Hoá học 10 Bài 29: Oxi – Ozon

1. Tóm tắt lý thuyết

1.1. Oxi

a. Vị trí và cấu tạo

Vị trí: ô 8, chu kì 2, nhóm VIA

Cấu hình electron: 1s²2s²2p⁴

Công thức: O = O            

CTPT:  O₂

b. Tính chất vật lí

Chất khí không màu, không mùi, không vị, nặng hơn không khí (d=1,1), ít tan trong nước

Oxi hóa lỏng ở – 183­⁰ C. Oxi lỏng có màu xanh da trời

c. Tính chất hoá học

({rm{ }}mathop {{O_{2;}}}limits^0  + {rm{ }}2.2e; to ;{rm{ }}mathop Olimits^{ – 2} )

⇒ Đa số trong các hợp chất nguyên tố oxi có số oxi hóa -2 (trừ hợp chất với Flo và peoxit).

({chi _{rm{O}}} = 3,44{rm{  

⇒ Oxi là một phi kim hoạt động, có tính oxi hóa mạnh.

Tác dụng với kim loại (trừ Au, Pt…)

Video 1: Phản ứng giữa Magie với oxi

Hiện tượng: Magie cháy sáng

Phương trình phản ứng: 2Mg  + O₂  →   2MgO

https://www.youtube.com/watch?v=Vhlv-6AJ924

Video 2: Phản ứng giữa sắt và Oxi

Hiện tượng: Sắt cháy sáng trong bình chứa Oxi

Phương trình phản ứng: 3Fe + 2O₂  → Fe₃O₄

Lưu ý: Fe₃O₄ là hỗn hợp của FeO và Fe₂O₃

Tác dụng với phi kim (trừ halogen)

Cacbon cháy trong không khí (nhóm than củi nấu bếp)

C + O₂ → CO₂

Đốt cháy Photpho đỏ trong bình chứa khí Oxi

P + O₂ → P₂O₅

Video 3: Đốt cháy Photpho đỏ trong bình chứa khí Oxi

Đốt bột lưu huỳnh trong oxi xảy ra hiện tượng lưu huỳnh cháy với ngọn lửa màu xanh.

S + O₂ → SO₂

Video 4: Lưu huỳnh cháy trong oxi

Tác dụng với hợp chất

CO cháy trong không khí: CO + O₂ → CO₂

(CO là sản phẩm do C cháy không hoàn toàn trong không khí. CO tiếp tục cháy để tạo CO₂)

Lưu ý: Phụ nữ sau sinh con có tập tục nằm than. Điều này không tốt cho sức khỏe. Than khi đốt cháy sinh ra khí CO₂. Đây là khí độc không tốt cho mẹ, đặc biệt là con nhỏ. Hệ hô hấp của bé còn yếu mà lại được đặt trong căn phòng “ngập tràn” CO₂ khiến bé hít thở khó khăn, có trường hợp dẫn tới ngạt thở tử vong. CO₂ cũng khiến cho bé mắc các bệnh về phổi sau này.

Rượu etylic cháy khi phản ứng với oxi

C₂H₅OH + 3O₂ →  2CO₂ + 3H₂O 

Video 5: Rượu etylic cháy khi phản ứng với oxi

d. Ứng dụng

Oxi có vai trò quyết định đối với sự sống của con người.

Thuốc nổ nhiên liệu tên lửa.

Hàn cắt kim loại

Y khoa

Công nghiệp hóa chất.

Luyện thép.

1) Bình thở khí oxi   2) Hàn cắt kim loại

3) Luyện gang – thép   4) Nhiên liệu tên lửa

e. Điều chế

Điều chế khí oxi trong phòng thí nghiệm

Nguyên tắc: Phân hủy hợp chất chứa oxi kém bền với nhiệt như KMnO₄ (rắn), KClO₃ (rắn), H₂O₂ …

​Phương trình phản ứng:

2KMnO₄ →  K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

2KClO₃   →   2KCl + 3O₂↑ (Điều kiện: xúc tác MnO₂)

H₂O₂  → H₂O + O₂↑

Video 6: Điều chế Oxi bằng cách nhiệt phân Kali pemanganat KMnO₄

2KMnO₄  → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑

Sản xuất Oxi trong công nghiệp

Từ không khí: chưng cất phân đoạn không khí lỏng

https://www.youtube.com/watch?v=CFqHv0wn274

Video 7: Thí nghiệm ảo mô phỏng quá trình chưng cất phân đoạn không khí lỏng

Từ nước: điện phân  

Điện phân nước người ta thu được khí oxi ở cực dương (anot) và khí hiđro ở cực âm (catot).   

