Průmyslový způsob výroby kyslíku. Kyslík a jeho výroba. Metody získávání a sběru kyslíku v laboratoři

Vzduch je nevyčerpatelným zdrojem kyslíku. Aby se z něj získal kyslík, musí být tento plyn oddělen od dusíku a dalších plynů. Na této myšlence je založena průmyslová metoda výroby kyslíku. Provádí se pomocí speciálního, poměrně objemného zařízení. Nejprve se vzduch silně ochladí, až se změní na kapalinu. Poté se teplota zkapalněného vzduchu postupně zvyšuje. Jako první se z něj uvolňuje plynný dusík (bod varu kapalného dusíku je -196 °C) a kapalina se obohacuje kyslíkem.

Získávání kyslíku v laboratoři. Laboratorní metody získávání kyslíku jsou založeny na chemických reakcích.

J. Priestley získal tento plyn ze sloučeniny, jejíž název je oxid rtuťnatý (II). Vědec pomocí skleněné čočky zaostřil sluneční světlo na hmotu.

V moderní verzi je tato zkušenost znázorněna na obrázku 54. Při zahřátí se oxid rtuťnatý (||) (žlutý prášek) mění na rtuť a kyslík. Rtuť se uvolňuje v plynném stavu a kondenzuje na stěnách zkumavky ve formě stříbřitých kapiček. Ve druhé zkumavce se nad vodou shromažďuje kyslík.

Nyní se Priestleyova metoda nepoužívá, protože rtuťové páry jsou toxické. Kyslík je produkován jinými reakcemi podobnými té, která je diskutovaná. Obvykle se vyskytují při zahřátí.

Reakce, při kterých z jedné látky vzniká několik dalších látek, se nazývají rozkladné reakce.

K získání kyslíku v laboratoři se používají následující sloučeniny obsahující kyslík:

Manganistan draselný KMnO4 (obecný název manganistan draselný; látka je běžným dezinfekčním prostředkem)

Chlorečnan draselný, KClO3

K chlorečnanu draselnému se přidává malé množství katalyzátoru - oxid manganičitý MnO2, takže dochází k rozkladu sloučeniny za uvolňování kyslíku1.

Molekulární struktura chalkogenhydridů H2E mohou být analyzovány pomocí molekulární orbitální (MO) metody. Jako příklad uvažujme schéma molekulárních orbitalů molekuly vody (obr. 3)

Pro konstrukci (Podrobnosti viz G. Gray "Electrons and chemical bond", M., nakladatelství "Mir", 1967, str. 155-62 a G. L. Miessier, D. A. Tarr, "Anorganic Chemistry", Prantice Hall Int. Inc. .., 1991, s. 153-57) MO schématu molekuly H2O, počátek souřadnic je kompatibilní s atomem kyslíku a atomy vodíku jsou umístěny v rovině xz (obr. 3). Překrytí 2s- a 2p-AO kyslíku s 1s-AO vodíku je na obr. 4. Obr. Na tvorbě MO se podílejí vodíkové a kyslíkové AO, které mají stejnou symetrii a podobné energie. Podíl AO na tvorbě MO je však odlišný, což se odráží v různých hodnotách koeficientů v odpovídajících lineárních kombinacích AO. Interakce (překrývání) 1s-AO vodíku, 2s- a 2pz-AO kyslíku vede k vytvoření 2a1-vazby a 4a1-uvolnění MO.

Při řezání kovu se provádí vysokoteplotním plynovým plamenem získaným spalováním hořlavého plynu nebo kapalné páry smíchané s komerčně čistým kyslíkem.

Kyslík je nejrozšířenějším prvkem na Zemi vyskytující se ve formě chemických sloučenin s různými látkami: v zemi - až 50 % hmotnostních, v kombinaci s vodíkem ve vodě - asi 86 % hmotnostních a ve vzduchu - až 21 % objemových a 23 % hmotnostních.

