6NH4Br

    N2   +   3H2  ↔   2NH3

    NH3   +   HCl   =    NH4Cl

     

    1. Магний нагрели в сосуде, наполненном газообразным аммиаком. Образовавшееся вещество растворили в концентрированном растворе бромоводородной кислоты, раствор выпарили и остаток нагревали до появления запаха, после чего добавили раствор щелочи. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    2NH3    +   3Mg   =   Mg3N2    +   3H2

    Mg3N2   +   8HBr    =   3MgBr2    +   2NH4Br

    NH4Br →  NH3   +   HBr

    MgBr2   +     2NaOH    =   Mg(OH)2↓   +    2NaBr

     

    1. Смесь азота и водорода последовательно пропустили над нагретой платиной и через раствор серной кислоты. В раствор добавили хлорид бария и после отделения выпавшего осадка – известковое молоко и нагрели. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    N2   +   3H2    =    2NH3

    2NH3   +   H2SO4    =   (NH4)2SO4

    (NH4)2SO4    +    BaCl2     =    2NH4Cl    +   BaSO4

    2NH4Cl    +   Ca(OH)2     =    CaCl2   +   2NH3↑    +   2H2O

     

    1. Аммиак смешали с большим избытком воздуха, нагрели в присутствии платины и через некоторое время поглотили водой. Медная стружка, добавленная в полученный раствор растворяется с выделением бурого газа. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    2NO    +    O2     =    2NO2

    4NO2    +    O2     +    2H2O    =   4HNO3

    Cu      +     4HNO3(конц.)    =    Cu(NO3)2    +   2NO2↑   +   2H2O

     

    1. При нагревании вещества оранжевого цвета оно разлагается; среди продуктов разложения – бесцветный газ и твердое вещество зеленого цвета. Выделившийся газ реагирует с литием даже при небольшом нагревании. Продукт последней реакции взаимодействует с водой, при этом выделился газ с резким запахом, который может восстанавливать металлы, например медь из их оксидов. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    (NH4)2Cr2O7 → N2↑   +   Cr2O3   +   4H2O

    N2    +    6Li   =   2Li3N

    Li3N   +   3H2O   =   3LiOH  +  NH3

    2NH3   +   3CuO    =  N2↑   +   3Cu    +   3H2O

     

    1. Металлический кальций прокалили в атмосфере азота. Продукт реакции обработали водой, выделившийся при этом газ пропустили в раствор нитрата хрома (III). Выпавший в ходе процесса серо-зеленый осадок обработали щелочным раствором пероксида водорода. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    N2   +   3Ca  →  Ca3N2

    Ca3N2   +    6H2O     =   3Ca(OH)2   +   2NH3

    3NH3   +   3H2O   +   Cr(NO3)3    =   Cr(OH)3↓  +  3NH4NO3

    2Cr(OH)3    +    3H2O2   +   4KOH    =   2K2CrO4   +   8H2O

     

    1. Смесь порошков нитрита калия и хлорида аммония растворили в воде и раствор осторожно нагрели. Выделившийся газ прореагировал с магнием. Продукт реакции внесли в избыток раствора соляной кислоты, при этом выделение газа не наблюдалось. полученную магниевую соль в растворе обработали карбонатом натрия. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    KNO2   +  NH4Cl  →  KCl   +   N2↑   +   2H2O

    N2   +   3Mg   →  Mg3N2

    Mg3N2   +    8HCl     =   3MgCl2   +   2NH4Cl

    2MgCl2   +   2Na2CO3   +   H2O   =   (MgOH)2CO3↓  +   CO2    +   4NaCl

     

    1. Медь растворили в концентрированной азотной кислоте. К полученному раствору добавили избыток раствора аммиака, наблюдали сначала образование осадка, а затем – его полное растворение. Полученный раствор обработали избытком соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    Cu      +     4HNO3(конц.)    =    Cu(NO3)2    +   2NO2↑   +   2H2O

    Cu(NO3)2    +   2NH3 · H2O   =  Cu(OH)2↓   +   2NH4NO3

    Cu(OH)2  +   2NH3 · H2O   =   [Cu(NH3)4](OH)2  +  4H2O

    [Cu(NH3)4](OH)2  +  6HCl    =  CuCl2    +   4NH4Cl   +   2H2O

     

    1. Магний растворили в разбавленной азотной кислоте, причем выделение газа не наблюдалось. Получившийся раствор обработали избытком раствора гидроксида калия при нагревании. Выделившийся при этом газ сожгли в кислороде. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    4Mg    +   10HNO3    =    4Mg(NO3)2    +   NH4NO3↑    +    3H2O

    Mg(NO3)2    +   2KOH    =   Mg(OH)2↓    +    2KNO3

    NH4NO3    +    KOH    =   KNO3    +    NH3↑    +    H2O

    4NH3     +   3O2    =    2N2↑   +    6H2O

     

    1. Нитрит калия нагрели с порошкообразным свинцом до прекращения реакции. Смесь продуктов обработали водой, а затем полученный раствор профильтровали. Фильтрат подкислили серной кислотой и обработали иодидом калия. Выделившееся простое вещество нагрели с концентрированной азотной кислотой. В атмосфере образовавшегося при этом бурого газа сожгли красный фосфор. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    KNO3    +   Pb     =    KNO2    +   PbO

    2KNO2   +   2H2SO +   2KI    =   2K2SO4    +   2NO   +   I2   +   2H2O

    I2     +    10HNO3  →  2HIO3    +   10NO2    +   4H2O

    10NO2    +    4P   =    2P2O5   +   10NO

     

    1. Газ, образовавшийся при взаимодействии азота и водорода, разделили на две части. Первую пропустили над раскаленным оксидом меди (II), вторую сожгли в кислороде в присутствии катализатора. Образовавшийся газ в избытке кислорода превратили в газ бурого цвета. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    N2   +   3H2   =   2NH3

    3CuO   +   2NH3    =   3Cu   +   N2   +   3H2O

    2NO    +    O2    =   2NO2

     

    1. Разбавленная азотная кислота прореагировала с магнием с выделением бесцветного газа. В его атмосфере сожгли графит с образованием простого и сложного вещества. простое вещество при нагревании вступило в реакцию с кальцием, а сложное прореагировало с избытком раствора гидроксида натрия. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    4Mg    +   10HNO3    =    4Mg(NO3)2    +   N2O↑    +    5H2O

    2N2O    +    C    =    2N2↑   +    CO2

    3Ca    +    N2    =   Ca3N2

    CO2   +   2NaOH   =   Na2CO3   +   H2O

     

    1. Аммиак поглотили азотной кислотой, полученную соль нагрели до образования только двух оксидов. Один из них прореагировал с натрием, а второй при высокой температуре прореагировал с медью. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    NH3   +   HNO3   =   NH4NO3

    NH4NO3 → N2O   +  H2O

    2H2O   +   2Na    =   2NaOH   +   H2

    N2O    +   2CuO    =     N2    +    Cu2O

     

    1. Оксид азота (II) доокислили кислородом. Продукт реакции поглотили раствором гидроксида калия, через полученный раствор пропускали кислород до тех пор, пока в нем не образовалась только одна соль. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    2NO + O2 = 2NO2

    2NO2 + 2KOH = KNO2 + KNO3 + H2O

    2KNO2 + O2 = 2KNO3

    2KNO3 → 2KNO2 + O2

     

    1. Кальций сожгли в атмосфере азота. Полученное вещество разложили кипящей водой. Выделившийся газ сожгли в кислороде в присутствии катализатора, а к суспензии прибавили раствор соляной кислоты. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    3Ca    +   N2    =    Ca3N2

    Ca3N2    +    6H2O      =     Ca(OH)2    +   2NH3

    Ca(OH)2    +    2HCl    =    CaCl2    +    2H2O

     

    1. Азот при нагревании на катализаторе прореагировал с водородом. Полученный газ поглотили раствором азотной кислоты, выпарили досуха и полученное кристаллическое вещество разделили на две части. Первую разложили при температуре 190 – 240°С, при этом образовался только один газ и водяные пары. Вторую часть нагрели с концентрированным раствором едкого натра. Напишите уравнения описанных реакций.