2H₂O (điện phân) → 2H₂ ↑ + O₂↑ 

Lưu ý: ​trong tự nhiên oxi còn đươc sinh ra do quá trình quang hợp của cây xanh. Nó có ý nghĩa làm giảm CO₂ trong không khí, chống ô nhiễm môi trường. Do đó, cần phải có ý thức  trồng và bảo vệ cây xanh vì đó cũng là bảo vệ cuộc sống của chính chúng ta.

1.2. Ozon

a. Tính chất

Ozon là một dạng thù hình của oxi. (Thù hình là các dạng cấu tạo khác nhau của cùng một nguyên tố, ví dụ như than chì và kim cương…)

Ozon là chất khí màu xanh nhạt, có mùi đặc trưng.

Hóa lỏng ở -112⁰ C.

Tan nhiều trong nước hơn oxi.

O₃ có tính oxi hoá mạnh hơn O₂, do O₃   →  O₂  +  O

O₂   + Ag  → không phản ứng

2Ag + O₃ → Ag₂O + O₂

O₃  +2 KI + H₂O → 2KOH + I₂ + O₂ (Dấu hiệu nhận biết oxi và ozon)

b. Ozon trong tự nhiên

Ozon được tạo thành trong khí quyển khi có sự phóng điện( tia chớp, sét).

3O₂ (tia tử ngoại) →  2O₃

Trên mặt đất, ozon được sinh ra do sự oxi hóa một số chất hữu cơ.

c. Ứng dụng

Trong công nghiệp,người ta dùng ozon để tẩy trắng tinh bột, dầu ăn và nhiều vật phẩm khác,…

Trong y học, Ozon được dùng để chữa sâu răng.

Trong đời sống, người ta dùng ozon để sát trùng nước sinh hoạt.

Lưu ý: Hiện nay tầng ozon đang bị phá huỷ nghiêm trọng, một trong những nguyên nhân  đó là do trong khí thải có chất làm lạnh CFC. Tuy đã bị cấm nhưng hậu quả của nó còn để lại đến hàng trăm năm sau. 

2. Bài tập minh họa

2.1. Dạng 1: Đơn chất oxi tác dụng với kim loại

Oxi hoá hoàn toàn m gam hỗn hợp X gồm Cu và Al có tỉ lệ mol 1:1 thu được 13,1 gam hỗn hợp Y gồm các oxit. Giá trị của m là:

A. 7,4 gam    

B. 8,7 gam

C. 9,1 gam    

D. 10 gam

Hướng dẫn giải

Cách 1:

Gọi a là số mol mỗi kim loại Cu, Al trong hỗn hợp X.

2Cu + O2 → 2CuO

a                       a

4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃

a                       a/2

Ta có: m_oxit = m_CuO + m_Al2O3 = 80a + 102a/2 = 13,1 ⇒ a = 0,1 mol

m_X = 64.0,1 + 27.0,1 = 9,1 gam

⇒ Đáp án C

Cách 2: Dùng bảo toàn nguyên tố và bảo toàn khối lượng.

Cách này không cần viết và cân bằng phương trình phản ứng.

Gọi a là số mol mỗi kim loại Cu, Al trong hỗn hợp X.

Bảo toàn nguyên tố Cu và nguyên tố Al

⇒ (left{ begin{array}{l}
{n_{CuO}} = {n_{Cu}} = a\
2{n_{A{l_2}{O_3}}} = {n_A}_l = a
end{array} right. to left{ begin{array}{l}
{n_{CuO}} = a\
{n_{A{l_2}{O_3}}} = 0,5a
end{array} right.)

Bảo toàn khối lượng ⇒ m_Y = m_CuO + m_Al2O₃

= 80a + 51a = 13,1 ⇒ a = 0,1 mol

m_X = 64.0,1 + 27.0,1 = 9,1 gam

⇒ Đáp án C

2.2. Dạng 2: Bài tập về oxi, ozon

Một bình cầu dung tích 0,336 lit được nạp đầy oxi rồi cân được m₁ gam. Phóng điện để ozon hoá, sau đó nạp thêm cho đầy oxi rồi cân, thu được khối lượng là m₂. Khối lượng m₁ và m₂ chênh lệch nhau 0,04 gam. Biết các thể tích nạp đều ở điều kiện tiêu chuẩn. Thành phần phần trăm về thể tích của ozon trong hỗn hợp sau phản ứng gần nhất với giá trị nào sau đây?

A. 9%.    

B. 10%.

C. 18%.    

D. 17%.

Hướng dẫn giải

Sử dụng phương pháp tăng giảm khối lượng:

Cứ 1 mol O₃ tạo thành có khối lượng nhiều hơn 1 mol O₂ là:  48-32 = 16 gam.

