第二单元课题3制取氧气

一. 教学内容

　　制取氧气

二、考点清单

　　1、了解氧气的工业制法

　　2、知道实验室中制取氧气的主要方法和原理，初步了解通过化学实验制取新物质的方法；

　　3、认识分解反应、催化剂及催化作用。

三、全面突破

知识点1：氧气的工业制法：

　　一）自然界氧气的获得：主要是来源于绿色植物的光合作用

　　二氧化碳 + 水 葡萄糖 + 氧气

　　二）工业制法（分离液态空气法）

　　（1）具体过程

　　（2）注意：该过程是物理变化还是化学变化？

　　【典型例题】

　　例1：工业上利用分离液态空气法制氧气的依据是

　　A、氧气与氮气的化学性质不同 B、氧气和氮气在水中的溶解性不同

　　C、氧气与氮气的密度不同 D、氧气与氮气的沸点不同

　　解析：空气是一种无色、无味的气体，它是由多种成分混合而成的，其中氧气和氮气的含量较高。工业上需用大量氧气时，就利用分离液态空气的方法得到氧气。氮气和氧气是两种不同的物质，二者的物理性质和化学性质均不相同，在工业制氧气时，主要利用两者的沸点不同，采用加压、降温的方法使空气液化，然后再蒸发氮气得到大量氧气。

　　答案：D

　　例2：将一根燃着的木条置于盛有液态空气的敞口容器上方时，观察到的现象是

　　A、熄灭 B、燃烧得更旺 C、无明显变化 D、先燃烧更旺后熄灭

　　解析：液氮的沸点低于液氧的沸点，液态空气敞口放置时液态氮气会先转化为气体逸散出来，而氮气具有不燃烧，也不支持燃烧的性质，此时容器上方燃着的木条会熄灭。

　　答案：A

　知识点2：氧气的实验室制法

　　实验室制取氧气的反应原理：

　　1、药品：实验室里常使用（1）过氧化氢溶液、（2）氯酸钾、（3）高锰酸钾等含氧物质制取氧气。

　　药品 过氧化氢 二氧化锰 氯酸钾 高锰酸钾

　　化学式 H2O2 MnO2 KClO3 KMnO4

　　色、态 无色、液 黑、粉末 白、固 紫黑、固

　　溶水性 溶（无色溶液） 不溶 溶（无色溶液） 溶（紫色溶液）

　　过氧化氢分解只产生氧气、水

　　俗称双氧水，无色液体。家庭和医院用的消毒水就是其3％的溶液，它也是一种常用的消毒剂，药房均有售，每100mL大约1.80元。

　　小军同学上体育课时不小心磕破了腿，医生给他清洗伤口时，他发现伤口处出现了气泡。

　　带火星的木条没有复燃。

　　2、催化剂（触媒）：在化学反应中,能改变其它物质的化学反应速率,而本身的质量和化学性质在反应前后都没有改变的物质,叫催化剂。催化剂所起的作用叫催化作用。

　　“一变、二不变” 改变：速率（不是产量）；

　　改变——加快或减慢。

　　不变：化学性质和质量。

　　3、反应原理：

　　（1）过氧化氢 水 + 氧气

　　H2O2 H2O + O2

　　（2）氯酸钾 氯化钾＋氧气

　　KClO3 KCl＋O2

　　（3）高锰酸钾 锰酸钾 ＋ 二氧化锰＋ 氧气

　　KMnO4 K2MnO4 ＋ MnO2＋ O2

　　如何选择实验室制气装置？

　　4、装置选择：

　　*发生装置的选择：根据反应物的状态和所需条件

　　过氧化氢 高锰酸钾（氯酸钾）

　　反应物状态 液态+固态 固态

　　反应条件 不需要加热 需要加热

　　以上装置适用于：固+液或液+液，不需加热。

　　以上装置适用于给固体加热进行反应

　　*收集装置的选择：根据气体的密度和溶解性

　　密度：氧气> 空气 氧气不易溶于水，也不与水发生反应。

　　且不与空气中的成分反应

　　向上排空气法收集 排水取气法收集

　　（1）高锰酸钾制取氧气

　　注意事项：

　　①试管口要略微向下倾斜：防止水倒流，使试管底部破裂。

　　②导气管伸入发生装置内要稍露出橡皮塞：有利于产生的气体排出。

　　③试管口塞一团棉花：防止高锰酸钾粉末进入导气管，污染制取的气体和水槽中的水。

　　④ 排气法收集气体时，导气管要伸入到接近集气瓶底部：有利于集气瓶内空气排出，使收集的气体更纯。

　　排水法收集时，等瓶子里的水排完以后，在水面下用玻璃片盖住瓶口。小心地把瓶子移出水槽，正放在桌子上。

　　⑤实验结束后，先将导气管移出水面，然后熄灭酒精灯：防止水槽中的水倒流，炸裂试管。

　　实验步骤：

　　①仪器组装：先下后上，从左到右的顺序。

　　②气密性检查：将导管的一端浸入水槽中，用手紧握试管外壁，若水中的导管口有气泡冒出，证明装置不漏气。松开手后，导管口出现一段水柱。

　　③ 装入药品：按粉末状固体取用的方法（药匙或纸槽）。试管口要放一小团棉花

　　④ 加热药品：先使试管均匀受热，后在反应物部位用酒精灯外焰由前向后加热。

　　⑤收集气体：若用排水集气法收集气体，当气泡均匀冒出时再收集

　　⑥检验及验满：用带火星的木条伸入试管中，发现木条复燃，说明是氧气；用带火星的木条靠近集气瓶口部，木条复燃，证明已满。

　　⑦撤出导气管后再熄灭酒精灯

　　⑧整理仪器

　　可简单归纳为：“茶（查）、庄（装）、定、点、收、利（离）、息（熄）”

