Группа VIA

Опыт 7. Получение кислорода из перманганата калия

Кислород – важнейший биогенный элемент, находится в VIА группе (р-элемент).

В атмосфере Земли содержится около 21% кислорода (по объему). В промышленности кислород получают из жидкого воздуха путем ректификации – дробной перегонки, основанной на различии температур кипения кислорода (–183°С) и азота (–195,8°С). В лабораториях пользуются кислородом промышленного производства, поставляемым в стальных баллонах под давлением 15 МПа. Лабораторным способом его получения служит электролиз водных растворов щелочей. Небольшие количества О₂ можно получать взаимодействием раствора KMnO₄ с подкисленным раствором Н₂О₂ (см. опыт 4.2 в работе 8) или термическим разложением некоторых кислородсодержащих веществ, например, перманганата калия:

2KMnO₄ = K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂­.

Велика биологическая роль кислорода. Элемент кислород входит в состав всех жизненно важных органических веществ – белков, жиров, углеводов. Без О₂ невозможны чрезвычайно важные жизненные процессы: дыхание, окисление аминокислот, жиров, углеводов. Только немногие растения, называемые анаэробными,могут обходиться без кислорода. За сутки человек фактически использует около 0,1 м³ кислорода. У высших животных О₂ проникает в кровь, соединяется с гемоглобином, образуя оксигемоглобин, который поступает в капилляры различных органов. Здесь О₂ отщепляется от гемоглобина и через стенки капилляров диффундирует в ткани. В тканях кислород расходуется на окисление различных веществ. Эти реакции в конечном итоге приводят к образованию углекислого газа, воды и созданию запаса энергии.

Регенерация кислорода осуществляется в растениях в результате фотосинтеза.

Кислород используют в медицине при затрудненном дыхании. В последние годы при лечении газовой гангрены и ряда других заболеваний, при которых накапливаются микробы в омертвевших тканях, применяют гипербарическую оксигенацию, т.е. помещают больных в барокамеры с повышенным давлением кислорода в воздухе. При этом улучшается снабжение тканей кислородом, и во многих случаях такой способ лечения дает хорошие результаты.

Выполнение опыта

В сухую пробирку с газоотводной трубкой высыпают примерно 1 г кристаллического KMnO₄. Другую пробирку (или цилиндр), предназначенную для собирания газа, предварительно заполняют водой, затем закрывают стеклянной пластинкой или пробкой, опускают вниз отверстием в стеклянную ванну, в которую налита вода, и открывают под водой отверстие этой пробирки (см. рис. 3.4). Осторожно нагревают пробирку с KMnO₄ по всей длине пробирки. Убедившись, что из трубки выделяется кислород (как это сделать?), подводят конец ее под пробирку с водой. Затем ведут нагревание, перемещая горелку от отверстия к дну пробирки. Собирают в пробирку кислород методом вытеснения воды, оставив в ней немного воды. Вынимают газоотводную трубку из воды и только тогда прекращают нагревание (почему?). Закрывают пробирку под водой стеклянной пластинкой, вынимают из воды и поднимают открытым отверстием вверх.

Испытайте собранный таким образом газ тлеющей лучиной. Напишите уравнение реакции, укажите окислитель и восстановитель, определите тип окислительно-восстановительной реакции, расставьте коэффициенты методом электронного баланса.