Kyslík za normálních podmínek (teplota 20°C, tlak 0,1 MPa) je bezbarvý, nehořlavý plyn, mírně těžší než vzduch, bez zápachu, ale aktivně podporující hoření. Při normálním atmosférickém tlaku a teplotě 0 ° C je hmotnost 1 m 3 kyslíku 1,43 kg a při teplotě 20 ° C a normálním atmosférickém tlaku - 1,33 kg.

Kyslík má vysokou reaktivitu, tvořící sloučeniny se všemi chemickými prvky kromě (argon, helium, xenon, krypton a neon). Reakce sloučeniny s kyslíkem probíhají za uvolňování velkého množství tepla, to znamená, že jsou exotermické povahy.

Když se stlačený plynný kyslík dostane do kontaktu s organickými látkami, oleji, tuky, uhelným prachem, hořlavými plasty, mohou se samovolně vznítit v důsledku uvolnění tepla při rychlé kompresi kyslíku, tření a dopadu pevných částic na kov, stejně jako elektrostatická jiskra vybít. Při použití kyslíku je proto třeba dbát na to, aby nepřišel do styku s hořlavými a hořlavými látkami.

Všechna kyslíková zařízení, kyslíková vedení a lahve musí být důkladně odmaštěny. je schopen vytvářet výbušné směsi s hořlavými plyny nebo kapalnými hořlavými parami v širokém rozsahu, což může také vést k výbuchu v přítomnosti otevřeného plamene nebo dokonce jiskry.

Zmíněné vlastnosti kyslíku je třeba mít vždy na paměti při jeho použití v procesech zpracování plamenem.

Atmosférický vzduch je převážně mechanická směs tří plynů s následujícím objemovým obsahem: dusík - 78,08%, kyslík - 20,95%, argon - 0,94%, zbytek tvoří oxid uhličitý, oxid dusný atd. Kyslík se získává separací vzduchu na kyslíku a metodou hloubkového chlazení (zkapalnění), spolu se separací argonu, jehož využití neustále narůstá při. Dusík se používá jako ochranný plyn při svařování mědi.

Kyslík lze získat chemicky nebo elektrolýzou vody. Chemické metody neproduktivní a nehospodárné. V elektrolýza vody stejnosměrný kyslík se získává jako vedlejší produkt při výrobě čistého vodíku.

Kyslík se vyrábí v průmyslu z atmosférického vzduchu hlubokým chlazením a rektifikací. V zařízeních na výrobu kyslíku a dusíku ze vzduchu je tento očištěn od škodlivých nečistot, stlačen v kompresoru na odpovídající tlak chladicího cyklu 0,6-20 MPa a ochlazen ve výměnících tepla na teplotu zkapalňování, rozdíl v teploty zkapalňování kyslíku a dusíku jsou 13 °C, což stačí k jejich úplnému oddělení v kapalné fázi.

Kapalný čistý kyslík se hromadí v odlučovači vzduchu, odpařuje se a shromažďuje v plynojemu, odkud je kompresorem čerpán do lahví pod tlakem až 20 MPa.

Potrubím se dopravuje i technický kyslík. Tlak kyslíku dopravovaného potrubím musí být dohodnut mezi výrobcem a spotřebitelem. Kyslík je dodáván na místo v kyslíkových lahvích a v kapalné formě - ve speciálních nádobách s dobrou tepelnou izolací.

K přeměně kapalného kyslíku na plyn se používají zplyňovače nebo čerpadla s odpařovači kapalného kyslíku. Při normálním atmosférickém tlaku a teplotě 20 °C dává 1 dm 3 kapalného kyslíku při odpařování 860 dm 3 plynného kyslíku. Proto je vhodné dodávat kyslík na místo svařování v kapalném stavu, protože to snižuje hmotnost obalu o faktor 10, což šetří kov na výrobu lahví a snižuje náklady na přepravu a skladování lahví.

Pro svařování a řezání podle -78 se technický kyslík vyrábí ve třech stupních:

• 1. - čistota ne méně než 99,7 %
• 2. – ne méně než 99,5 %
• 3. - ne méně než 99,2 % objemu

Čistota kyslíku má velký význam pro řezání kyslíkem. Čím méně plynových nečistot obsahuje, tím vyšší je řezná rychlost, čistší a menší spotřeba kyslíku.

