Lý thuyết Oxi Ozon - Hóa học 10

Lý thuyết Oxi Ozon - Hóa học 10

Bài viết dưới đây  sẽ giúp các bạn làm sáng tỏ nội dung chuyên đề oxi ozon đầy đủ nhất!

I. Lý thuyết?

1. Oxi

Khí ôxy thường được gọi là dưỡng khí, vì nó duy trì sự sống của cơ thể con người.

Tất cả các nhóm phân tử cấu trúc chính trong các cơ thể sống như các protein, cacbohydrat, và mỡ chứa ôxy, cũng như trong các hợp chất vô cơ quan trọng cấu tạo tạo nên các vỏ sò, răng và xương. Ôxy ở dạng O2 được tạo ra từ nước bởi vi khuẩn lam, tảo và thực vật thông qua quá trình quang hợp và được sử dụng trong quá trình hô hấp của các cơ thể sống bậc cao. Ôxy là chất độc đối với các sinh vật kỵ khí bắt buộc, là các sinh vật thống trị trong thời buổi đầu trên Trái Đất cho đến khi O2 bắt đầu tích tụ trong khí quyển cách đây 2,5 tỷ năm. Một dạng khác (thù hình) của ôxy là ôzôn (O3) tích tụ tạo thành lớp ôzon, khí này giúp bảo vệ sinh quyển khỏi tia tử ngoại, nhưng nó sẽ là chất ô nhiễm nếu nó nằm gần mặt đất ở dạng sương mù. Thậm chí ở quỹ đạo Trái Đất tầm thấp, nguyên tử ôxy cũng tồn tại và làm mòn các tàu không gian.

Ôxy được Carl Wilhelm Scheele phát hiện ở Uppsala năm 1773 hoặc sớm hơn và Joseph Priestley ở Wiltshire năm 1774 độc lập nhau, nhưng Priestley thường được cho là phát hiện ra trước bởi vi ấn phẩm của ông được xuất bản trước. Tên gọi ôxy (oxygen) được Antoine Lavoisier đặt năm 1777,[9] các thí nghiệm của ông với ôxy đã giúp loại trừ thuyết phlogiston về sự cháy và ăn mòn phổ biến vào thời đó. Ôxy được sản xuất trong công nghiệp bằng cách chưng cất phân đoạn không khí lỏng, sử dụng zeolit để loại bỏ carbon dioxit và nitơ ra khỏi không khí, điện phân nước và các cách khác. Trong phòng thí nghiệm, người ta điều chế oxy bằng cách nhiệt phân một số chất giàu oxy như KMnO4, KClO3. Ôxy được sử dụng trong sản xuất công nghiệp (thép, nhựa và dệt); đốt nhiên liệu (nhiên liệu tên lửa); và hô hấp (hỗ trợ sự sống của con người trên tàu không gian, hay khi lặn dưới biển).

a/ Tác dụng với hầu hết kim loại (trừ au và Pt) , cần có t0 tạo oxit

\(4Al + 3O_2  \to 2Al_2O_3\)

\(3Fe + 2O_2 \to Fe_3O_4\)

b/ Tác dụng với hầu hết phi kim (trừ halogen), cần có t0 tạo oxit

\(C + O_2 \to CO_2\)

\(N_2 + O_2 \to 2NO\)

Tác dụng với Hidro nổ mạnh theo tỉ lệ 2:1 về số mol:

\(2H_2 + O_2 \to 2H_2 O\)

c/ Tác dụng với các chất có tính khử

\(2SO_2 + O_2 \to 2SO_3\)

\(2H_2 S + 3O_2\to 2H_2 O + 2SO_2\)

d/ Tác dụng với các chất hữu cơ

\(C_2 H_5 OH + 3O_2 \to 2CO_2 + 3H_2 O\)

d/ Điều chế

- Điều chế oxi trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, khí oxi được điều chế bằng cách phân huỷ những hợp chất giàu oxi và ít bền đối với nhiệt như \(KMnO_4 (rắn), KClO_3 (rắn)...\)

\(2KMnO_4 \to K_2 MnO_4 + MnO_2 + O_2\)

\(2KClO_3 \to 2KCl + 3O_2\)

- Sản xuất oxi trong công nghiệp

+ Từ không khí: Không khí sau khi đã loại bỏ hết hơi nước, bụi, khí cacbon đioxit, được hóa lỏng. Chưng cất phân đoạn không khí lỏng, thu được oxi. Để vận chuyển được khí oxi buộc ta phải sử dụng bình đo với áp suất nhỏ hơn 250 atm để giữ được trạng thái hoạt động hiệu quả.