     

    N2    +   3H2    =    2NH3

    NH3    +    HNO3    =   NH4NO3

    NH4NO3  → N2O    +   2H2O

    NH4NO3    +    NaOH    =    NaNO3    +   NH3↑    +    H2O

     

    5.3: Типы химических реакций

    Результаты обучения

    • Классифицируют реакцию как комбинацию, разложение, однократное замещение, двойное замещение или горение.
    • Предсказать продукты и уравновесить реакцию горения.

    Многие химические реакции можно разделить на пять основных типов. Полное понимание этих типов реакций будет полезно для предсказания продуктов неизвестной реакции. Пять основных типов химических реакций - это комбинация, разложение, однократное замещение, двойное замещение и горение.Анализ реагентов и продуктов данной реакции позволит вам отнести ее к одной из этих категорий. Некоторые реакции можно отнести более чем к одной категории.

    Комбинированные реакции

    Реакция объединения , также известная как реакция синтеза , представляет собой реакцию, в которой два или более вещества объединяются с образованием одного нового вещества. Комбинированные реакции могут также называться реакциями синтеза. Общая форма комбинированной реакции:

    \ [\ ce {A} + \ ce {B} \ rightarrow \ ce {AB} \]

    Одна комбинационная реакция - это соединение двух элементов с образованием соединения.Твердый металлический натрий реагирует с газообразным хлором с образованием твердого хлорида натрия.

    \ [2 \ ce {Na} \ left (s \ right) + \ ce {Cl_2} \ left (g \ right) \ rightarrow 2 \ ce {NaCl} \ left (s \ right) \]

    Обратите внимание, что для того, чтобы правильно написать и сбалансировать уравнение, важно помнить о семи элементах, которые существуют в природе в виде двухатомных молекул (\ (\ ce {H_2} \), \ (\ ce {N_2} \), \ (\ ce {O_2} \), \ (\ ce {F_2} \), \ (\ ce {Cl_2} \), \ (\ ce {Br_2} \) и \ (\ ce {I_2} \)) .

    Одним из часто встречающихся видов комбинационной реакции является реакция элемента с кислородом с образованием оксида.Металлы и неметаллы легко реагируют с кислородом в большинстве условий. Магний быстро и резко реагирует при воспламенении, соединяясь с кислородом воздуха с образованием тонкого порошка оксида магния.

    \ [2 \ ce {Mg} \ left (s \ right) + \ ce {O_2} \ left (g \ right) \ rightarrow 2 \ ce {MgO} \ left (s \ right) \]

    Реакция разложения

    Реакция разложения - это реакция, в которой соединение распадается на два или более простых вещества. Общая форма реакции разложения:

    \ [\ ce {AB} \ rightarrow \ ce {A} + \ ce {B} \]

    Большинство реакций разложения требуют ввода энергии в виде тепла, света или электричества.

    Бинарные соединения - это соединения, состоящие всего из двух элементов. Самый простой вид реакции разложения - это когда бинарное соединение разлагается на элементы. Оксид ртути (II), красное твердое вещество, разлагается при нагревании с образованием ртути и газообразного кислорода.

    \ [2 \ ce {HgO} \ left (s \ right) \ rightarrow 2 \ ce {Hg} \ left (l \ right) + \ ce {O_2} \ left (g \ right) \]

    Реакция также считается реакцией разложения, даже если один или несколько продуктов все еще являются соединением.Карбонат металла разлагается на оксид металла и газообразный диоксид углерода. Например, карбонат кальция разлагается на оксид кальция и диоксид углерода.

    \ [\ ce {CaCO_3} \ left (s \ right) \ rightarrow \ ce {CaO} \ left (s \ right) + \ ce {CO_2} \ left (g \ right) \]

    Гидроксиды металлов разлагаются при нагревании с образованием оксидов металлов и воды. Гидроксид натрия разлагается с образованием оксида натрия и воды.

    \ [2 \ ce {NaOH} \ left (s \ right) \ rightarrow \ ce {Na_2O} \ left (s \ right) + \ ce {H_2O} \ left (g \ right) \]

    Реакции при однократной замене

    Реакция однократного замещения - это реакция, в которой один элемент заменяет аналогичный элемент в соединении .Общая форма реакции однократного замещения (также называемой однократным вытеснением):

    \ [\ ce {A} + \ ce {BC} \ rightarrow \ ce {AC} + \ ce {B} \]

    В этой общей реакции элемент \ (\ ce {A} \) является металлом и заменяет элемент \ (\ ce {B} \), также металл, в соединении. Когда элемент, выполняющий замену, является неметаллом, он должен заменить другой неметалл в соединении, и общее уравнение принимает следующий вид:

    \ [\ ce {Y} + \ ce {XZ} \ rightarrow \ ce {XY} + \ ce {Z} \]

    \ (\ ce {Y} \) является неметаллом и заменяет неметалл \ (\ ce {Z} \) в соединении на \ (\ ce {X} \).

    Магний является более химически активным металлом, чем медь. Когда полоса металлического магния помещается в водный раствор нитрата меди (II), она заменяет медь. Продуктами реакции являются водный раствор нитрата магния и твердая металлическая медь.

    \ [\ ce {Mg} \ left (s \ right) + \ ce {Cu (NO_3) _2} \ left (aq \ right) \ rightarrow \ ce {Mg (NO_3) _2} \ left (aq \ right) + \ ce {Cu} \ left (s \ right) \]

    Многие металлы легко реагируют с кислотами, и, когда они это делают, одним из продуктов реакции является газообразный водород.Цинк реагирует с соляной кислотой с образованием водного хлорида цинка и водорода (см. Рисунок ниже).

    \ [\ ce {Zn} \ left (s \ right) + 2 \ ce {HCl} \ left (aq \ right) \ rightarrow \ ce {ZnCl_2} \ left (aq \ right) + \ ce {H_2} \ влево (г \ вправо) \]

    Рисунок 10.6.1: Металлический цинк реагирует с соляной кислотой с выделением газообразного водорода в реакции однократного замещения.

    Рисунок 10.6.2: На этом изображении показано примерно 3 фунта металлического натрия, реагирующего с водой.Металлический натрий бурно реагирует при попадании в емкость с водой с выделением газообразного водорода. Большой кусок натрия часто выделяет столько тепла, что водород воспламеняется.

    Реакция двойной замены

    Реакция двойной замены - это реакция, в которой положительные и отрицательные ионы двух ионных соединений обмениваются местами с образованием двух новых соединений . Общая форма реакции двойного замещения (также называемой двойным вытеснением):

    \ [\ ce {AB} + \ ce {CD} \ rightarrow \ ce {AD} + \ ce {CB} \]

    В этой реакции \ (\ ce {A} \) и \ (\ ce {C} \) являются положительно заряженными катионами, а \ (\ ce {B} \) и \ (\ ce {D} \) являются отрицательно заряженными анионами.Реакции двойного замещения обычно происходят между веществами в водном растворе. Для протекания реакции одним из продуктов обычно является твердый осадок, газ или молекулярное соединение, такое как вода.

    Осадок образуется в реакции двойного замещения, когда катионы одного из реагентов соединяются с анионами другого реагента с образованием нерастворимого ионного соединения. При смешивании водных растворов йодида калия и нитрата свинца (II) происходит следующая реакция.

    \ [2 \ ce {KI} \ left (aq \ right) + \ ce {Pb (NO_3) _2} \ left (aq \ right) \ rightarrow 2 \ ce {KNO_3} \ left (aq \ right) + \ ce {PbI_2} \ left (s \ right) \]

    Рис. 10.6.3: Когда несколько капель нитрата свинца (II) добавляются к раствору иодида калия, сразу образуется желтый осадок иодида свинца (II) в реакции двойного замещения.

    Реакция горения

    Реакция горения - это реакция, при которой вещество реагирует с газообразным кислородом, выделяя энергию в виде света и тепла. Реакции горения должны включать \ (\ ce {O_2} \) в качестве одного реагента. При сгорании газообразного водорода образуется водяной пар (см. Рисунок ниже).

    \ [2 \ ce {H_2} \ left (g \ right) + \ ce {O_2} \ left (g \ right) + 2 \ ce {H_2O} \ left (g \ right) \]

    Обратите внимание, что эта реакция также квалифицируется как реакция комбинации.

