Tính chất vật lý của Oxi Ozon, tính chất hóa học của Oxi Ozon, Sản xuất và Ứng dụng - Hóa 10 bài 29

Bài viết này sẽ giúp các em biết tính chất vật lý, tính chất hóa học của Oxi, Ozon; phương pháp điều chế oxi trong phòng thí nghiệm và sản xuất oxi trong công nghiệp; các ứng dụng của Oxi và Ozon trong đời sống.

A. Oxi: Vị trí cấu tạo, tính chất vật lý và tính chất hóa học của Oxi

I. Vị trí và cấu tạo của Oxi

- Oxi thuộc chu kỳ 2, nhóm VIA trong bảng tuần hoàn.

- Kí hiệu hóa học của Oxi: O

- Số hiệu: 8

- Cấu hình electron của Oxi:  1s²2s²2p⁴

⇒ Có 2e độc thân và 6e lớp ngoài cùng

- Khối lượng nguyên tử: 16

- Công thức phân tử: O₂

- Khối lượng phân tử: 32

- Ở điều kiện thường, phân tử oxi có 2 nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị không cực.

- Công thức cấu tạo của Oxi: O=O

II. Tính chất vật lý của Oxi

- Oxi là chất khí không màu, không mùi và không vị, ít tan trong nước, hơi nặng hơn không khí 

 d_O2/KK = 32/29 ≈1,1.

- Dưới áp suất của khí quyển, oxi hóa lỏng ở −183^oC.

III. Tính chất hóa học của Oxi

- Nguyên tử oxi có 6e lớp ngoài cùng nên có xu hướng nhận thêm 2e (để đạt cấu hình electron của khí hiếm) khi tham gia phản ứng hóa học.

- Độ âm điện của O = 3,44 < F= 3,98

⇒ Oxi là nguyên tố phi kim hoạt động mạnh, có tính oxi hóa mạnh khi tham gia phản ứng hóa học

- Trong các hợp chất (trừ hợp chất với flo), nguyên tố oxi có số oxi hóa −2.

1. Oxi tác dụng với kim loại
2. Oxi tác dụng với hidro
3. Oxi tác dụng với phi kim (trừ các halogen)
4. Oxi tác dụng với hợp chất (có tính khử)

1. Oxi tác dụng với kim loại

- Oxi tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ vàng, bạc và bạch kim) tạo oxit kim loại.

 2Mg + O₂  2MgO

 4Na + O₂  2Na₂O

 3Fe + 2O₂  Fe₃O₄

 4Al + 3O₂  2Al₂O₃

2. Oxi tác dụng với hiđro

 2H₂ + O₂  2H₂O

 Tỉ lệ V_H2 : V_O2 phản ứng gây nổ

3. Oxi tác dụng với phi kim

- Oxi tác dụng với hầu hết phi kim (trừ halogen) tạo oxit phi kim.

 S + O₂  SO₂

 C + O₂  CO₂

 N₂ + O₂  2NO

 4P + 5O₂  2P₂O₅

4. Oxi tác dụng với hợp chất có tính khử

- Oxi tác dụng với nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ.

- Ở nhiệt độ cao, nhiều hợp chất cháy trong khí oxi tạo oxit.

 2SO₂ + O₂  2SO₃

 2CO + O₂  2CO₂

 4FeS₂  + 11O₂  2Fe₂O₃ + 8SO₂

 CH₄ + 2O₂  CO₂ + 2H₂O

⟹ Oxi là chất oxi hóa (Các quá trình oxi hóa đều tỏa nhiệt).

IV. Ứng dụng của Oxi

- Oxi có vai trò quyết định đến sự sống của con người và động vật. Mỗi người, mỗi ngày cần 20−30m³ không khí để thở.

- Oxi phục vụ cho các ngành công nghiệp hóa chất, luyện gang thép, y học, vũ trụ,...

V. Điều chế oxi trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp

1. Điều chế oxi trong phòng thí nghiệm

- Phân hủy những hợp chất giàu oxi và ít bền đối với nhiệt như KMnO₄, KClO₃,...

 2KMnO₄  K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

 2KClO₃  2KCl + 3O₂↑

 2H₂O₂  2H₂O + O₂↑

 2KNO₃  2KNO₂ + O₂↑Điều chế oxi bằng cách phân hủy kali pemanganat

2. Sản xuất oxi trong công nghiệp

a) Sản xuất oxi từ không khí

- Không khí được loại bỏ hết hơi nước, bụi, khí CO₂. Sau đó được hóa lỏng và chưng cất phân đoạn, thu được khí oxi ở =−183^oC.

b) Sản xuất oxi từ nước

- Điện phân nước (có hòa tan H₂SO₄ hay NaOH để tăng tính dẫn điện của nước) thu được khí oxi ở cực dương và khí hiđro ở cực âm.

 2H₂O  2H₂↑ + O₂↑

B. Ozon (O₃): Tính chất vật lý, tính chất hóa học và ứng dụng của Ozon

I. Tính chất vật lý, tính chất hóa học của ozon

- Ozon là một dạng thù hình của oxi.

1. Tính chất vật lí của ozon

- O₃ là chất khí, mùi đặc trưng, màu xanh nhạt.

- Khí ozon hóa lỏng ở nhiệt độ −112^oC, có màu xanh đậm.

- Ozon tan trong nước nhiều hơn O₂.

2. Tính chất hóa học của ozon

- Ozon có tính oxi hóa rất mạnh (mạnh hơn oxi). Ozon oxi hóa hầu hết các kim loại (trừ Au và Pt), nhiều phi kim và nhiều hợp chất vô cơ, hữu cơ.

- Thí dụ, ở nhiệt độ thường, oxi không oxi hóa được bạc, nhưng ozon oxi hóa bạc thành bạc oxit:

 2Ag + O₃ ⟶ Ag₂O +O₂

- Hay oxi không oxi hóa được ion I− trong dung dịch, nhưng ozon oxi hóa ion I⁻ thành I₂:

 2KI + O₃ + H₂O ⟶ 2KOH + I₂ + O₂

II. Ozon trong tự nhiên

- Trong khí quyển, ozon hình thành từ oxi do ảnh hưởng của tia cực tím hoặc sự phóng điện trong cơn giông. Trên mặt đất, ozon được sinh ra do sự oxi hóa một số chất hữu cơ.

3O₂  2O₃

- Ozon tập trung ở lớp khí quyển cách mặt đất 20 − 30km.