Vậy x mol O₃ tạo thành có khối lượng nhiều hơn x mol O₂ là 0,04 gam

⇒ n_O3 = x = 0,04/16 = 0,0025 mol

⇒ V_O3 = 0,0025.22,4 = 0,056 lít

⇒ %V_O3 = (frac{{0,056}}{{0,336}}.100 = 16,67% )

⇒ Đáp án D

2.3. Dạng 3: Bài tập tính oxi hóa mạnh của ozon

Những phản ứng nào sau đây chứng minh tính oxi hóa của ozon mạnh hơn oxi ?

(1) O₃ + Ag →

(2) O₃ + KI + H₂O →

(3) O₃ + Fe →

(4) O₃ + CH₄ →

A. 1,2.    

B. 2,3.

C. 2,4.    

D. 3,4.

Hướng dẫn giải

(1) O₃ + Ag

(2) O₃ + KI + H₂O

⇒ Đáp án A

2.4. Dạng 4: Bài tập điều chế oxi

Thêm 3 gam MnO₂ vào 197 gam hỗn hợp X gồm KCl và KClO₃. Trộn kĩ và đun hỗn hợp đến phản ứng hoàn toàn, thu được chất rắn cân nặng 152 gam. Khối lượng KCl trong 197 gam X là

A. 74,50 gam.   

B. 13,75 gam.    

C. 122,50 gam.    

D. 37,25 gam.

Hướng dẫn giải

Bảo toàn khối lượng: m_O2 = 3 + 197 – 152 = 48 (gam)

⇒ n_O2= 48/32 = 1,5 (mol)

2KClO₃ ^to → 2KCl + 3O₂ ↑

⇒ m_KCl = 197 – 1.122,5 = 74,5 (gam)

nO₂ = nKMnO₄ : 2 = 0,175 mol

VO₂ = 0,1275.22,4 = 3,92 lít

⇒ Đáp án C

3. Luyện tập

3.1. Bài tập tự luận

Câu 1: Đốt cháy hoàn toàn 17,4 gam hỗn hợp Mg và Al trong khí oxi (dư) thu được 30,2 gam hỗn hợp oxit. Thể tích khí oxi (đktc) đã tham gia phản ứng là?

Câu 2: Oxi hóa hoàn toàn m gam kim loại X cần vừa đủ 0,25m gam khí O₂. X là?

Câu 3: Nhiệt phân hoàn toàn 31,6 gam KMnO₄, thu được V lít O₂ (đktc). Giá trị của V là?

Câu 4: Hỗn hợp khí X gồm O₂ và O₃, tỉ khối hơi của X đối với H₂ là 19,2. Đốt cháy hoàn toàn a mol khí CO cần 1 mol X. Giá trị của a là?

Câu 5: Đốt cháy hoàn toàn 3,6 gam kim loại M (có hóa trị II không đổi trong hợp chất) trong hỗn hợp khí Cl2 và O₂. Sau phản ứng thu được 11,5 gam chất rắn và thể tích hỗn hợp khí đã phản ứng là 2,8 lít (đktc). Kim loại M là?

3.2. Bài tập trắc nghiệm

Câu 1: Tính chất hóa học đặc trưng của nguyên tố oxi là

A. tính oxi hóa mạnh.

B. tính khử mạnh.

C. tính oxi hóa yếu.

D. vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử.

Câu 2: Dãy gồm các chất đều tác dụng được với oxi là

A. Mg, Al, C, C₂H₅OH

B. Al, P, Cl₂, CO

C. Au, C, S, CO

D. Fe, Pt, C, C₂H₅OH

Câu 3: Phương trình hóa học nào sau đây sai?

A. KMnO₄ ^to → K + Mn + 2O₂

B. 2KClO₃ ^to → 2KCl + 3O₂

C. 2Ag + O₃ → Ag₂O + O₂

D. C₂H₅OH + 3O₂ ^to → 2CO₂ + 3H₂O

Câu 4: Cặp chất nào sau đây không tác dụng được với nhau?

A. Ag và O₃

B. CO và O₂

C. Mg và O₂

D. CO₂ và O₂

Câu 5: Ứng dụng nào sau đây không phải của ozon?

A. Khử trùng nước sinh hoạt.

B. Chữa sâu răng.

C. Tẩy trắng tinh bột, dầu ăn.

D. Điều chế oxi trong phòng thí nghiệm.

4. Kết luận

Sau bài học cần nắm:

• Tính chất hóa học cơ bản của khí Oxi và khí Ozon? Những phản ứng hóa học nào có thể chứng minh cho những tính chất này?
• Phương pháp điều chế khí Oxi như thế nào, vai trò của khí oxi đối với đời sống và sản xuất như thế nào?
• Ảnh hưởng khí Ozon đến đời sống trên Trái Đất như thế nào?