+ Từ nước: Thực hiện ra phản ứng điện phân nước bằng cách cho hòa tan một lượng vừa dùng dung dịch NaOH và lượng tương ứng hidro sunfua để kích ứng khả năng truyền tải điện tích của các ion nước, qua đó ta thu được khí oxi được tích tụ tại cực dương và tương tự hidro sẽ ở bên phía cực âm của phản ứng điện li.

e/ Vai trò

Trong tự nhiên, ôxy tự do được sinh ra từ việc phân giải nước trong quá trình quang hợp ôxy dưới tác động của ánh sáng. Theo một vài ước tính, tảo lục và cyanobacteria trong các môi trường biển cung cấp khoảng 70% ôxy tự do được tạo ra trên Trái Đất và phần còn lại là từ thực vật trên đất liền. Các tính toán khác về sự đóng góp từ đại dương vào ôxy trong khí quyển cao hơn, trong khi một vài ước tính thì thấp hơn, đề xuất rằng các đại dương tạo ra khoảng 45% ôxy trong khí quyển mỗi năm.

Công thức tính đơn giản từ quá trình quang hợp là:

6 CO2 + 6 H2O + photons → C6H12O6 + 6 O2

Tiến hóa ôxy Photolytic xảy ra trong màng thylakoid của các sinh vật quang hợp và cần năng lượng của 4 photon. Mặc dù trải qua nhiều công đoạn, nhưng kết quả là tạo thành sự chênh lệch proton qua màng thylakoid, nó được sử dụng để tổng hợp ATP qua photophosphorylation. Phân tử O2 còn lại sau khi ôxy hóa phân tử nước được giải phóng vào khí quyển.

Phân tử O2 là cần thiết cho việc hô hấp của tế bào trong tất cả các sinh vật hiếu khí. Ôxy được sử dụng trong mitochondria để giúp tạo ra adenosine triphosphate (ATP) trong quá trình phosphoryl hóa ôxy hóa. Phản ứng của hô hấp hiếu khí là quá trình ngược lại với quang hợp::

C6H12O6 + 6 O2 → 6 CO2 + 6 H2O + 2880 kJ·mol−1

Ở động vật có xương sống, O2 khuếch tán qua các màng trong phổi và đi vào các tế bào máu đỏ. Hemoglobin kết hợp với O2, làm thay đổi màu sắc của nó từ đỏ thẩm sang đỏ tươi (CO2 được giải phóng từ phần khác của hemoglobin tua hiệu ứng Bohr). Các động vật khác sử dụng hemocyanin (Mollusca và một số arthropoda) hoặc hemerythrin (nhện và tôm hùm). Một lít máu có thể hòa tan 200 cm3 O2.

Các loại ôxy phản ứng như ion superoxit (O−2) và hydrogen peroxit (H2O2), là các sản phẩm phụ nguy hiểm của ôxy sử dụng trong sinh vật. Tuy nhiên, các bộ phận của hệ miễn dịch của các sinh vật bậc cao, tạo ra peroxide, superoxide, và ôxy nguyên tử để phá hủy các vi sinh vật xâm nhập. Loại ôxy phản ứng cũng có vai trò quan trọng trong phản ứng siêu nhạy cảm của thực vật chống lại các tác nhân gây bệnh.

Một người trưởng thành hít 1,8-2,4 gam chất ôxy mỗi phút. Lượng này tương đương 6 triệu tấn ôxy được hít vào do con người mỗi năm.

2. Ozon

a/ Ozon

Là dạng thù hình của oxi và có tính oxi hóa mạnh hơn Oxi rất nhiều

\(O_3 + 2KI + H_2O → I_2 + 2KOH + O_2 \)(oxi không có)

Nhận biết oxi và ozon, do tạo ra KOH nên Ozon làm xanh quỳ tẩm dd KI (dùng trong nhận biết ozon)

\(2Ag + O_3 → Ag_2O + O2\) (oxi không có phản ứng)

Ôzôn (O3) là một dạng thù hình của ôxy, trong phân tử của nó chứa ba nguyên tử ôxy thay vì hai như thông thường.

Trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn ôzôn là một chất khí có màu xanh nhạt. Ôzôn hóa lỏng màu xanh thẫm ở -112 °C, và hóa rắn có màu xanh thẫm ở -193 °C. Ôzôn có tính ôxy hóa mạnh hơn ôxy, do nó không bền, dễ dàng bị phân hủy thành ôxy phân tử và ôxy nguyên tử. Ví dụ:

O3 → O2 + O

O3 dễ dàng ôxy hóa iodua đến iốt tự do:

O3 + 2KI + H2O → I2 + O2 + 2 KOH

Giấy tẩm dung dịch kali iodua và hồ tinh bột (giấy iốt tinh bột) chuyển ngay thành màu xanh khi có mặt ôzôn trong không khí, nhưng nó kém bền hơn ôxy, dễ bị phân hủy thành ôxy thường theo phản ứng:

2O3 → 3O2

b/ Ứng dụng

Ozon được sử dụng để tẩy trắng đồ vật và tiêu diệt vi khuẩn. Rất nhiều hệ thống nước sinh hoạt công cộng sử dụng ozone để khử vi khuẩn thay vì sử dụng clo. Ozone không tạo thành các hợp chất hữu cơ chứa clo, nhưng chúng cũng không tồn tại trong nước sau khi xử lý, vì thế một số hệ thống cho thêm một chút clo vào để ngăn cản sự phát triển của vi khuẩn trong đường ống.