　　（2）双氧水（过氧化氢）制取氧气

　　注意事项：

　　①分液漏斗可以用长颈漏斗代替，但其下端应该深入液面以下，防止生成的气体从长颈漏斗中逸出；

　　②导管只需略微伸入试管塞

　　③气密性检查：用止水夹关闭，打开分液漏斗活塞，向漏斗中加入水，水面不持续下降，就说明气密性良好。

　　④装药品时，先装固体后装液体

　　⑤该装置的优点：可以控制反应的开始与结束，可以随时添加液体。

　　【典型例题】

　　例1：一氧化氮（NO）在常温下是一种无色气体，难溶于水，密度比空气略大，能跟空气中的氧气迅速发生化学反应生成红棕色的二氧化氮（NO2）气体。实验室要收集一瓶一氧化氮气体，应采用的方法是（ ）

　　A、用排水法 B、用向上排空气法

　　C、用排水法或向上排空气法 D、用向下排空气法

　　解析：实验中对气体收集方法的选用，是由该气体的性质决定的。该题给出了一氧化氮气体性质中的某些信息，考查了学生对收集一般气体方法的确定，从而增强了实验能力。解题要基于初中化学收集气体方法与气体性质相对应的原则，再联系题中的信息去扩展。收集气体的基本方法：

　　排水法：收集的气体应有的性质：该气体难溶于水，也不与水发生反应。

　　排空气法：

　　①向上排空气法：该气体的密度比空气大 且不与空气中的成分反应

　　②向下排空气法：该气体的密度比空气小并无毒（若有毒，应采取适当的方法对外泄气体进行处理）。

　　由此可知，NO应用排水法收集。

　　答案：A

　　例2：将一种黑色固体A和一种无色液体B混合 ，生成无色无味气体C，加热暗紫色固体E 同时得到A和C；无色气体C能使带火星木条复燃。将银白色固体D放入盛有C的集气瓶中燃烧，火星四射，生成黑色固体F，并放出热量。

　　试判断A~F各为何种物质？写出化学式或名称：

　　A_______________ B_________________ C__________________

　　D________________ E_________________ F__________________

　　解析：这是一道推断题，解推断题的关键就是找准突破口。突破口可以是反应条件、特殊的颜色、特殊的反应现象、特殊的结构、用途等。此题中根据“无色气体C能使带火星木条复燃。”可确定C为氧气，在氧气中燃烧产生“火星四射”现象的物质是铁丝，生成的黑色固体是四氧化三铁。根据制氧气的方法可知：能得到氧气的暗紫色固体E是高锰酸钾，能制得氧气的另一种方法是过氧化氢无色溶液和黑色的二氧化锰粉末。

　　答案：A：二氧化锰MnO2 B：过氧化氢H2O2 C：氧气 O2

　　D：铁丝Fe E：高锰酸钾KMnO4 F：四氧化三铁Fe3O4

　　例3：下图是收集某气体的装置。由实验装置推测该气体的有关性质正确的是（ ）

　　A B C D

　　密度比空气 大 大 小 小

　　水中的溶解性 难溶 易溶 易溶 难溶

　　解析：在没有收集气体前，集气瓶内充满空气，瓶内空气和多余的气体将会通过长导管排出。如果该气体的密度比空气大，将会沉降在瓶底，通过长导管排出而无法收集到；多余的气体用水来吸收处理，且与水面接触面积很大，说明该气体极易溶于水，如果用导气管伸入水中，由于气体极易溶于水使瓶内压强减小而形成倒吸现象。