>> Získávání kyslíku

Získávání kyslíku

Tento odstavec je o:

> o objevu kyslíku;
> o výrobě kyslíku v průmyslu a laboratořích;
> o rozkladných reakcích.

Objev kyslíku.

J. Priestley získal tento plyn ze sloučeniny, jejíž název je oxid rtuťnatý (II). Vědec pomocí skleněné čočky zaostřil sluneční světlo na hmotu.

V moderní verzi je tato zkušenost znázorněna na obrázku 54. Při zahřátí se oxid rtuťnatý (||) (žlutý prášek) mění na rtuť a kyslík. Rtuť se uvolňuje v plynném stavu a kondenzuje na stěnách zkumavky ve formě stříbřitých kapiček. Ve druhé zkumavce se nad vodou shromažďuje kyslík.

Nyní se Priestleyova metoda nepoužívá, protože rtuťové páry jsou toxické. Kyslík je produkován jinými reakcemi podobnými té, která je diskutovaná. Obvykle se vyskytují při zahřátí.

Reakce, při kterých z jedné látky vzniká několik dalších látek, se nazývají rozkladné reakce.

K získání kyslíku v laboratoři se používají následující sloučeniny obsahující kyslík:

Manganistan draselný KMnO 4 (obecný název manganistan draselný; látka je běžný dezinfekční prostředek)

Chlorečnan draselný KClO3

K chlorečnanu draselnému se přidá malé množství katalyzátoru - oxid manganičitý MnO 2 - tak, aby došlo k rozkladu sloučeniny za uvolňování kyslíku 1 .

Laboratorní pokus č. 8

Získávání kyslíku rozkladem peroxidu vodíku H 2 O 2

Do zkumavky nalijte 2 ml roztoku peroxidu vodíku (tradiční název této látky je peroxid vodíku). Zapalte dlouhou třísku a uhaste ji (jako se sirkou), aby sotva doutnala.
Do zkumavky s roztokem oxidu vodíku nasypte trochu katalyzátoru – černého prášku oxidu manganitého. Pozorujte prudký vývoj plynu. Pomocí doutnající třísky ověřte, že tento plyn je kyslík.

Napište rovnici pro rozklad peroxidu vodíku, jehož produktem je voda.

V laboratoři lze kyslík získat také rozkladem dusičnanu sodného NaNO 3 nebo dusičnanu draselného KNO 3 2 . Při zahřívání sloučeniny nejprve tají a poté se rozkládají:

1 Když se sloučenina zahřeje bez katalyzátoru, dojde k další reakci

2 Tyto látky se používají jako hnojiva. Jejich společný název je ledek.

Schéma 7. Laboratorní metody získávání kyslíku

Přeměňte reakční schémata na chemické rovnice.

Informace o tom, jak se v laboratoři získává kyslík, jsou shromážděny ve schématu 7.

Kyslík spolu s vodíkem jsou produkty rozkladu vody působením elektrického proudu:

V přírodě se kyslík vyrábí fotosyntézou v zelených listech rostlin. Zjednodušené schéma tohoto procesu je následující:

závěry

Kyslík byl objeven na konci 18. století. několik vědci .

Kyslík se získává v průmyslu ze vzduchu a v laboratoři - pomocí rozkladných reakcí určitých sloučenin obsahujících kyslík. Při rozkladné reakci vznikají z jedné látky dvě nebo více látek.

129. Jak se získává kyslík v průmyslu? Proč se k tomu nepoužívá manganistan draselný nebo peroxid vodíku?

130. Jaké reakce se nazývají rozkladné?

131. Převeďte následující reakční schémata na chemické rovnice:

132. Co je to katalyzátor? Jak může ovlivnit průběh chemických reakcí? (Odpověď viz také § 15.)

133. Obrázek 55 ukazuje okamžik rozkladu bílé pevné látky, která má vzorec Cd(NO3)2. Pozorně si prohlédněte obrázek a popište vše, co se během reakce děje. Proč vzplane doutnající tříska? Napište vhodnou chemickou rovnici.

