# Химические свойства кислорода

Химия · 8 класс · Воздух. Кислород. Понятие об оксидах
Источник: https://razlozheno.ru/subject/himiya/8/himicheskie-svojstva-kisloroda

Как кислород реагирует с металлами, неметаллами и сложными веществами, что такое оксиды и чем горение отличается от тихого окисления.

## Чему научишься

- Записать уравнение реакции металла с кислородом и назвать полученный оксид
- Расставить коэффициенты в реакции сложного вещества с кислородом на примере $CH_4$ и $H_2S$
- Объяснить, что такое горение и окислитель, и сравнить окисление при обычных условиях и при нагревании

## С чего начать

Кусочек магния спокойно лежит на столе, а в пламени горелки вспыхивает так, что больно смотреть. Вещество то же, воздух тот же. Что же меняется — и почему кислород называют «химически активным»?

## 1. Кислород и металлы: что получается

*Реакции окисления на примере $Ca$, $Mg$, $Cu$*

Кислород — «общительный» газ: он охотно вступает в реакции и с простыми веществами (металлами и неметаллами), и со сложными. С большинством металлов при обычных условиях он реагирует **медленно**, а при нагревании — **бурно**. Условия не меняют результат, они меняют скорость: тихо и незаметно или с вспышкой.

Представь очередь в гардероб. Без команды люди подходят по одному и долго раздеваются. Нагрев — это как будто объявили, что через минуту закрытие: все бросились сдавать куртки одновременно. Результат тот же (куртки сданы), но скорость совсем другая. Так и металл с кислородом: итог один — оксид, а нагрев резко ускоряет путь к нему.

**Реакции окисления**

**Реакции окисления** — химические реакции простых и сложных веществ с кислородом, в результате которых образуются оксиды соответствующих химических элементов.

**Металлы + кислород**

$2Ca + O_2 = 2CaO$

$2Mg + O_2 = 2MgO$

$2Cu + O_2 = 2CuO$

Здесь $Ca$ — кальций, $CaO$ — оксид кальция; $Mg$ — магний, $MgO$ — оксид магния; $Cu$ — медь, $CuO$ — оксид меди(II); $O_2$ — кислород.

**Как это держать в голове**

**Аналогия:** кислород «приклеивается» к металлу, и получается новое вещество — оксид. Молекула $O_2$ состоит из двух атомов, поэтому делится между двумя атомами металла — отсюда двойки перед металлом и оксидом.

**Как запомнить:** название оксида собирается само: «оксид» + название металла ($Mg$ → оксид магния). А самопроверка такая: в правой части у оксида всегда есть $O$, а слева кислорода ровно столько же атомов — их число должно совпасть.

**Пример: Проверяем уравнение магния**

1. Берём $2Mg + O_2 = 2MgO$.
2. Слева: $Mg$ — 2 атома, $O$ — 2 атома (в молекуле $O_2$).
3. Справа: в $2MgO$ — 2 атома $Mg$ и 2 атома $O$.
4. Атомов поровну — уравнение составлено верно.

Практическое исследование помогает увидеть свойства кислорода не только в уравнениях. Сначала получают кислород и собирают его в сосуд. Затем раскаляют угольок и помещают его в сосуд с кислородом. Наблюдение показывает, как раскалённый угольок горит в кислороде: реакция становится более интенсивной. После опыта по наблюдениям составляют уравнение реакции углерода с кислородом: $C + O_2 = CO_2$.

**Проверь себя:** Какой оксид получится при окислении меди? Как он называется?
**Ответ:** $CuO$ — оксид меди(II); уравнение $2Cu + O_2 = 2CuO$.

### Проверь себя

**Как протекает взаимодействие большинства металлов с кислородом при обычных условиях?**
- Очень медленно. — верно
- С поглощением большого количества теплоты.
- С образованием чистых неметаллов.
- Бурно, с выделением большого количества света.
> При комнатных температурах окисление многих металлов происходит с низкой скоростью и без видимого выделения света.