    Рисунок 10.6.4: Hindenburg был дирижаблем, наполненным водородом, который потерпел аварию при попытке приземления в Нью-Джерси в 1937 году.Водород немедленно загорелся, образовав огромный огненный шар, уничтожив дирижабль и убив 36 человек. Химическая реакция была простой: водород соединяется с кислородом с образованием воды.

    Многие реакции горения происходят с углеводородом, соединением, состоящим исключительно из углерода и водорода. Продуктами сгорания углеводородов всегда являются углекислый газ и вода. Многие углеводороды используются в качестве топлива, поскольку при их сгорании выделяется очень большое количество тепловой энергии.Пропан \ (\ left (\ ce {C_3H_8} \ right) \) - газообразный углеводород, который обычно используется в качестве источника топлива в газовых грилях.

    \ [\ ce {C_3H_8} \ left (g \ right) + 5 \ ce {O_2} \ left (g \ right) \ rightarrow 3 \ ce {CO_2} \ left (g \ right) + 4 \ ce {H_2O } \ left (g \ right) \]

    Пример 10.6.1

    Этанол можно использовать в качестве источника топлива в спиртовой лампе. Формула для этанола \ (\ ce {C_2H_5OH} \). Напишите сбалансированное уравнение горения этанола.

    Решение:

    Шаг 1. Спланируйте проблему.

    Этанол и кислород - реагенты. Как и в случае с углеводородом, продуктами сгорания спирта являются диоксид углерода и вода.

    Шаг 2: Решить.

    Запишите скелетные уравнения: \ (\ ce {C_2H_5OH} \ left (l \ right) + \ ce {O_2} \ left (g \ right) \ rightarrow \ ce {CO_2} \ left (g \ right) + \ ce {H_2O} \ left (g \ right) \)

    Сбалансируйте уравнение.

    \ [\ ce {C_2H_5OH} \ left (l \ right) + 3 \ ce {O_2} \ left (g \ right) \ rightarrow 2 \ ce {CO_2} \ left (g \ right) + 3 \ ce {H_2O } \ left (g \ right) \]

    Шаг 3. Подумайте о своем результате.

    Реакции горения должны включать кислород в качестве реагента. Обратите внимание, что получаемая вода находится в газообразном, а не в жидком состоянии из-за высоких температур, сопровождающих реакцию горения.

    Авторы

    • Фонд CK-12 Шэрон Бьюик, Ричард Парсонс, Тереза ​​Форсайт, Шонна Робинсон и Жан Дюпон.

    • Эллисон Соулт, Ph.D. (Департамент химии, Университет Кентукки)

    .

    Термическое разложение CO2 с помощью ядерного тепла

    Много усилия должны и будут направлены на борьбу с изменением климата. Однако мы можем напрямую атаковать его первопричину, уменьшая количество выделяемого нами CO2 в атмосферу.
    Мы можем заручиться помощью сверхвысокотемпературные ядерные реакторы, чтобы делать это быстро и эффективно.

    Изменение климата вызвано парниковыми газами, главным из которых является CO2. Наши развивающиеся экономики использовать много энергии, и основным ее источником является дешевое ископаемое топливо: нефть, газ, уголь.

    Больше CO2 означает, что больше тепла удерживается в атмосфере, что приводит к повышению средней глобальной температуры. Больше тепла значит больше экстремальная погода и более быстрые перепады температуры и влажности, в то время как CO2 реакция молекулы с морской водой вызывает подкисление океана и уменьшение его способность поглощать CO2.



    Наша немедленная реакция на ухудшение климатические условия - сжигать больше топлива. Кондиционирование воздуха потребляет треть максимальной мощности в городах США и количество домов с кондиционерами увеличивается на десятки миллионов каждый год.Менее развитые страны, которые борются с неопределенностью погодных катаклизмов и урожайность вдвое снизилась благодаря наиболее надежному источнику энергии имеется в наличии.

    Альтернативная энергетика источники, такие как возобновляемая энергия или ядерная энергия, имеют свои собственные проблемы. Солнечные батареи и ветряные мельницы должны быть подключены к дорогостоящим накопителям энергии решения, если они должны покрыть потребности электросети. Ядерная реакторы были разработаны до такой степени, что они являются наиболее безопасными и чистыми и самый эффективный вариант, но только горстка дальновидных стран строят реакторы нового поколения, а другим отказывают за политические причины.

    Как же тогда победить самоусиливающийся цикл потребления ископаемого топлива, приводящий к ухудшению климатические условия?

    Цели по CO2 против CO2 в качестве цели


    Карательная акция выдвинута для снижения выбросов CO2. Налоги на выбросы углерода, квоты на выбросы углерода, углерод ограничения ... они имеют разные результаты и реально могут быть ограничены только крупнейшие экономики мира. Небольшие страны не могут позволить себе препятствовать рост и развитие, особенно учитывая то, что они вносят лишь незначительный вклад к CO2 в мире.

    Автомобили Tesla имеют очень хорошие воздушные фильтры, но их годовая заработная плата в Китае в 3-5 раз выше.

    Кроме того, ни у одной страны, большой или маленькой, нет бюджета на перейти к полностью безуглеродной экономике в течение следующего столетия. Представить Каждую семью просят купить новый электромобиль, каждый самолет должен загрузить на синтетическом топливе, каждый завод снесли, чтобы заменить его электрическим машины.

    Возможно, вы захотите и может себе это позволить.У самых богатых компаний мира может быть бюджет для этого… .но половина населения мира живет на 2,50 доллара в день.

    И даже если все это выполнено, это не избавит нас от ущерба, уже нанесенного Окружающая среда.

    Если не радикальное изменение экономические структуры и политические мотивы происходят во всем мире, контролируя на выброс CO2 нельзя полагаться.

    Вместо этого мы можем взять CO2 вне атмосферы.

    Это было предложено много раз и демонстрировались на разных площадках и в разных масштабах.3 для хранения CO2 под землей.

    Кроме того, используя сетку мощность для улавливания CO2 - очень дорогой вариант. Мы делаем ставку на дешевую электроэнергию для управления нашей глобальной экономикой и повышения цен до + 75% только подтолкнет более слабые экономики к сжиганию самого дешевого источника энергии для производства электроэнергии (и сильные экономики, чтобы покупать их электроэнергию или производить товары за границей с помощью сетки). Опять же, это просто для улавливания CO2, а не для его устранения.

    Углерод на солнечной или ветровой энергии улавливающая установка решает проблему энергетического баланса, но ее просто не хватает выходная мощность для удаления достаточного количества CO2, чтобы изменить ситуацию.2 в среднем в течение дня. Этого достаточно, чтобы убрать 7 килограммов в день. CO2 из воздуха, если принять затраты на улавливание энергии равными 370,8 кДж / кг. Не для решения проблемы углерода, а просто для ее сдерживания.
    Солнечная энергия более эффективна, но все же недостаточна.

    Ядерная энергия может прийти к спасение.

    Типичный ядерный реактор старше 40 лет. Он имеет множество урановых топливных стержней, которые упакованы вместе в большом сосуде под давлением, и их тепло используется для кипячения воды в пар около 600К.Огромная установка турбин, генераторов и охладителей должен черпать воду из ближайшего источника, чтобы преобразовать нагретый пар в электричество. Если реактор выходит из строя, он выходит из строя.



    А 4 поколения или более новые реакторы будут использовать топливо, хранящееся в автономных, герметичных запаянные графитовые / керамические «камешки». Он достигает гораздо более высоких температур - более 1000К - за счет использования расплавов солей вместо пара. Это позволяет одновременно и более компактный и более эффективный, чем раньше.Если охлаждение отключено или реактор поврежден, вероятность расплавления или утечки радиоактивного материал.

    Хотя вопрос почему мы не строим столько новых и усовершенствованных ядерных реакторов, сколько Возможно, ответить просто и легко, это не тема данной статьи Почта. Вместо этого мы озабочены технологиями, которые позволяют реактор должен работать при более высоких температурах.

    Некоторые дизайны, например Very В высокотемпературных реакторах в качестве теплоносителя используется гелий, температура которого достигает 1500 К.Этот документ утверждает, что расплав фторидно-солевого хладагента терпит неудачу только при 1800K +. Мы знаем, что Сами топливные элементы из гальки могут выдержать более 2800К.