134. Hmotnostní podíl kyslíku ve zbytku po zahřátí dusičnanu draselného KNO 3 byl 40 %. Rozložila se tato sloučenina úplně?

Rýže. 55. Rozklad látky při zahřívání

Popel P. P., Kriklya L. S., Chemie: Pdruch. pro 7 buněk. zahalnosvit. navch. zakl. - K .: Výstaviště "Akademie", 2008. - 136 s.: il.

Obsah lekce shrnutí a podpora lekce rámec prezentace lekce interaktivní technologie urychlující výukové metody Praxe kvízy, testování online úkolů a cvičení domácí úkoly workshopy a tréninkové otázky pro třídní diskuse Ilustrace video a audio materiály fotografie, obrázky, grafika, tabulky, schémata, komiksy, podobenství, rčení, křížovky, anekdoty, vtipy, citáty Doplňky abstrakty cheat sheets čipy pro zvídavé články (MAN) literatura hlavní a doplňkový slovníček pojmů Zkvalitnění učebnic a lekcí opravování chyb v učebnici nahrazování zastaralých znalostí novými Pouze pro učitele kalendář plány tréninkové programy metodická doporučení

Kyslík se objevil v zemské atmosféře se vznikem zelených rostlin a fotosyntetických bakterií. Díky kyslíku provádějí aerobní organismy dýchání nebo oxidaci. V průmyslu je důležité získávat kyslík – využívá se v hutnictví, lékařství, letectví, národním hospodářství a dalších odvětvích.

Vlastnosti

Kyslík je osmým prvkem Mendělejevovy periodické tabulky. Je to plyn, který podporuje hoření a okysličuje látky.

Rýže. 1. Kyslík v periodické tabulce.

Kyslík byl oficiálně objeven v roce 1774. Anglický chemik Joseph Priestley izoloval prvek z oxidu rtuťnatého:

2HgO → 2Hg + O2.

Priestley však nevěděl, že kyslík je součástí vzduchu. Na vlastnosti a přítomnost kyslíku v atmosféře později upozornil Priestleyho kolega, francouzský chemik Antoine Lavoisier.

Obecná charakteristika kyslíku:

• bezbarvý plyn;
• nemá vůni a chuť;
• těžší než vzduch;
• molekula se skládá ze dvou atomů kyslíku (O 2);
• v kapalném stavu má bledě modrou barvu;
• špatně rozpustný ve vodě;
• je silné oxidační činidlo.

Rýže. 2. Kapalný kyslík.

Přítomnost kyslíku lze snadno zkontrolovat spuštěním doutnajícího hořáku do nádoby s plynem. V přítomnosti kyslíku se pochodeň rozhoří.

Jak přijímat

Existuje několik způsobů, jak získat kyslík z různých sloučenin v průmyslových a laboratorních podmínkách. V průmyslu se kyslík získává ze vzduchu jeho zkapalňováním pod tlakem a při teplotě -183°C. Kapalný vzduch je podroben odpařování, tzn. postupně zahřívat. Při teplotě -196 °C se dusík začíná těkat, zatímco kyslík si zachovává kapalné skupenství.

V laboratoři se kyslík tvoří ze solí, peroxidu vodíku a elektrolýzou. Při zahřívání dochází k rozkladu solí. Například chlorečnan draselný nebo Bertoletova sůl se zahřeje na 500 ° C a manganistan draselný nebo manganistan draselný se zahřeje na 240 ° C:

• 2KCl03 -> 2KCl + 302;
• 2KMnO 4 → K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2.

Rýže. 3. Zahřívání Bertholletovy soli.

Kyslík můžete také získat zahřátím ledku nebo dusičnanu draselného:

2KNO 3 → 2KNO 2 + O 2 .