　　答案：C

　　例4. 过氧化氢（化学式H2O2）溶液在二氧化锰作催化剂的条件下能迅速分解生成氧气，分液漏斗可以通过调节塞来控制液体的滴加速度。

　　回答下列制取氧气的问题：

　　（1）分液漏斗中应放入的物质是 ，锥形瓶中应放入的物质是 。

　　（2）写出该方法制取氧气反应的文字表达式为 ；要收集一瓶纯净的氧气，最好选择装置 （填字母）。

　　（3）某同学在观察到锥形瓶内有大量气泡时，开始用B装置收集氧气，过一段时间后，用带火星的木条伸入瓶口、瓶中和瓶底，都未见木条复燃。其原因可能是 。

　　（4）若实验时用此法代替高锰酸钾加热制取氧气，则优点是 （填编号）。

　　①生成物只有氧气②不需加热③需加热

　　（5）锥形瓶中的反应很剧烈，请提出实验安全注意事项 （填编号）。

　　①控制液体的滴加速度

　　②用体积较小的锥形瓶

　　③加热锥形瓶

　　解析：本题主要考查实验室制取氧气的反应原理，实验装置、收集方法及反应速率等知识。

　　（1）由于液体具有流动性，所以应放在分液漏斗中；

　　（2）集气瓶中先装满水后排尽了瓶中的空气，故用排水法收集的氧气较纯净；

　　（3）此反应一定有氧气生成，不能收集到是由于中途气体泄漏了；

　　（4）该反应不需消耗能源，反应条件要求非常低，只要接触，常温下就能反应；

　　（5）化学反应速率与反应物的量的多少有关系，一般反应物的量越多，反应越剧烈。

　　答案：（1）双氧水溶液 二氧化锰

　　（2）过氧化氢 水 + 氧气 D

　　（3）装置漏气

　　（4）② （5）①

　　例5：质量相等的两份药品a和b，a是混有少量二氧化锰的氯酸钾，b是纯净的氯酸钾，将药品分别加热，则收集到氧气的质量随反应时间变化的图象如下，其中正确的是

　　解析：考虑反应速度；考虑产生氧气的质量只受氯酸钾影响，二氧化锰作为催化剂只影响反应速率。

　　答案：D

　　例6：甲同学在用双氧水制取氧气时，误把Fe2O3粉末当成MnO2放入双氧水中，发现也有大量气泡产生。他意识到这个错误后，联想到MnO2可作为H2O2分解的催化剂，那么Fe2O3能否作为H2O2分解的催化剂呢？请你一起参与探究，并填写下列空白。

　　【猜想】Fe2O3能作为H2O2分解的催化剂。

　　【实验验证】甲同学依次设计了三个实验：

　　实验一：取一定量的H2O2溶液于试管中,观察到有极少量气泡产生，伸入带火星的木条，没有复燃。说明H2O2溶液常温下缓慢分解。

　　实验二：在实验一的试管中加入W g Fe2O3粉末，有大量气泡产生，然后伸入带火星的木条，木条复燃。说明_____________________________________。

　　实验三：待反应结束后，将试管里的不溶物滤出，并洗涤、干燥、称量,固体质量仍为W g。说明____________________________________________。

　　【实验结论】甲同学认为，Fe2O3粉末可以作为H2O2分解的催化剂。写出该反应的文字表达式____________________________________________。

　　【反思评价】乙同学认为要证明甲同学的结论正确，仅做这三个实验还不充分，需要再补充一个探究实验。该实验是__________________________________。

　　【拓展】下表是丙同学探究影响H2O2分解因素时所记录的部分数据,通过对数据的分析,你能得出的结论是_______________________________________________，

　　用足量等体积H2O2溶液制取相同体积O2所需的时间:

　　浓度

　　时间（min）

　　催化剂 30％H2O2溶液 15％H2O2溶液 5％H2O2溶液

　　加入W g MnO2 0.2 0.8 2.0

　　加入W g Fe2O3 7.0 9.0 16.0

　　解析：根据催化剂的特征“一变二不变”，具有能改变反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都不改变的物质才能作催化剂。

　　答案：实验二:Fe2O3能加快H2O2的分解速率

　　实验三：反应前后Fe2O3的质量保持不变

　　【实验结论】过氧化氢 水 + 氧气 （催化剂写成MnO2不得分）

　　【反思评价】反应前后Fe2O3的化学性质是否改变（或反应前后Fe2O3是否转化为其它物质）

　　【拓展】相同条件下,MnO2的催化效果比Fe2O3好（或其它条件相同的情况下,H2O2浓度越大,产生氧气的速率越快）.

　　【分析】

　　（1）过氧化氢 水 + 氧气

　　H2O2 H2O + O2

　　（2）氯酸钾 氯化钾＋氧气

　　KClO3 KCl＋O2

　　（3）高锰酸钾 锰酸钾 ＋ 二氧化锰＋ 氧气

　　KMnO4 K2MnO4 ＋ MnO2＋ O2

　　知识点3：分解反应

　　分解反应：由一种物质生成两种或两种以上其它物质的反应，叫分解反应。

　　概括为“一变多”。AB=A+B

　　【典型例题】

　　例1：下列反应中，其中一种反应类型与另外三种不同的是

　　A、硫+ 氧气 点燃 二氧化硫

　　B、镁+ 氧气 点燃 氧化镁

　　C、水 通电 氢气+ 氧气

　　D、氧化钠+水==氢氧化钠

　　解析：本题主要考查对分解反应和化合反应概念的理解，本题中A、B、D都是两种物质反应生成一种物质，都属于化合反应。C是一种物质生成两种物质，属于分解反应。

　　答案：C

　　例2：下列变化属于分解反应的是（ ）

　　A、从空气中分离出氧气和氮气

　　B、加热高锰酸钾制取氧气

　　C、红磷在氧气中燃烧生成五氧化二磷

　　D、蜡烛在氧气中燃烧生成二氧化碳和水

　　解析：分解反应是一种物质生成两种或两种以上物质的化学反应。由此不难判断B是分解反应。

　　答案：B