Oxi: Tính chất, ứng dụng và cách điều chế [Tổng hợp Lớp 8 + 10]

Định nghĩa oxi là gì?

Oxi (tên tiếng Anh là Oxygen) là nguyên tố hóa học có ký hiệu là O. Công thức hóa học của đơn chất (khí) oxi là O2; Nguyên tử khối là 16 và phân tử khối là 32. Oxy được biết đến là nguyên tố hóa học phổ biến chiếm khối lượng lớn nhất trong vỏ Trái Đất. Ở dạng hợp chất nguyên tố oxi có trong đường, nước, quặng, đất đá, cơ thể người và động vật…

Oxi có số hiệu nguyên tử là 8, thuộc nhóm VIA, chu kì 2 của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học.

Nguyên tử oxi có cấu hình electron là 1s22s22p4, lớp ngoài cùng có 6e. Ở trong điều kiện bình thường, phân tử oxi có 2 nguyên tử liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị không cực có thể viết công thức cấu tạo phân tử oxi là O=O.

Tính chất vật lý của oxi

Để làm rõ những tính chất vật lý của khí oxi, SGK hóa học 8 (NXB Giáo dục Việt Nam) đã đưa ra tình huống quan sát cũng như những câu hỏi gợi mở kiến thức để các bạn hình dung rõ ràng hơn.

Quan sát: Có 1 lọ đựng khí oxi được đậy nút. Nhiệm vụ của người học là nhận xét màu sắc của khí oxi. Tiếp đó mở nút của lọ đó, đưa lên gần mũi và dùng tay phẩy nhẹ khí oxi vào mũi để nhận xét mùi của nó.

2 câu hỏi tiếp theo được đưa ra để tìm hiểu tính chất của oxi là:

• 1 lít nước ở 20 độ C hòa tan được 31 ml khí oxi. Có chất khí (ví dụ amoniac) tan được 700 lít trong 1 lít nước. Vậy khí oxi là chất tan nhiều hay ít trong nước?

• Xác định khí oxi nặng hay nhẹ hơn không khí? (Cho biết tỉ khối của oxi đối với không khí là 32 : 29).

Sau khi trả lời được những câu hỏi và quan sát ở trên, ta có thể dễ dàng kết luận những tính chất vật lý điển hình của khí oxi là:

• Khí oxi là chất khí không màu, không mùi, không vị và nặng hơn không khí (d= 32/29, xấp xỉ bằng 1.1).

• Dưới áp suất khí quyển oxi hóa lỏng ở nhiệt độ -183 độ C.

• Khí oxi ít tan ít trong nước, 100ml nước ở 20 độ C, 1 atm hòa tan được 3.1ml khí oxi.

• Độ tan của khí oxi ở 20 độ C và 1 atm là 0.0043g trong 100g H2O.

Tính chất hóa học của oxi

Tìm hiểu về oxi không thể bỏ qua những tính chất hóa học cơ bản của nó. Nhìn chung, oxi là một đơn chất phi kim rất hoạt động, đặc biệt ở nhiệt độ cao, dễ tham gia phản ứng hóa học với nhiều phi kim, nhiều kim loại cũng như hợp chất. Trong các hợp chất hóa học nguyên tố oxi có hóa trị II.

Oxi tác dụng với kim loại

SGK Hóa học 8 đã lấy ví dụ là một thí nghiệm để chứng minh oxi có thể tác dụng với kim loại như sau:

Lấy một đoạn dây sắt nhỏ đưa vào lọ đựng khí oxi. Quan sát thí nghiệm để xem có phản ứng hóa học nào xảy ra không. Tiếp tục quấn thêm vào đầu dây sắt một mẩu than gỗ, đốt cho sắt và than nóng đỏ rồi đưa vào lọ chứa khí oxi. Qua quan sát chúng ta có thể rút ra nhận xét: Khi cho dây sắt có quấn mẩu than hồng vào lọ khí oxi, mẩu than cháy trước tạo nhiệt độ đủ cao cho sắt cháy. Sắt cháy mạnh, sáng chói không có ngọn lửa, không có khói, tạo ra các hạt nhỏ nóng chảy màu nâu là sắt (II, III) oxit, công thức hóa học là Fe3O4 (oxit sắt từ).