Při rozkladu peroxidu vodíku se jako katalyzátor používá oxid manganatý - MnO 2, uhlík nebo železný prášek. Obecná rovnice vypadá takto:

2H202 -> 2H20 + 02.

Roztok hydroxidu sodného se podrobí elektrolýze. V důsledku toho se tvoří voda a kyslík:

4NaOH → (elektrolýza) 4Na + 2H20 + O2.

Kyslík se také izoluje z vody elektrolýzou a rozkládá ji na vodík a kyslík:

2H20 -> 2H2+02.

Na jaderných ponorkách se kyslík získával z peroxidu sodného - 2Na 2 O 2 + 2CO 2 → 2Na 2 CO 3 + O 2. Metoda je zajímavá tím, že oxid uhličitý je absorbován spolu s uvolňováním kyslíku.

Jak se přihlásit

Sběr a rozpoznání je nutné k uvolnění čistého kyslíku, který se používá v průmyslu k oxidaci látek, dále k udržení dýchání ve vesmíru, pod vodou, v zakouřených místnostech (kyslík je nezbytný pro hasiče). V lékařství pomáhají kyslíkové nádrže pacientům s dýchacími potížemi dýchat. Kyslík se také používá k léčbě respiračních onemocnění.

Ke spalování paliva se využívá kyslík – uhlí, ropa, zemní plyn. Kyslík je široce používán v metalurgii a strojírenství, například pro tavení, řezání a svařování kovů.

Průměrné hodnocení: 4.9. Celkem obdržených hodnocení: 220.

Kyslík je jedním z nejběžněji používaných plynů lidstva a je široce používán téměř ve všech oblastech našeho života. Hutnictví, chemický průmysl, lékařství, národní hospodářství, letectví – to je jen krátký výčet oblastí, kde je tato látka nepostradatelná.

Výroba kyslíku probíhá v souladu se dvěma technologiemi: laboratorní a průmyslovou. První techniky pro výrobu bezbarvého plynu byly založeny na chemických reakcích. Kyslík se získává jako výsledek rozkladu manganistanu draselného, ​​bertoletové soli nebo peroxidu vodíku v přítomnosti katalyzátoru. Laboratorní techniky však nemohou plně uspokojit poptávku po tomto jedinečném chemickém prvku.

Druhým způsobem výroby kyslíku je kryogenní destilace nebo využití adsorpčních či membránových technologií. První technika poskytuje vysokou čistotu produktů separace, ale má delší (ve srovnání s druhou metodou) dobu spouštění.

Adsorpční kyslíkové elektrárny se ukázaly jako jedny z nejlepších mezi vysoce výkonnými systémy pro výrobu vzduchu obohaceného kyslíkem. Umožňují získat bezbarvý plyn s čistotou až 95 % (až 99 % při použití dodatečného stupně čištění). Jejich použití je ekonomicky opodstatněné zejména v situacích, kdy není potřeba vysoce čistý kyslík, za který by se muselo připlácet.

Hlavní charakteristiky kryogenních systémů

Zajímá vás výroba kyslíku až do čistoty 99,9 %? Pak věnujte pozornost instalacím fungujícím na bázi kryogenní technologie. Výhody vysoce čistých systémů výroby kyslíku:

• dlouhá životnost instalace;
• vysoký výkon;
• schopnost získat kyslík o čistotě 95 až 99,9 %.

Ale kvůli velkým rozměrům kryogenních systémů, nemožnosti rychlého spuštění a zastavení a dalším faktorům není použití kryogenního zařízení vždy vhodné.

Princip činnosti adsorpčních zařízení

Schéma provozu kyslíkových systémů využívajících adsorpční technologii lze znázornit takto:

• stlačený vzduch se pohybuje do přijímače, do systému přípravy vzduchu, aby se zbavil mechanických nečistot a filtrace z kondenzované vlhkosti;
• vyčištěný vzduch je posílán do adsorpční separační jednotky vzduchu, která obsahuje adsorbéry s adsorbentem;
• během provozu jsou adsorbéry ve dvou stavech - absorpce a regenerace; ve fázi absorpce vstupuje kyslík do přijímače kyslíku a dusík ve fázi výroby je vypouštěn do atmosféry; poté je kyslík odeslán spotřebiteli;
• v případě potřeby lze tlak plynu zvýšit pomocí pomocného kyslíkového kompresoru s následným plněním do lahví.