**Что происходит при нагревании большинства металлов в кислороде?**
- Реакция протекает незаметно без выделения энергии.
- Реакция идет бурно, с выделением света и большого количества теплоты. — верно
- Металл превращается в сложный гидроксид без участия теплоты.
- Реакция замедляется и полностью прекращается.
> Нагревание обеспечивает энергию активации, вызывая бурное горение металла с выделением энергии.

**Какое бинарное соединение образуется при взаимодействии кальция с кислородом ($2\mathrm{Ca} + \mathrm{O}_2 = 2\mathrm{CaO}$)?**
- Оксид кальция — верно
- Пероксид кальция
- Гидроксид кальция
- Карбид кальция
> Соединение $\mathrm{CaO}$ состоит из двух элементов, одним из которых является кислород, что соответствует названию «оксид кальция».

**Какое название согласно правилам номенклатуры имеет продукт реакции $2\mathrm{Cu} + \mathrm{O}_2 = 2\mathrm{CuO}$?**
- Оксид меди(I)
- Оксид меди(II) — верно
- Гидроксид меди(II)
- Медный купорос
> В соединении $\mathrm{CuO}$ медь проявляет валентность (II), что отражается в названии оксида.

**Какие неметаллы приведены в тексте в качестве примера веществ, реагирующих с кислородом при нагревании?**
- Хлор и фтор
- Сера и углерод — верно
- Гелий и аргон
- Железо и медь
> Именно сера и углерод прямым текстом упомянуты как примеры неметаллов, вступающих в реакцию при нагревании.

**Почему реакции взаимодействия веществ с кислородом стали называть реакциями окисления?**
- В ходе этих реакций всегда выпадает осадок белого цвета.
- В них участвуют только химически инертные соединения.
- В результате этих реакций образуются оксиды соответствующих элементов. — верно
- Эти реакции протекают исключительно с поглощением энергии.
> Термин «окисление» исторически произошел от образования оксидов при участии кислорода.

**Какое утверждение о химической активности кислорода является верным согласно тексту?**
- Кислород обладает высочайшей химической активностью и реагирует со многими простыми и сложными веществами. — верно
- Кислород вступает в реакции только при охлаждении ниже $0^\circ\mathrm{C}$.
- Кислород реагирует исключительно с металлами и не реагирует со сложными веществами.
- Кислород реагирует только в присутствии катализаторов.
> Высокая химическая активность кислорода — его ключевая характеристика, описанная в начале параграфа.

**Какова формула оксида магния, образующегося при горении магния ($2\mathrm{Mg} + \mathrm{O}_2 = 2\mathrm{MgO}$)?**
- $\mathrm{Mg}(\mathrm{OH})_2$
- $\mathrm{MgO}$ — верно
- $\mathrm{MgO}_2$
- $\mathrm{Mg}_2\mathrm{O}$
> Магний и кислород образуют оксид магния с химической формулой $\mathrm{MgO}$.

**В чем главное различие между протеканием реакции металла с кислородом при обычных условиях и при нагревании?**
- При обычных условиях реакция идет очень медленно, а при нагревании — бурно с выделением света и тепла. — верно
- При нагревании реакция останавливается, а при обычных условиях идет бурно.
- При обычных условиях образуются оксиды, а при нагревании — простые вещества.
- Различий нет, реакция всегда протекает с одинаковой скоростью.
> Температура кардинально меняет скорость процесса и интенсивность выделения энергии.

**К какому типу соединений относятся все продукты взаимодействия простых веществ (металлов и неметаллов) с кислородом, описанные в тексте?**
- Соли
- Оксиды (бинарные соединения с кислородом) — верно
- Кислоты
- Основания
> Реакции окисления элементов кислородом приводят к образованию бинарных соединений — оксидов.

## 2. Кислород и сложные вещества

*Метан и сероводород*

Кислород реагирует не только с простыми веществами. При окислении сложных веществ обычно образуются **оксиды всех входящих в них элементов**. Если вещество состоит из углерода и водорода — получится оксид углерода и оксид водорода (то есть вода). Если из серы и водорода — оксид серы и вода.