    Идя дальше, мы можем посмотреть на ядерных реакторах, предназначенных для движения в космосе. У них самый высокий температуры, потому что это будет означать, что топливо выбрасывается на самом высоком скорости, ключевой показатель при определении характеристик ракеты. Мы находим твердое ядро ядерные тепловые ракеты имели температуру ядра более 2800К, проект Timberwind двигатели выдерживают 3000К в течение нескольких минут.Совсем недавно у нас есть исследования на урановом топливе, содержащемся в карбидах ниобия двигателями, которые работают при 3250К. В крайних случаях мы имеем конструкции реакторов с жидким ураном. Такие конструкции, как эта жара охлаждающая жидкость до 4000К. Другая конструкция ракеты НАСА имеет вращающуюся жидкость уран держится на уровне 5 250К. Не исключено создание активной зоны ядерного реактора. который работает при этих температурах.

    В чем смысл этих экстремальные температуры для помощи в изменении климата?
    CO2 может быть разделен на углерод и кислород.Это энергоемкий процесс, который выполняется естественным образом растениями с использованием ферментов или искусственно в определенных катализаторах. Ни то, ни другое - хороший вариант для наших целей, так как это медленные и дорогие методы.

    Мы хотим термически разложить CO2. При достаточно высокой температуре СО2 просто превращается в плазму. где ионы углерода и кислорода свободно диссоциируют. Эффективность массово увеличивается, поскольку каждый джоуль, добавленный к плазме, расходуется на расщепление химических связей и любое дальнейшее нагревание только ускоряет реакцию.

    Термическое разложение имеет уже был изучен как вариант получения водорода из воды. Кислород неохотно отпускает свои атомы водорода из-за его электроотрицательности, что означает что требуется много электроэнергии, но задача становится сложной легче сделать при температуре выше 2500К.

    Вам даже не понадобится электричество для разделения воды, как только вы достигнете 3500К. Это важный факт, потому что производить тепло для ядерного реактора легко, но превратить его в электричество требуются турбины, пар и энергетический цикл, который стоит от 50 до 70% мощность реактора.

    Мы обнаружили, что при 3000K 40% молекул CO2 распадаются на CO и O частицы. Доля становится 50% на 3600К. Окись углерода имеет еще более высокую температуру термического разложения, превышающую 3800К.

    При 4000 КБ можно ожидать что из каждого 1 моля CO2 мы получаем 0,15 моль углерода, 0,5 моль кислорода и 0,2 моля СО. На каждый моль полностью разрушенного СО2 требуется 530 кДж. Этот соответствует 12 МДж на кг разложенного СО2.

    К счастью, ядерное тепло в наличии нет недостатка.Даже небольшие активные зоны реактора могут производить гигаватт тепловая энергия ... действительно, большая часть стоимости ядерного реактора приходится на трудность удерживать тепло, а не производить его.


    Задача и вызовы

    Надеюсь, ты начинает понимать, как сверхвысокотемпературные ядерные реакторы и термическое разложение CO2 может идти вместе.

    Если нам удастся ввести CO2 В окружающей среде 4000K мы могли бы преобразовать ее в простой углерод и кислород.Это напрямую устраняет первопричину глобального потепления.

    Ядерные реакторы способны потушить гигаватты тепла и, следовательно, переработать несколько тысяч тонн CO2 каждый день.

    Еще лучше, высокий температуру и обильное тепло можно использовать многими альтернативными способами. Большинство Очевидно, что немного этой энергии нужно откачивать для производства электроэнергии. Другой производить расщепленную воду при столь же высоких температурах, создавая водород, который может пойти к синтетическое топливо.

    «Загвоздка» в том, что нет обычный материал выдерживает такие температуры. Керамика с самой высокой температурой плавления мы знаем, что это карбид тантала-гафния (TaHfC) при 4488К. Это, наверное, единственный материал, из которого мы можем построить стены реактора.

    Хранение жидкого урана при 4000K внутри контейнера, который тает при 4488K, задача не из легких, но проще выполнить, чем для ядерных ракет с жидким сердечником, упомянутых выше. Мы не беспокоиться о вылетании урана из сопла, и нам не нужно передавать тепло быстро к пороху.Мы также получаем запас по температуре 488K, на который можно положиться.

    Еще одна проблема предотвращение загрязнения радиоактивными продуктами урана СО2. пытаются сломаться. Обязательно реактор принимает воздух из внешняя среда и выбросы выхлопных газов; мы должны убедиться, что мы не загрязнять окружающую среду продуктами деления. Это означает конструкцию реактора состоит из множества герметично закрытых сосудов, расположенных друг в друге.

    Наконец, нам нужно управлять газы и продукты, входящие и выходящие из реактора.Воздух не состоит просто CO2, но много других вещей, таких как влажность воды и азот. Только чистый CO2 должен быть принят в зону 4000K, а углерод должен быть отделен от кислорода до того, как газы остынут, иначе углерод сгорел бы в кислород, и мы вернем СО2, с которым начали. У нас не может быть выхлопа при высокой температуре, так как он будет реагировать с воздухом и выделять токсичный оксид углерода или загрязняющие оксиды азота.

    В этом разделе мы попытаться концептуализировать проект реактора, который решает упомянутые проблемы над.Это только один из возможных вариантов использования сильной жары. для удаления CO2 из атмосферы.

    Он использует два ключа Компоненты: контейнер из карбида тантала-гафния, который выполняет функцию тепла теплообменник и сверхзвуковое расширительное сопло.

    В контейнере находится критический объем жидкого урана при 4000К. TaHfC выдерживает эти температуры без необходимость активного охлаждения. В крыше контейнера будут каналы для CO2 пропускается и нагревается. Вывод горячего газа в открытое пространство над теплообменником обеспечивают дальнейший нагрев за счет излучения черного тела.2.
    Ядерная энергетическая система с паровым сердечником, работающая при 4000 К.

    В целях безопасности контейнер содержится в «горячем» сосуде под давлением, отделенном от окружающей среды «холодный» сосуд высокого давления. Под контейнером есть сливные отверстия для быстрого довести жидкий уран ниже критической точки внутри дренажной ванны с TaHfC.

    Форсунка как угольная отделяется от продуктов термического разложения.Медленное охлаждение их позволить кислороду реагировать с монооксидом углерода и углеродом с образованием CO2. Очень быстрое охлаждение за счет сверхзвукового расширения через сопло может доставить кислород ниже температуры воспламенения, необходимой для горения углеродом (680-1200K) или оксидом углерода (880 КБ). Это означает падение давления минимум в 6,7 раза, если мы начнем с 4000К. Углерод должен конденсироваться при этих более низких температурах и выпадать из газа. течет как пыль. Для безопасности и эффективности мы будем использовать десятикратное расширение, в Помимо промывки выхлопных газов холодным воздухом и использования масляного спрея для отделить углеродную пыль от кислорода.

    Вот как это будет работать в последовательности:

    1) Извлечение CO2 из воздух

    Мы не можем использовать атмосферный CO2 напрямую. Он смешан с кислородом, азотом, водяным паром и пылью, которые не будет хорошо реагировать на температуру внутри реактора.

    Первый шаг поэтому, чтобы отфильтровать пыль, охладить воздух, чтобы конденсировать водяной пар, и затем сжижайте CO2, сжимая его до давления более 25 бар при температуре ниже комнатной. Жидкий СО2 выходит из сжатого газа и может быть слит.

    2) Многоступенчатый нагрев CO2 до 4000K

    Нам нужно принести максимум жидкий СО2 под давлением до 4000К.

    Для предотвращения термического стрессов, мы делаем это в несколько этапов. Первым этапом может быть увеличение температура от 300К до 400К, так что он снова становится газом. Тогда мы возьмите от 400К до 1000К, затем от 1000К до 1600К и так далее. Начало и конец температуры могут соответствовать внешним тепловым циклам, для пример подачи горячих газов через турбину.Заключительный этап имеет пересечение CO2 от стабильного состояния при 3000К до температуры термического разложения 4000К все сразу.

    Этот заключительный этап занимает поместите в теплообменник, встроенный в урановый контейнер, как описано выше.

    3) Сверхзвуковое расширение и извлечение углерода

    Высокотемпературные газы выходящие из теплообменника состоят из диоксида углерода, оксида углерода, кислород и углерод. Они будут под высоким давлением, возможно, 10 бар.