Phương trình hóa học xảy ra như sau:

3Fe (r) + 2O2 (k) → Fe3O4 (Điều kiện: Nhiệt độ)

Ví dụ khác: Mg + O2 → 2MgO (Điều kiện: Nhiệt độ)

Oxi tác dụng với phi kim

• Oxi tác dụng với lưu huỳnh (S)

Thực hiện thí nghiệm đưa muỗng sắt có chứa một lượng nhỏ bột lưu huỳnh vào ngọn lửa đèn cồn để quan sát. Tiếp tục đưa lưu huỳnh đang cháy vào lọ có chứa khí oxi và so sánh hiện tượng lưu huỳnh cháy trong oxi và trong không khí.

Quan sát thí nghiệm ta có thể rút ra nhận xét:

Lưu huỳnh cháy trong không khí với ngọn lửa nhỏ màu xanh nhạt, khi cháy trong không khí mãnh liệt hơn tạo thành khí lưu huỳnh đioxit SO2 (hay khí sunfurơ) và rất ít lưu huỳnh trioxit (SO3).

Sự cháy của lưu huỳnh ở trong không khí và khí oxi được biểu diễn bằng phương trình hóa học như sau:

S (r)+ O2 (k) → SO2 (k) (Điều kiện: Nhiệt độ)

• Oxi tác dụng với photpho (P)

Thực hiện thí nghiệm cho vào muỗng sắt một lượng photpho đỏ (chất rắn có màu đỏ nâu, không tan trong nước). Đưa muỗng sắt có chứa photpho vào lọ đựng khí oxi. Quan sát xem có dấu hiệu của phản ứng hóa học không. Đốt cháy photpho đỏ trong không khí rồi đưa nhanh vào lọ chứa khí oxi và so sánh sự cháy của photpho trong không khí và trong khí oxi. Nhận xét chất tạo thành ở trong lọ và thành lọ.

Qua quá trình quan sát ta có thể dễ dàng rút ra nhận xét: Photpho cháy mạnh trong khí oxi với ngọn lửa sáng chói, tạo ra khói trắng dày đặc bám vào thành lọ dưới dạng bột tan được trong nước. Bột trắng đó là điphotpho pentaoxit, có công thức hóa học là P2O5.

Ta có phương trình hóa học như sau:

4P (r) + 5O2 (k) → 2P2O5 (r) (Điều kiện: Nhiệt độ)

• Cacbon cháy trong không khí

C + O2 → CO2 (Điều kiện: Nhiệt độ)

Oxi tác dụng với hợp chất

Ngoài tác dụng với kim loại và phi kim thì tác dụng với hợp chất cũng là một trong những tính chất hóa học quan trọng của oxi.

• Oxi tác dụng tác khí metan (CH4)

Khí metan (có trong khí bùn ao, khí bioga) cháy trong không khí do tác dụng với khí oxi tỏa ra nhiều nhiệt. Ta có PTHH:

CH4 (k) + 2O2 (k) → CO2 (k) + 2H2O (h) (Điều kiện: Nhiệt độ)

• Oxi tác dụng với CO (CO cháy trong không khí)

2CO + O2 → 2CO2

• Etanol cháy trong không khí

C2H5OH + 3O2 → 2CO2 + 3H2O

Xem thêm: Iot là gì? Tính chất và những ứng dụng phổ biến nhất

Điều chế oxi như thế nào?

Có nhiều cách để điều chế oxi, tùy vào mục đích của nó. Dưới đây là những cách điều chế, sản xuất oxi trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp phổ biến nhất!

Điều chế oxi trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, khí oxi được điều chế bằng cách phân hủy những hợp chất giàu oxi và ít bền đối với nhiệt như KMnO4 (rắn), KClO3 (rắn)… Ví dụ:

2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2 (Điều kiện: Nhiệt độ)

Sản xuất oxi trong công nghiệp

Có 2 cách để sản xuất oxi trong công nghiệp đó là sản xuất từ không khí và từ nước.