*Рисунок: Газовая конфорка с синим пламенем*

**Сложные вещества + кислород**

$CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O$

$2H_2S + 3O_2 = 2SO_2 + 2H_2O$

$CH_4$ — метан, $CO_2$ — оксид углерода(IV), $H_2O$ — оксид водорода (вода), $H_2S$ — сероводород, $SO_2$ — оксид серы(IV).

**Как это держать в голове**

**Аналогия:** молекулу вещества можно представить как конструктор. Кислород разбирает его на детали и собирает новые «фигурки»: каждый элемент уходит в свой оксид.

**Как запомнить:** сколько элементов было в веществе (кроме кислорода), столько оксидов в правой части. В $CH_4$ два элемента — $C$ и $H$ — значит оксиды $CO_2$ и $H_2O$. В $H_2S$ — $S$ и $H$ — значит $SO_2$ и $H_2O$.

**Пример: Уравниваем сероводород с кислородом**

1. Схема: $H_2S + O_2 \rightarrow SO_2 + H_2O$.
2. Считаем справа кислород: в $SO_2$ — 2 атома, в $H_2O$ — 1. Всего 3, а слева чётное число — значит нужна двойка перед оксидами: $2SO_2$ и $2H_2O$.
3. Теперь справа: $S$ — 2, $H$ — 4, $O$ — $4 + 2 = 6$. Ставим $2H_2S$ слева: $S$ — 2, $H$ — 4.
4. Кислорода слева надо 6 атомов — это $3O_2$.
5. Итог: $2H_2S + 3O_2 = 2SO_2 + 2H_2O$. Проверка: $S$ — 2 и 2, $H$ — 4 и 4, $O$ — 6 и 6.

**Проверь себя:** Сколько атомов кислорода справа в уравнении $CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O$?
**Ответ:** 4: два в $CO_2$ и два в $2H_2O$ — столько же, сколько слева в $2O_2$.

**Неправильно:** $CH_4 + O_2 = CO_2 + H_2O$ — «вроде всё есть, можно не считать»
**Правильно:** Атомы надо считать: водорода слева 4, справа 2. Верно: $CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O$.

### Проверь себя

**Что образуется при взаимодействии сложных веществ с кислородом?**
- Соли бескислородных кислот.
- Оксиды тех химических элементов, атомы которых входили в состав сложного вещества. — верно
- Всегда только вода и чистый углерод.
- Только простые вещества в чистом виде.
> Каждый элемент, входящий в сложное вещество, при окислении обычно переходит в соответствующий оксид.

**Какие оксиды образуются при горении метана ($\mathrm{CH}_4 + 2\mathrm{O}_2 = \mathrm{CO}_2 + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}$)?**
- Оксид углерода(IV) и оксид водорода — верно
- Оксид углерода(IV) и оксид серы(IV)
- Оксид кальция и оксид водорода
- Оксид серы(IV) и оксид углерода(II)
> Метан состоит из углерода и водорода, поэтому при его окислении образуются $\mathrm{CO}_2$ и $\mathrm{H}_2\mathrm{O}$.

**Сколько молекул кислорода ($\mathrm{O}_2$) требуется для полного окисления двух молекул сероводорода ($\mathrm{H}_2\mathrm{S}$) согласно уравнению реакции?**
- $2$
- $1$
- $4$
- $3$ — верно
> Уравнение реакции имеет вид $2\mathrm{H}_2\mathrm{S} + 3\mathrm{O}_2 = 2\mathrm{SO}_2 + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}$, где коэффициент перед кислородом равен $3$.

**При сгорании какого вещества образуется оксид серы(IV) ($\mathrm{SO}_2$)?**
- Сероводород — верно
- Магний
- Метан
- Кальций
> Согласно уравнению $2\mathrm{H}_2\mathrm{S} + 3\mathrm{O}_2 = 2\mathrm{SO}_2 + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}$, сероводород при горении дает $\mathrm{SO}_2$.

**Какой газ с формулой $\mathrm{CH}_4$ упоминается в реакциях взаимодействия кислорода со сложными веществами?**
- Кислород
- Углекислый газ
- Метан — верно
- Сероводород
> Молекулярная формула $\mathrm{CH}_4$ соответствует метану.