Trong công nghiệp ozon được sử dụng để:

• Khử trùng nước uống trước khi đóng chai,
• Khử các chất gây ô nhiễm có trong nước bằng phương pháp hóa học (sắt, asen, sulfua hiđrô, nitrit, và các chất hữu cơ phức tạp liên kết với nhau tạo ra "màu" của nước,
• Hỗ trợ trong quá trình kết tụ (là quá trình kết tụ của các phân tử, được sử dụng trong quá trình lọc để loại bỏ sắt và asen),
• Làm sạch và tẩy trắng vải (việc sử dụng để tẩy trắng được cấp bằng sáng chế),
• Hỗ trợ trong gia công chất dẻo (plastic) để cho phép mực kết dính,
• Đánh giá tuổi thọ của mẫu cao su để xác định chu kỳ tuổi thọ của cả lô cao su.

II. Tầng Ozon

1. Khái niệm

Tầng ozon, lớp ôzôn hoặc lá chắn ozone là một khu vực trong tầng bình lưu của Trái đất, hấp thụ hầu hết các bức xạ cực tím của Mặt Trời.

2. Đặc điểm:

- Nó chứa nồng độ ozone cao (O3) liên quan đến các phần khác của khí quyển, mặc dù vẫn còn nhỏ so với các loại khí khác trong tầng bình lưu.

- Tầng ozon chứa ít hơn 10 phần triệu ozone, trong khi nồng độ ozone trung bình trong toàn bộ bầu khí quyển của Trái đất là khoảng 0,3 phần triệu.

- Tầng ozon chủ yếu được tìm thấy ở phần dưới của tầng bình lưu, từ khoảng 15 đến 35 kilômét (9,3 đến 21,7 mi) trên Trái đất, mặc dù độ dày của nó thay đổi theo mùa và theo địa lý.

Oxi - ozon

3. Nguyên lý hoạt động của tầng ozon

- Các phép đo của mặt trời cho thấy rằng bức xạ được phát ra từ bề mặt của nó và chạm tới mặt đất trên Trái đất thường phù hợp với quang phổ của một vật thể màu đen với nhiệt độ trong khoảng 5.500-6.000 K (5.227 đến 5.727 °C), ngoại trừ việc không có bức xạ dưới bước sóng khoảng 310 nm ở đầu cực tím của phổ.

- Nó đã được suy luận rằng bức xạ bị mất đang được hấp thụ bởi một cái gì đó trong khí quyển. Cuối cùng, phổ của bức xạ bị thiếu chỉ phù hợp với một hóa chất duy nhất là ozone. Các tính chất của nó được khám phá chi tiết bởi nhà khí tượng học người Anh G. M. B. Dobson, người đã phát triển một máy đo quang phổ đơn giản (Dobson Meter) có thể được sử dụng để đo ozone trong tầng bình lưu từ mặt đất.

- Tầng ozon hấp thụ 97 đến 99 phần trăm ánh sáng cực tím tần số trung bình của Mặt trời (từ bước sóng khoảng 200 nm đến 315 nm), nếu không sẽ có khả năng làm ảnh hướng đến các dạng sinh vật sống tiếp xúc gần bề mặt.

- Những lo ngại về việc tăng bức xạ UV do sự suy giảm ôzôn đe dọa sự sống trên Trái đất, bao gồm ung thư da gia tăng ở người và các vấn đề sinh thái khác, dẫn đến việc cấm các hóa chất, và bằng chứng mới nhất là sự suy giảm ôzôn đã chậm lại hoặc chấm dứt.

- Sao Kim cũng có tầng ozon mỏng ở độ cao 100km so với bề mặt hành tinh.

III. Trắc nghiệm oxi ozon

Câu 1: Tính tỷ lệ phần trăm của khí oxi có trong không khí?

• A. 20%
• B. 25%
• C. 30%
• D. 18%

Câu 12: Cho hỗn hợp 2.688 lít khí ở điều kiện tiêu chuẩn gồm có khí oxi và ozon, hỗn hợp khí cho tác dụng vào dung dịch Kali Iot thì sẽ thu được 20.32 gam khí iot, được nhận biết bằng khí màu đen. Tính thành phần các chất thành phẩm:

• A. 33.33% và 66.67%
• B. 40% và 60%
• C. 46,33% và 53,67%
• D. 30% và 70%

Với những gì mà đã giúp các bạn khái quát nội dung về bài giảng oxi ozon trên đây, hy vọng sẽ giúp các bạn đạt kết quả cao trong học tập!