    Проходя газы через сопло они могут очень быстро расширяться. Это их "замораживает" прежде, чем они получат возможность химически реагировать и рекомбинировать в углерод диоксид.

    Примером этого является прохождение газа 4000K при давлении 10 бар через сопло со степенью расширения 10. Температура газа, выходящего из сопла, снизится до 400К, давление упало до 1 бара, а его скорость увеличилась примерно до 2,3 км / с. В переход от горячего к холодному произойдет менее чем за миллисекунду.

    Кислород все равно отреагирует долото с углеродом и оксидом углерода. Чтобы сделать это еще менее вероятным, мы можем добавить нагрузка холодного воздуха на вытяжной поток. Добавление массы в выхлоп замедляет его вниз и поддерживает температуру ниже порога воспламенения. Добавление 10 кг / с неподвижный воздух до 1 кг / с сверхзвукового выхлопа позволяет снизить скорость на 90%.

    Лучше всего распылять масло в выхлоп. Это помогает «осыпать» углеродную пыль, почти то же самое так дождь помогает удалить пыль из атмосферы.Масло защитит углерод от воздействия молекул кислорода и облегчает извлечение углеродной пыли из выхлопная камера, так как пыль обычно не попадает в трубы.

    Холодный выхлоп либо рециркулируется через конденсатор первой ступени или сбрасывается в Окружающая среда. Если он выпущен, необходимо принять особые меры предосторожности, чтобы предотвратить окись углерода не попадает в окружающую среду.

    Масло с углеродом пыль фильтруется и сушится, образуя порошкообразный древесный уголь, или графитизируется использование тепла реактора для образования кирпичей, пригодных для хранения.

    Кирпич графитовый.

    Затем графитовый кирпич можно использовать в строительство, производство стали, батареи или просто штабелирование внутри пустых угольных шахт и нефтяные скважины, из которых мы получили все ископаемое топливо (и проблемы с CO2).


    Как ни странно, уголь горняки могут найти новую работу в качестве заправщиков угольных шахт ...

    Полноразмерная схема этот процесс будет описан в следующем посте.

    Эффективность и производительность

    Источник всей власти в эта система - тепло ядерного реактора.Его употребляют тремя способами: термическое разложение CO2, работа насосов и неэффективность тепла транспорт или изоляция.

    Термическое разложение процесс не эффективен на 100%. Нагрев CO2 от комнатной до 4000К требуется 4,4 МДж / кг. Сам процесс термического разложения требует 12 МДж / кг. На каждый входящий 1 моль CO2 мы получаем 0,15 моль нетронутого CO2 и 0,2 моля окиси углерода. Это эффективность 65%, что увеличивает нашу энергию. требований в общей сложности 22.8 МДж / кг.

    Это очень много!

    Однако это должно быть по сравнению с исходной тепловой мощностью ядерного реактора. 1 ГВт ядерного тепла удалит 3 790 тонн CO2 в день. Это может быть выход реактора ядро, которое умещается на кузове грузовика.
    Мощность в небольших корпусах.
    Исключение 40 гигатонн CO2 в год потребует 912 экзаджоулей, что составляет 29 ТВт непрерывного сила. Это много, но мы также говорим о геоинженерии, которая манипулирование окружающей средой в планетарном масштабе ... терраформирование Марса - это похожи по объему.

    По урану потребление, это 162400 тонн в год с 5% -ным обогащением топлива с высоким выгоранием (65 GWd / t), и, возможно, всего 7200 тонн в год с переработкой топлива позволяя выгорать 90% вместо 4%. Мировое производство урана составляет 66 500 единиц. тонн.

    Если мы хотим сравнить это к нашим существующим ядерной мощности, это примерно в 34 раза больше тепловой мощности, если предположить, что 33% КПД (цифры указаны в электрической мощности).

    Улучшения и альтернативы

    Есть много способов улучшить этот дизайн или сделать что-то по-другому.

    Выхлоп конструкции описанный выше обеднен углеродом, но все еще содержит кислород, углерод монооксид и СО2. Рециркуляция этих газов в реактор позволяет увеличить эффективность термического разложения. Если выхлопная камера справится с этим, 2.3 км / с, газы могут быть направлены обратно в теплообменник. Когда они ударяют поверхности теплообменника, газы сжимаются и нагреваются до температуры близко к 4000K, что позволяет рециркулировать большую часть тепловой энергии, теряемой в выхлоп.

    Снижение энергии потребление и получение более высокой фракции разложенного CO2 может привести к 22,8 Требование МДж / кг снизилось до минимума 12 МДж / кг.

    -MHD разделение

    Сверхзвуковой детандер может быть усиленным или замененным электромагнитным отделением углерода от продукты термического разложения. Магнитогидродинамическое устройство, действующее на 4000K поток газов мог бы даже производить электричество с высокой эффективностью.

    Электроэнергия произведена с использованием МГД-устройство или газовая турбина, отводящая тепло из реактора, могут быть использованы для далее нагреть СО2.Мы оба можем снизить требования к температуре материала до точки, в которой можно использовать реактор с твердой активной зоной (3000K), и увеличить температура, которой достигает CO2 (4400K +).

    Отопление может принимать форма электрической дуги, лазера или радиочастотных нагревателей.

    Непревзойденная безопасность реактора с галечным слоем может быть достигнута при 4000K, если мы решим термическую проблемы расширения, которые могут возникнуть, если мы будем держать жидкий уран внутри TaHfC оболочка.

    TaHfC понадобится отличный сила выдерживать давление расширяющегося уранового центра, когда он проходит от твердой к жидкой фазе. Это подразумевает очень толстую оболочку, которая препятствует тепловому проводимость ... но это не так важно для реактора, стоящего на земле по сравнению с ядерной ракетой.

    .

    11.2: Природа окисления и восстановления

    Кислород - это элемент, известный веками. В своей чистой элементарной форме кислород обладает высокой реакционной способностью и легко образует соединения с большинством других элементов. Это также самый распространенный элемент по массе в земной коре. Класс реакций, называемых окислением и восстановлением, первоначально был определен по отношению к элементу кислорода.

    Роль кислорода в реакциях

    Многие элементы просто соединяются с кислородом, образуя оксид этого элемента.Нагревание магния на воздухе позволяет ему соединяться с кислородом с образованием оксида магния.

    \ [2 \ ce {Mg} \ left (s \ right) + \ ce {O_2} \ left (g \ right) \ rightarrow 2 \ ce {MgO} \ left (s \ right) \]

    Многие соединения также реагируют с кислородом, часто в очень экзотермических процессах, которые обычно называют реакциями горения. Например, при горении метана выделяются углекислый газ и вода.

    \ [\ ce {CH_4} \ left (g \ right) + 2 \ ce {O_2} \ left (g \ right) \ rightarrow \ ce {CO_2} \ left (g \ right) + 2 \ ce {H_2O} \ влево (г \ вправо) \]

    Двуокись углерода - это окись углерода, а вода - окись водорода.Ранние ученые рассматривали окисление как процесс, в котором вещество реагирует с кислородом с образованием одного или нескольких оксидов. В предыдущих примерах окисляются магний и метан.

    Окисление не обязательно требует нагревания. Железо, которое подвергается воздействию воздуха и воды, медленно окисляется в процессе, обычно известном как ржавчина. Отбеливатели содержат различные соединения, такие как гипохлорит натрия \ (\ left (\ ce {NaClO} \ right) \), которые могут окислять пятна за счет переноса атомов кислорода, делая молекулы в пятнах более растворимыми в воде и, следовательно, их легче смыть. .Перекись водорода \ (\ left (\ ce {H_2O_2} \ right) \) выделяет кислород, поскольку он самопроизвольно разлагается. Он также действует как отбеливатель и используется как антисептик, который убивает бактерии, окисляя их.

    Противоположность окислению называется восстановлением. Поскольку окисление первоначально определялось как добавление кислорода, восстановление было удалением кислорода из вещества. Многие металлические руды природного происхождения представлены в виде оксидов. Чистые металлы могут быть извлечены восстановлением. Например, чистое железо получают из оксида железа (III) путем его реакции с углеродом при высоких температурах.