**Как называется продукт с формулой $\mathrm{H}_2\mathrm{O}$, образующийся при окислении водородсодержащих сложных веществ?**
- Пероксид водорода
- Оксид гидрония
- Оксид водорода — верно
- Гидроксид водорода
> В подписях к уравнениям реакций горения метана и сероводорода вещество $\mathrm{H}_2\mathrm{O}$ названо оксидом водорода.

**Какое химическое уравнение описывает взаимодействие сероводорода с кислородом?**
- $\mathrm{CH}_4 + 2\mathrm{O}_2 = \mathrm{CO}_2 + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}$
- $2\mathrm{H}_2\mathrm{S} + 3\mathrm{O}_2 = 2\mathrm{SO}_2 + 2\mathrm{H}_2\mathrm{O}$ — верно
- $\mathrm{H}_2\mathrm{S} + \mathrm{O}_2 = \mathrm{SO}_2 + \mathrm{H}_2$
- $2\mathrm{Ca} + \mathrm{O}_2 = 2\mathrm{CaO}$
> Данное уравнение отражает горение сероводорода с образованием оксида серы(IV) и оксида водорода.

## 3. Горение и окислитель

*Когда окисление идёт со светом и теплом*

Если окисление идёт быстро, мы это видим и чувствуем: тепло, свет, пламя. Для такой реакции есть своё название.

**Горение**

**Горение** — химическая реакция веществ с кислородом, сопровождающаяся выделением большого количества теплоты и света.

*Рисунок: Горящие деревянные поленья с пламенем*

**Окислитель**

**Окислитель** (в контексте кислородной теории) — простое вещество кислород, вступающее в реакции окисления с простыми и сложными веществами.

Кислородную теорию горения сформулировал А. Л. Лавуазье: горение — это соединение вещества с кислородом. Все реакции из этого урока подходят под неё.

**Как это держать в голове**

**Аналогия:** окислитель — это «партнёр», без которого горение не случится: нет кислорода — нет и реакции.

**Как запомнить:** горение = окисление + тепло + свет. Если нет и тепла, и света в заметном количестве — это просто окисление.

**Окисление металлов: обычные условия и нагревание**

| Признак | Обычные условия | При нагревании |
| --- | --- | --- |
| Скорость | медленно | бурно |
| Результат | оксид металла | оксид металла |
| Что видно | почти ничего | тепло и свет |
| Когда применять | спокойное окисление | окисление при нагревании; если реакция с кислородом сопровождается выделением большого количества теплоты и света — горение |

*Рисунок: Колба с голубым пламенем внутри, рядом горит спиртовка и лежит пробка*

**Проверь себя:** Почему кислород в реакциях горения называют окислителем?
**Ответ:** Он вступает в реакции окисления с простыми и сложными веществами, и получаются оксиды.

### Проверь себя

**Что в химии называют «горением» согласно материалу урока?**
- Любой процесс изменения агрегатного состояния вещества при нагревании.
- Растворение твердых веществ в жидкостях при комнатной температуре.
- Медленное разрушение металлов под действием окружающей среды.
- Многие химические реакции веществ с кислородом, сопровождающиеся выделением большого количества теплоты и света. — верно
> Определение горения включает химическое взаимодействие с кислородом и обязательное выделение тепла и света.

**Какое первое условие необходимо для возникновения горения?**
- Предварительное растворение вещества в воде
- Контакт веществ с кислородом — верно
- Охлаждение вещества до $0^\circ\mathrm{C}$
- Полное отсутствие освещения
> Поскольку горение — это реакция с кислородом, первичным фактором является обеспечение непосредственного контакта с ним.

**Какую роль выполняет простое вещество кислород в реакциях образования оксидов?**
- Катализатор
- Растворитель
- Окислитель — верно
- Индикатор
> Кислород вступает в реакции с веществами, окисляя их с образованием оксидов, поэтому его называют окислителем.