Adsorpční komplexy se vyznačují vysokou spolehlivostí, plnou automatizací, snadnou údržbou, malými rozměry a hmotností.

Výhody systémů separace plynů

Zařízení a stanice využívající adsorpční technologii k výrobě kyslíku jsou široce používány v různých oblastech: při svařování a řezání kovů, ve stavebnictví, chovu ryb, pěstování slávek, krevet atd.

Výhody systémů separace plynů:

• možnost automatizace procesu získávání kyslíku;
• žádné zvláštní požadavky na prostory;
• rychlý start a stop;
• vysoká spolehlivost;
• nízká cena vyrobeného kyslíku.

Výhody adsorpčních rostlin NPK "Grasys"

Zajímá vás výroba kyslíku způsobem používaným v průmyslu? Chtěli byste přijímat kyslík s minimálními finančními náklady? Vědecká a produkční společnost "Grasys" pomůže vyřešit váš problém na nejvyšší úrovni. Nabízíme spolehlivé a účinné systémy pro získávání kyslíku ze vzduchu. Zde jsou hlavní charakteristické rysy našich produktů:

• plná automatizace;
• dobře promyšlené návrhy;
• moderní systémy kontroly a řízení.

Kyslík produkovaný našimi adsorpčními jednotkami pro separaci vzduchu má čistotu až 95 % (s možností dodatečné úpravy až 99 %). Plyn s takovými vlastnostmi je široce používán v metalurgii pro svařování a řezání kovů v národním hospodářství. Naše zařízení využívá moderní technologie, které poskytují jedinečné možnosti v oblasti separace plynů.

Vlastnosti našich adsorpčních kyslíkových rostlin:

• vysoká spolehlivost;
• nízká cena vyrobeného kyslíku;
• inovativní vysoce inteligentní monitorovací a řídicí systém;
• snadná údržba;
• schopnost produkovat kyslík o čistotě až 95 % (s možností dodatečného dočištění až 99 %);
• kapacita je až 6000 m³/h.

Adsorpční kyslíkové závody NPK "Grasys" - jedinečná kombinace zkušeností světového designu ve výrobě zařízení na separaci plynů a domácích inovativních technologií.

Hlavní důvody spolupráce s NPK Grasys

Průmyslový způsob získávání kyslíku pomocí zařízení založených na adsorpční technologii je dnes jedním z nejslibnějších. Umožňuje získat bezbarvý plyn s minimálními energetickými náklady požadované čistoty. Látka s těmito parametry je žádaná v metalurgii, strojírenství, chemickém průmyslu a medicíně.

Metoda kryogenní destilace je optimálním řešením, pokud je potřeba vyrábět kyslík vysoké čistoty (až 99,9 %).

Přední tuzemská společnost Grasys nabízí za výhodných podmínek vysoce účinné systémy na výrobu kyslíku adsorpční technologií. Máme bohaté zkušenosti s realizací různých projektů na klíč, takže se nebojíme ani těch nejsložitějších úkolů.

Výhody spolupráce s odpovědným dodavatelem zařízení NPK Grasys:

• naše společnost je přímým výrobcem, takže náklady na prodávané instalace nezvyšují dodatečné provize zprostředkovatelů;
• vysoce kvalitní produkty;
• celá řada služeb pro opravy a údržbu zařízení na výrobu kyslíku;
• Individuální přístup ke každému klientovi;
• dlouholeté zkušenosti v oblasti výroby kyslíku.

Zavolejte našim manažerům a vyjasněte si nuance spolupráce.

Podrobněji se na stránce můžete seznámit s kyslíkovými zařízeními (kyslíkové generátory, kyslíkové stanice, kyslíkové stanice).