• Sản xuất oxi từ không khí: Không khí sau khi đã loại bỏ hết nước, bụi, khí cacbon đioxit, được hóa lỏng. Chưng cất phân đoạn không khí lỏng sẽ thu được oxi. Oxi được vận chuyển trong những bình thép có dung tích 100 lít dưới áp suất 150 atm.

• Sản xuất oxi từ nước: Tiến hành điện phân nước (nước có hòa tan một lượng nhỏ H2SO4 hoặc NaOH để tăng tính dẫn điện của nước), chúng ta thu được khí oxi ở cực dương và khí hidro ở cực âm. PTHH như sau:

2H2O → (điện phân) 2H2 + O2 (k)

Ứng dụng của oxi trong đời sống

Khí oxi có vai trò quan trọng trong đời sống con người cũng như trong công nghiệp đốt nhiên liệu. 

Vai trò của oxi với sự sống của con người và động vật

Oxi có nhiều ứng dụng quan trọng, có vai trò quyết định sự sống của con người và động vật. Mỗi ngày, chúng ta cần khoảng 20-30m3 khí oxi để duy trì sự sống.

Những thợ chữa cháy, phi công hay thợ lặn khi thực hiện nhiệm vụ đều cần thở khí oxi chứa trong các bình đặc biệt.

Ứng dụng oxi trong công nghiệp – đốt nhiên liệu

Khi các nhiên liệu cháy trong oxi sẽ tạo nhiệt độ cao hơn khá nhiều so với cháy trong không khí. Ứng dụng dụng trong công nghiệp đốt nhiên liệu của oxi còn thể hiện qua hoạt động chế tạo mìn phá đá, oxi lỏng dùng để đốt nhiên liệu trong tên lửa. Một ứng dụng khá gần gũi của oxi trong công nghiệp luyện gang thép là thổi khí oxi để tạo nhiệt độ lớn hơn, nâng cao hiệu suất và chất lượng của gang và thép.

Bài tập về oxi SGK Hóa học kèm lời giải chi tiết

Sau khi đã nắm vững những kiến thức lý thuyết cơ bản về oxi bạn hãy bắt tay thực hành làm bài tập để hiểu bài nhanh hơn nhé. Dưới đây là một vài bài tập về oxi SGK Hóa học 8 và 10 Monkey tổng hợp kèm lời giải chi tiết để bạn tham khảo.

Bài tập về oxi SGK Hóa học 8

Bài 1 (SGK Hóa học 8, trang 84)

Dùng từ thích hợp trong khung để điền vào chỗ trống trong các câu sau:

Kim loại, phi kim, rất hoạt động, phi kim rất hoạt động, hợp chất.

Khí oxi là một đơn chất … Oxi có thể phản ứng với nhiều …, …, …

Gợi ý đáp án:

Khí oxi là một đơn chất phi kim rất hoạt động. Oxi có thể phản ứng với nhiều phi kim, kim loại, hợp chất.

Bài 2 (SGK Hóa học 8, trang 84)

Nêu các thí dụ chứng minh rằng oxi là một đơn chất rất hoạt động (đặc biệt ở nhiệt độ cao)

Gợi ý đáp án:

Oxi là một đơn chất rất hoạt động (đặc biệt ở nhiệt độ cao), ví dụ:

3Fe + 2O2 → Fe3O4.

S + O2 → SO2.

Bài 3 (SGK Hóa học 8, trang 84)

Butan có công thức C4H10 khi cháy tạo ra khí cacbonic và hơi nước, đồng thời tỏa nhiều nhiệt. Viết phương trình hóa học biểu diễn sự cháy của butan.