    \ [2 \ ce {Fe_2O_3} \ left (s \ right) + 3 \ ce {C} \ left (s \ right) \ rightarrow 4 \ ce {Fe} \ left (s \ right) + 3 \ ce { CO_2} \ влево (г \ вправо) \]

    Удаление кислорода из молекулы \ (\ ce {Fe_2O_3} \) означает, что он восстанавливается до \ (\ ce {Fe} \). Обратите внимание, что в этой реакции также происходит процесс окисления; углеродный реагент окисляется до \ (\ ce {CO_2} \). Это важное понятие. Рассматривая органические соединения, мы можем описать окисление и восстановление с точки зрения потери или увеличения кислорода или потери или увеличения водорода.

    Если мы посмотрим на окисление этанола (\ (\ ce {CH_3CH_2OH} \), спирт) с образованием этаналя (\ (\ ce {CH_3CH_2CHO} \), альдегида), мы увидим, что количество связей с кислородом увеличилось, а количество атомов водорода уменьшилось с шести до четырех. Любой из них или оба указывают на то, что произошло окисление.

    Для восстановления мы ищем удаление кислорода или связей с кислородом или присоединения или атомов водорода. В следующей реакции мы видим, что этановая кислота (\ (\ ce {CH_3COOH} \), карбоновая кислота) восстанавливается до этаналя (\ (\ ce {CH_3CH_2CHO} \), альдегида).Обратите внимание, что количество атомов кислорода уменьшено с двух до одного. Число атомов водорода не изменяется, но оба изменения не обязательно должны происходить для доказательства окисления или восстановления.

    Если мы видим свидетельство окисления или восстановления, мы знаем, что должно было произойти и другое. Окисление и восстановление должны происходить одновременно. Ни то, ни другое не может произойти в одиночку в реакции.

    Электрон в окислительно-восстановительных реакциях

    Определения окисления и восстановления были в конечном итоге расширены, чтобы включить аналогичные типы реакций, в которых не обязательно участвует кислород.Кислород более электроотрицателен, чем любой элемент, кроме фтора. Следовательно, когда кислород связан с любым элементом, кроме фтора, электроны от другого атома смещаются от этого атома к атому кислорода. Реакция окисления-восстановления (иногда сокращенно окислительно-восстановительная реакция ) представляет собой реакцию, которая включает полный или частичный перенос электронов от одного реагента к другому . Окисление включает полную или частичную потерю электронов, , тогда как восстановление включает полное или частичное усиление электронов .

    Легко запомнить определения окисления и восстановления: «Лев говорит GER» (см. Рисунок ниже)! LEO означает «потеря электронов - это окисление», а GER означает «получение электронов - это уменьшение».

    Рисунок \ (\ PageIndex {1} \): Этот парень знает свои окислительно-восстановительные реакции.

    Окислительно-восстановительные реакции и ионные соединения

    В ходе химической реакции между металлом и неметаллом электроны передаются от атомов металла к атомам неметалла. Например, когда металлический цинк нагревается в присутствии серы, образуется сульфид цинка (см. Рисунок ниже).Два валентных электрона от каждого атома цинка передаются каждому атому серы.

    Поскольку цинк теряет электроны во время этой реакции, он окисляется. Сера приобретает электроны, поэтому она восстанавливается. Каждый из этих процессов можно представить в виде отдельного уравнения, называемого полуреакцией. Полуреакция - это уравнение, которое показывает реакцию окисления или восстановления, которая происходит во время окислительно-восстановительной реакции.

    \ [\ begin {align} & \ text {Окисление:} \: \: \ ce {Zn} \ rightarrow \ ce {Zn ^ {2+}} + 2 \ ce {e ^ -} \\ & \ text {Сокращение:} \: \: \ ce {S} + 2 \ ce {e ^ -} \ rightarrow \ ce {S ^ {2-}} \ end {align} \]

    Важно помнить, что две полуреакции происходят одновременно.Образующиеся в результате ионы притягиваются друг к другу, образуя ионную связь.

    Окислительно-восстановительные реакции также обычно описывают с точки зрения окислителей и восстановителей. В приведенной выше реакции цинк окисляется за счет потери электронов. Однако изолированная ионизация была бы процессом с очень высокой энергией, поэтому должно присутствовать другое вещество, чтобы получить эти потерянные электроны. В этом случае электроны приобретаются серой. Другими словами, сера вызывает окисление цинка.Следовательно, сера упоминается как окислитель. И наоборот, цинк заставляет серу приобретать электроны и восстанавливаться, поэтому цинк является восстановителем. Окислитель - это вещество, которое вызывает окисление, принимая электроны , а восстановитель - это вещество, которое вызывает восстановление за счет потери электронов . Другими словами, окислитель - это восстанавливаемое вещество, а восстановитель - это окисляемое вещество.

    Пример \ (\ PageIndex {1} \)

    При барботировании газообразного хлора в раствор бромида натрия происходит реакция, в результате которой образуется водный раствор хлорида натрия и элементарный бром.

    1. Определите, что окисляется, а что восстанавливается.
    2. Укажите окислители и восстановители.

    Решение

    Сначала посмотрите на каждый элемент в реакции и присвойте каждому элементу степень окисления.

    \ [\ ce {Cl_2} \ left (g \ right) + 2 \ ce {NaBr} \ left (aq \ right) \ rightarrow 2 \ ce {NaCl} \ left (aq \ right) + \ ce {Br_2} \ влево (л \ вправо) \]

    Хлор в \ (\ ce {Cl_2} \) и бром в \ (\ ce {Br_2} \) имеют степень окисления 0.\ (\ ce {NaBr} \) и \ (\ ce {NaCl} \) являются ионными соединениями, поэтому их ионные заряды будут их степенью окисления.

    \ [\ overset {0} {\ ce {Cl_2}} \ left (g \ right) + 2 \ overset {+1} {\ ce {Na}} \ overset {-1} {\ ce {Br}} \ left (aq \ right) \ rightarrow 2 \ overset {+1} {\ ce {Na}} \ overset {-1} {\ ce {Cl}} \ left (aq \ right) + \ overset {0} { \ ce {Br_2}} \ left (l \ right) \]

    а. Степень окисления хлора изменяется от 0 до \ (- 1 \), поэтому он получает электрон и восстанавливается. Степень окисления брома изменяется от \ (- 1 \) до 0, поэтому он теряет электрон и окисляется.-} \) окисляется и является восстановителем.

    Рисунок \ (\ PageIndex {2} \): Ржавчина - это форма коррозии, процесс, при котором металлы окисляются.

    Окислительно-восстановительные реакции и молекулярные соединения

    Потери или усиление электронов легко увидеть в реакции, в которой образуются ионы. Однако во многих реакциях электроны переносятся не полностью. Напомним, что в молекулярном соединении электроны разделяются между атомами в виде связи, называемой ковалентной связью. Несмотря на то, что электроны не полностью переносятся между атомами, все же реакции с участием молекулярных соединений классифицируются как окислительно-восстановительные.

    Например, когда газообразный водород реагирует с газообразным кислородом, в качестве продукта образуется вода.

    \ [2 \ ce {H_2} \ left (g \ right) + \ ce {O_2} \ left (g \ right) \ rightarrow 2 \ ce {H_2O} \ left (l \ right) \]

    Мы назначаем степени окисления, чтобы определить, какие частицы получают и теряют электроны. Помните, что числа окисления говорят нам, каким был бы заряд, если бы электроны были перенесены полностью, даже если они разделены, а не переданы в ковалентных связях. Для синтеза воды степени окисления свободных элементов (водорода и кислорода) равны нулю.Для воды кислород имеет степень окисления \ (- 2 \), а водород - \ (+ 1 \).

    \ [2 \ overset {0} {\ ce {H_2}} \ left (g \ right) + \ overset {0} {\ ce {O_2}} \ left (g \ right) \ rightarrow 2 \ overset {+ 1} {\ ce {H_2}} \ overset {-2} {\ ce {O}} \ left (l \ right) \]

    Степень окисления водорода изменяется от 0 до \ (+ 1 \), что указывает на окисление. Степень окисления кислорода изменяется от 0 до \ (- 2 \), что указывает на восстановление. Следовательно, водород окисляется и является восстановителем. Кислород восстановлен и является окислителем .