**Какой опыт описан в рубрике «Мои химические исследования» для изучения свойств кислорода?**
- Сжигание раскаленного уголька в ложке, помещенной в сосуд с кислородом. — верно
- Пропускание метана через холодный раствор кислоты.
- Растворение оксида меди в воде при охлаждении.
- Взаимодействие чистого водорода с серой при обычном освещении.
> В инструкции предлагается раскалить уголек в ложке для сжигания и внести его в сосуд с собранным кислородом.

**В каком классе, согласно тексту параграфа, учащиеся подробнее познакомятся с тем, что окислителем может быть не только кислород?**
- В 5 классе
- В 9 классе — верно
- В 7 классе
- В 11 классе
> Учебник прямо указывает, что расширение понятия окислителей и их реакций будет изучено в 9 классе.

**Какое бытовое применение процесса горения бытового газа приведено в тексте?**
- Приготовление пищи в бытовой плите. — верно
- Производство кислородных баллонов.
- Получение чистой питьевой воды.
- Закалка металлических изделий.
> В тексте отмечается польза горения газа в бытовой плите именно для приготовления пищи.

**Какую пользу приносит человеку горение свечи, упомянутое в тексте?**
- Выделяет углерод в промышленном масштабе.
- Служит источником чистого кислорода.
- Поглощает углекислый газ из воздуха.
- Спасает от темноты в отсутствие электрического освещения. — верно
> В тексте подчеркивается, что свет от горения свечи используется при отсутствии электричества.

**Какой вывод о вреде и пользе горения сделан в параграфе?**
- Вред от горения возможен только при отсутствии кислорода.
- Горение не имеет практической пользы и применяется только в лабораториях.
- Процесс горения всегда абсолютно безопасен и не может принести вреда.
- Горение может приносить пользу (приготовление пищи, свет), но часто наносит непоправимый вред (пожары). — верно
> Параграф подчеркивает двойственную роль горения в жизни человека.

**Почему $4{,}5\text{--}2$ млрд лет назад в атмосфере Земли не было свободного кислорода?**
- Кислород обладал высочайшей химической активностью и вступал в реакции с другими веществами. — верно
- Реакции окисления протекали только при экстремально низких температурах.
- Кислород мгновенно улетучивался в верхние слои атмосферы из-за низкой плотности.
- В то время на Земле отсутствовали химические элементы, способные образовывать оксиды.
> Высокая химическая активность кислорода приводила к его быстрому связыванию при взаимодействии с простыми и сложными веществами.

## Ключевые термины

- **Горение** — Химическая реакция веществ с кислородом, сопровождающаяся выделением большого количества теплоты и света.
- **Реакции окисления** — Химические реакции простых и сложных веществ с кислородом, в результате которых образуются оксиды соответствующих химических элементов.
- **Окислитель** — Простое вещество кислород, вступающее в реакции окисления с простыми и сложными веществами.

## Итог

- Кислород реагирует с металлами, неметаллами и сложными веществами.
- Реакции с кислородом дают оксиды: $2Mg + O_2 = 2MgO$.
- При окислении сложных веществ образуются оксиды всех элементов, например $CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O$.
- Горение — реакция с кислородом с выделением большого количества теплоты и света.

## Шпаргалка

### Реакции с кислородом

- **$2Ca + O_2 = 2CaO$** — кальций → оксид кальция
- **$2Mg + O_2 = 2MgO$** — магний → оксид магния
- **$2Cu + O_2 = 2CuO$** — медь → оксид меди(II)
- **$CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O$** — метан → $CO_2$ и вода
- **$2H_2S + 3O_2 = 2SO_2 + 2H_2O$** — сероводород → $SO_2$ и вода

### Ключевые термины

- **Горение** — реакция с кислородом, много теплоты и света
- **Реакции окисления** — реакции с кислородом, дающие оксиды
- **Окислитель** — простое вещество кислород

### Окисление металлов

| Признак | Обычные условия | Нагревание |
| --- | --- | --- |
| Скорость | медленно | бурно |
| Результат | оксид | оксид |
| Что видно | почти ничего | тепло и свет |

## Любопытное

- Кислородную теорию горения сформулировал А. Л. Лавуазье.