Gợi ý đáp án:

Phương trình hóa học:

2C4H10 + 13O2 → (nhiệt độ) 8CO2 + 10H2O

Bài 4 (SGK Hóa học 8, trang 84)

Đốt cháy 12,4g photpho trong bình chứa 17g khí oxi tạo thành điphotpho pentaoxit P2O5 (là chất rắn, trắng).

a) Photpho hay oxi chất nào còn thừa và số mol chất còn thừa là bao nhiêu?

b) Chất nào được tạo thành? Khối lượng là bao nhiêu?

Gợi ý đáp án:

a) Ta có nP = 12.4/31 = 0.4 (mol); nCO2 = 17/32 = 0.53 (mol).

4P + 5O2 → 2P2O5

Xét tỉ lệ số mol đề bài với số mol phương trình của P và O2 ta có:

0.4/4 < 0.53/5 => P phản ứng hết với O2 phản ứng dư.

nO2 pư = 5/4 x nP = 0.5 (mol).

Xác định nO2 dư = 0.53 – 0.5 = 0.03 (mol).

b) Chất tạo thành là điphotpho pentaoxit P2O5.

Ta có nP2O5 = ½ x nP = 0.4/2 = 0.2 mol

mP2O5 = n.M = 0.2 x (31x 2 + 16 x 5) = 28.4 (g).

Bài tập về oxi SGK Hóa học 10

Bài tập 1 (SGK Hóa 10, trang 127)

Hãy ghép cấu hình electron với nguyên tử thích hợp.

Cấu hình electron: A. 1s22s22p5; B. 1s22s22p4; C. 1s22s22p63s23p4; D. 1s22s22p63s23p5

Nguyên tử: a/ Cl; b/ S; c/ O; d/ F

Gợi ý đáp án:

A - d; B - c; C - b; D - a.

Bài 2 (SGK Hóa 10, trang 127)

Chất nào có liên kết cộng hóa trị không cực:

A. H2S; B. O2; C. Al2S3; D. SO2.

Gợi ý đáp án:

B. O2

Bài 4 (SGK Hóa 10, trang 127)

Hãy trình bày các phương pháp điều chế khí oxi trong phòng thí nghiệm và trong công nghiệp. Tại sao không áp dụng phương pháp điều chế khí oxi trong phòng thí nghiệm cho công nghiệp và ngược lại?

Gợi ý đáp án:

Điều chế oxi trong phòng thí nghiệm:

Trong phòng thí nghiệm, oxi được điều chế bằng cách phân hủy những hợp chất giàu Oxi và ít bên với nhiệt như KMnO4, KClO3, ...

2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2

2KClO3 → 2KCl + 3O2

Điều chế oxi trong công nghiệp:

Có 2 cách sản xuất là:

• Sản xuất oxi từ không khí: Không khí sau khi đã loại bỏ hết nước, bụi, khí cacbon đioxit, được hóa lỏng. Chưng cất phân đoạn không khí lỏng sẽ thu được oxi. Oxi được vận chuyển trong những bình thép có dung tích 100 lít dưới áp suất 150 atm.

• Sản xuất oxi từ nước: Tiến hành điện phân nước (nước có hòa tan một lượng nhỏ H2So2 hoặc NaOH để tăng tính dẫn điện của nước), chúng ta thu được khí oxi ở cực dương và khí hidro ở cực âm. PTHH như sau:

2H2O → (điện phân) 2H2 + O2 (k)

Không thể áp dụng tráo đổi 2 quy trình vì điều chế trong công nghiệp cần lượng lớn oxi với giá thành rẻ trong khi ở phòng thí nghiệm chỉ cần 1 lượng nhỏ. 

Trên đây là toàn bộ những thông tin về oxi hy vọng sẽ giúp bạn dễ dàng tổng hợp kiến thức để ôn tập hiệu quả. Tiếp tục chuyên mục Kiến thức cơ bản của Monkey mỗi ngày để đón đọc thêm nhiều bài chia sẻ thú vị nhé! Chia sẻ nếu bạn thấy bài viết hữu ích hoặc nhấn “NHẬN CẬP NHẬT” trên đầu bài viết để đọc những thông tin chia sẻ sớm nhất mỗi tuần từ Monkey qua email.