    Прирост или потеря водорода и кислорода

    Окисление можно также определить как добавление кислорода к молекуле или удаление водорода. Следовательно, восстановление - это добавление водорода или удаление кислорода. Несколько классов органических соединений связаны друг с другом реакциями окисления и восстановления. Алканы, алкены и алкины представляют собой разные уровни окисления углеводорода. Когда алкан нагревают в присутствии подходящего катализатора, он может окисляться до соответствующего алкена в реакции, называемой реакцией дегидрирования.При этом удаляются два атома водорода. Алкен можно дополнительно окислить до алкина путем удаления еще двух атомов водорода. Это также считается окислением согласно современному определению, потому что степень окисления каждого атома углерода изменяется от \ (- 3 \) до \ (- 2 \) до \ (- 1 \).

    \ [\ text {окисление:} \: \: \ ce {CH_3CH_3} \ overset {\ ce {-H_2}} {\ rightarrow} \ ce {CH_2 = CH_2} \ overset {\ ce {-H_2}} { \ rightarrow} \ ce {CH \ Equiv CH} \]

    Реакции обратимы, поэтому алкин можно восстановить сначала до алкена, а затем до алкана.Это реакции присоединения, как показано в предыдущем разделе.

    \ [\ text {сокращение:} \: \: \ ce {CH \ Equiv CH} \ overset {\ ce {+ H_2}} {\ rightarrow} \ ce {CH_2 = CH_2} \ overset {\ ce {+ H_2 }} {\ rightarrow} \ ce {CH_3CH_3} \]

    Алкан - это наиболее восстановленная форма углеводорода, а алкин - наиболее окисленная форма.

    Изменения количества электронов, степени окисления, числа атомов кислорода и числа атомов водорода суммированы ниже для реакций окисления и восстановления.

    Реакции окисления в органической химии часто включают добавление кислорода к соединению (или увеличение числа связей с кислородом), что изменяет присутствующую функциональную группу. Следующая последовательность показывает, как метан может быть окислен сначала до метанола (спирта), затем до метаналя (альдегида), затем до метановой кислоты (карбоновой кислоты) и, наконец, до диоксида углерода. Каждый шаг в этом процессе - это либо получение кислорода, либо потеря водорода. Каждый шаг также представляет собой энергию, что объясняет, почему полное сгорание алканов до диоксида углерода является чрезвычайно экзотермической реакцией.

    \ [\ begin {array} {ccccccccc} \ ce {CH_4} & \ overset {\ text {прирост кислорода}} {\ rightarrow} & \ ce {CH_3OH} & \ overset {\ text {потеря водорода}} {\ rightarrow} & \ ce {CH_2O} & \ overset {\ text {увеличение количества кислорода}} {\ rightarrow} & \ ce {HCOOH} & \ overset {\ text {потеря водорода}} {\ rightarrow} & \ ce {CO_2} \\ \ text {алкан} & & \ text {алкоголь} & & \ text {альдегид} & & \ text {карбоновая кислота} & & \ text {углекислый газ} \ end {array} \]

    Противоположный процесс - это восстановление карбоновой кислоты до алкана, которое включает потерю кислорода и получение водорода.

    \ [\ begin {array} {ccccccc} \ ce {CH_4} & \ overset {\ text {потеря кислорода}} {\ leftarrow} & \ ce {CH_3OH} & \ overset {\ text {прирост водорода}} {\ leftarrow} & \ ce {CH_2O} & \ overset {\ text {потеря кислорода}} {\ leftarrow} & \ ce {HCOOH} \\ \ text {alkane} & & \ text {алкоголь} & & \ text {альдегид} & & \ text {карбоновая кислота} \ end {array} \]

    При окислении спирта может образоваться альдегид или кетон. Первичный спирт окисляется с образованием альдегида.{2 -}}} {\ rightarrow}} \ ce {CH_3COCH_3} \]

    Третичные спирты не могут быть окислены таким образом, потому что углерод, к которому присоединена гидроксильная группа, не имеет другого атома водорода, присоединенного к нему, и не может подвергаться окислению.

    Когда первичный спирт окисляется до альдегида в присутствии воды, реакцию может быть трудно остановить, поскольку альдегид может быть дополнительно окислен до соответствующей карбоновой кислоты. Например, окисление этаналя дает этановую (уксусную) кислоту.{2 -}}} {\ rightarrow}} \ ce {CH_3COOH} \]

    Таблица \ (\ PageIndex {1} \)
    Процесс Изменения электронов (всегда) Изменение степени окисления (всегда) Изменение кислорода (некоторые реакции) Изменение водорода (некоторые реакции)
    Окисление проиграть прибавка усиление проиграть
    Редукция усиление уменьшение проиграть усиление
    Рисунок \ (\ PageIndex {3} \): Последовательность окисления и восстановления кислород- и азотсодержащих соединений..

    Это элементаль - элемент Кислород

    Что в названии? От греческих слов oxys и гены , которые вместе означают «образование кислоты».

    Сказать что? Кислород произносится как OK-si-jen .

    Кислород был произведен несколькими химиками до его открытия в 1774 году, но они не смогли распознать его как отдельный элемент. Джозеф Пристли и Карл Вильгельм Шееле независимо друг от друга открыли кислород, но обычно Пристли делает это открытие.Они оба могли производить кислород путем нагревания оксида ртути (HgO). Пристли называл газ, полученный в его экспериментах, «дефлогистированным воздухом», а Шееле - «огненным воздухом». Название кислород придумал Антуан Лавуазье, который ошибочно полагал, что кислород необходим для образования всех кислот.

    Кислород является третьим по численности элементом во Вселенной и составляет почти 21% атмосферы Земли. Кислород составляет почти половину массы земной коры, две трети массы человеческого тела и девять десятых массы воды.Большое количество кислорода можно извлечь из сжиженного воздуха с помощью процесса, известного как фракционная перегонка. Кислород также можно получить путем электролиза воды или нагревания хлората калия (KClO 3 ).

    Кислород - элемент с высокой реакционной способностью, способный соединяться с большинством других элементов. Это требуется большинству живых организмов и для большинства форм горения. Примеси в расплавленном чугуне сжигаются потоками кислорода под высоким давлением для производства стали.Кислород также можно комбинировать с ацетиленом (C 2 H 2 ) для получения чрезвычайно горячего пламени, используемого для сварки. Жидкий кислород в сочетании с жидким водородом дает отличное ракетное топливо. Озон (O 3 ) образует тонкий защитный слой вокруг земли, который защищает поверхность от солнечного ультрафиолетового излучения. Кислород также входит в состав сотен тысяч органических соединений.

    .

    19 Классные химические реакции, доказывающие, что наука увлекательна

    Химия может быть одной из самых завораживающих, но и опасных наук. Смешивание определенных химикатов может вызвать довольно неожиданные реакции, которые могут быть интересны для демонстрации. Хотя некоторые реакции можно наблюдать ежедневно, например, смешивание сахара с кофе, некоторые требуют контролируемых условий для визуализации эффектов. Но есть некоторые химические реакции, наблюдать за которыми просто потрясающе, и их легко провести в химических лабораториях.

    Тем не менее, для вашей безопасности самый простой выход - посмотреть видео с такими впечатляющими химическими реакциями, прежде чем вы подумаете о воспроизведении их, чтобы лучше понять уровень риска и необходимые меры безопасности.

    Вот список из 19 самых потрясающих химических реакций, которые доказывают, что наука всегда крута.

    1. Полиакрилат натрия и вода

    Полиакрилат натрия - это сверхабсорбентный полимер. Подводя итог реакции, ионы полимера притягивают воду путем диффузии.Полимер поглощает воду за секунды, что приводит к почти мгновенному превращению в гелеобразное вещество. Именно это химическое вещество используется в подгузниках для поглощения отработанной жидкости. Технически это не химическая реакция, потому что химическая структура не меняется и не происходит реакции с молекулами воды. Скорее, это демонстрация поглощения в макроуровне.

    2. Диэтилцинк и воздух

    Диэтилцинк - очень нестабильное соединение.При контакте с воздухом он горит с образованием оксида цинка, CO2 и воды. Реакция происходит, когда диэтилцинк вступает в контакт с молекулами кислорода. Химическое уравнение выглядит следующим образом:

    Zn (C2H5) 2 + 5O2 → ZnO + 4CO2 + 5h3O

    3. Цезий и вода

    Источник: Giphy

    Цезий - один из наиболее реактивных щелочных металлов. При контакте с водой он реагирует с образованием гидроксида цезия и газообразного водорода. Эта реакция происходит так быстро, что вокруг цезия образуется водородный пузырь, который поднимается на поверхность, который затем подвергает цезий воздействию воды, вызывая дальнейшую экзотермическую реакцию, таким образом воспламеняя газообразный водород.Этот цикл повторяется до тех пор, пока не будет исчерпан весь цезий.

    4. Глюконат кальция

    Глюконат кальция обычно используется для лечения дефицита кальция. Однако когда он нагревается, он вызывает огромное расширение молекулярной структуры. Это приводит к образованию пены, напоминающей серую змею, вызванной испарением воды и дегидратацией гидроксильных групп внутри соединения. Говоря менее научным языком, при нагревании глюконат кальция быстро разлагается. Реакция следующая:

    2C 12 H 22 CaO 14 + O 2 → 22H 2 O + 21C + 2CaO + 3CO 2

    5.Трииодид азота

    Вы можете приготовить это соединение дома, но имейте в виду, что это очень опасно. Соединение образуется в результате осторожной реакции йода и аммиака. После высыхания исходных компонентов образуется NI3, который является очень реактивным соединением. Простое прикосновение пера вызовет взрыв этого очень опасного контактного взрывчатого вещества.

    6. Дихромат аммония

    Когда дихромат аммония воспламеняется, он разлагается экзотермически с образованием искр, золы, пара и азота.

    7. Перекись водорода и иодид калия

    Когда перекись водорода и иодид калия смешиваются в надлежащих пропорциях, перекись водорода разлагается очень быстро. В эту реакцию часто добавляют мыло, чтобы в результате образовалось пенистое вещество. Мыльная вода улавливает кислород, продукт реакции, и создает множество пузырьков.

    8. Хлорат калия и конфеты

    Мармеладные мишки - это, по сути, просто сахароза.Когда мармеладные мишки попадают в хлорат калия, он вступает в реакцию с молекулой глюкозы в сахарозе, что приводит к сильно экзотермической реакции горения.

    9. Реакция Белоусова-Жаботинского (BZ)

    Реакция BZ образуется при осторожном сочетании брома и кислоты. Реакция является ярким примером неравновесной термодинамики, которая приводит к красочным химическим колебаниям, которые вы видите на видео выше.

    10.Окись азота и сероуглерод

    Реакция, часто называемая «лающей собакой», представляет собой химическую реакцию в результате воспламенения сероуглерода и закиси азота. Реакция дает яркую синюю вспышку и очевидный звук глухой. Реагенты реакции быстро разлагаются в процессе горения.

    11. Сплав NaK и вода

    Сплав NaK - это металлический сплав, образованный смешением натрия и калия вне воздуха - обычно в керосине.Этот чрезвычайно реактивный материал может реагировать с воздухом, но еще более бурная реакция происходит при контакте с водой.

    12. Термит и лед

    Вы когда-нибудь думали, что смешение огня и льда может привести к взрыву?

    СВЯЗАННЫЕ: 11 ЛУЧШИХ ХИМИЧЕСКИХ КАНАЛОВ НА YOUTUBE

    Вот что происходит, когда вы получаете небольшую помощь от Thermite, который представляет собой смесь алюминиевого порошка и оксида металла. Когда эта смесь воспламеняется, происходит экзотермическая окислительно-восстановительная реакция, т.е.е. химическая реакция, в которой энергия высвобождается в виде электронов, которые переходят между двумя веществами. Таким образом, когда термит помещается поверх льда и воспламеняется с помощью пламени, лед сразу же загорается, и выделяется большое количество тепла в виде взрыва. Однако нет какой-либо убедительной научной теории о том, почему термит вызывает взрыв. Но одно ясно из демонстрационного видео - не пробуйте это дома.

    13.Осциллирующие часы Бриггса-Раушера

    Реакция Бриггса-Раушера - одна из очень немногих колеблющихся химических реакций. Реакция дает ошеломляющий визуальный эффект за счет изменения цвета раствора. Для инициирования реакции смешивают три бесцветных раствора. Полученный раствор будет циклически менять цвет с прозрачного на янтарный в течение 3-5 минут и в итоге станет темно-синим. Для этого наблюдения необходимы три раствора: разбавленная смесь серной кислоты (H 2 SO 4 ) и йодата калия (KIO 3 ), разбавленная смесь малоновой кислоты (HOOOCCH 2 COOH), моногидрат сульфата марганца. (МнСО 4 .H 2 O) и крахмал витекс и, наконец, разбавленный пероксид водорода (H 2 O 2 ).

    14. Supercool Water

    Возможно, вы не заморозите окружающую среду, как Эльза в фильме «Холодное сердце», но вы определенно можете заморозить воду прикосновением к этому классному научному эксперименту. Эксперимент с супер холодной водой заключается в охлаждении очищенной воды до -24 ° C (-11 ° F). Охлажденную бутылку можно медленно вынуть и постучать по дну или по бокам, чтобы запустить процесс кристаллизации.Поскольку очищенная вода не имеет примесей, молекулы воды не имеют ядра для образования твердых кристаллов. Внешняя энергия, обеспечиваемая в виде крана или удара, заставит молекулы переохлажденной воды образовывать твердые кристаллы посредством зародышеобразования и запустит цепную реакцию по кристаллизации воды по всей бутылке.

    15. Феррожидкость

    Ферромагнитная жидкость состоит из наноразмерных ферромагнитных частиц, взвешенных в несущей жидкости, такой как органический растворитель или вода.Изначально обнаруженные Исследовательским центром НАСА в 1960-х годах в рамках исследования по поиску методов контроля жидкостей в космосе, феррожидкости при воздействии сильных магнитных полей будут создавать впечатляющие формы и узоры. Эти жидкости могут быть приготовлены путем объединения определенных пропорций соли Fe (II) и соли Fe (III) в основном растворе с образованием валентного оксида (Fe 3 O 4 ).

    16. Гигантский пузырь сухого льда

    Сухой лед всегда является забавным веществом для разнообразных экспериментов.Если вам удастся найти немного сухого льда, попробуйте в этом эксперименте создать гигантский пузырь из простых материалов. Возьмите миску и наполовину наполните ее водой. Смочите жидкое мыло водой и перемешайте. Пальцами намочите края миски и добавьте в раствор сухой лед. Окуните полоску ткани в мыльную воду и протяните ее по всему краю миски. Подождите, пока пары сухого льда не задержатся внутри пузыря, который начнет постепенно расширяться.

    17. Змея фараона

    Змея фараона - это простая демонстрация фейерверка.Когда тиоцианат ртути воспламеняется, он распадается на три продукта, и каждый из них снова распадается на еще три вещества. Результатом этой реакции является растущий столб, напоминающий змею, с выделением пепла и дыма. Хотя все соединения ртути токсичны, лучший способ провести этот эксперимент - в вытяжном шкафу. Также существует серьезная опасность пожара. Однако самое простое решение - посмотреть видео, если у вас нет доступа к материалам.

    18. Эффект Мейснера

    Охлаждение сверхпроводника ниже температуры перехода сделает его диамагнитным.Это эффект, при котором объект будет отталкиваться от магнитного поля, а не тянуться к нему. Эффект Мейснера также привел к появлению концепции транспортировки без трения, при которой объект можно левитировать по рельсам, а не прикреплять к колесам. Однако этот эффект также можно воспроизвести в лаборатории. Вам понадобится сверхпроводник и неодимовый магнит, а также жидкий азот. Охладите сверхпроводник жидким азотом и поместите сверху магнит, чтобы наблюдать левитацию.

    19. Сверхтекучий гелий

    Охлаждение гелия до достижения его лямбда-точки (-271 ° C) сделает его сверхтекучим, известным как гелий II. Эта сверхтекучая жидкость образует тонкую пленку внутри контейнера и будет подниматься против силы тяжести, чтобы найти более теплые области. Тонкая пленка имеет толщину около 30 нм, в ней капиллярные силы превышают силу тяжести, которая удерживает жидкость в контейнере.

    .

    Смотрите также