第二單元課題3制取氧氣

一. 教學(xué)內(nèi)容

　　制取氧氣

二、考點清單

　　1、了解氧氣的工業(yè)制法

　　2、知道實驗室中制取氧氣的主要方法和原理，初步了解通過化學(xué)實驗制取新物質(zhì)的方法；

　　3、認(rèn)識分解反應(yīng)、催化劑及催化作用。

三、全面突破

知識點1：氧氣的工業(yè)制法：

　　一）自然界氧氣的獲得：主要是來源于綠色植物的光合作用

　　二氧化碳 + 水 葡萄糖 + 氧氣

　　二）工業(yè)制法（分離液態(tài)空氣法）

　　（1）具體過程

　　（2）注意：該過程是物理變化還是化學(xué)變化？

　　【典型例題】

　　例1：工業(yè)上利用分離液態(tài)空氣法制氧氣的依據(jù)是

　　A、氧氣與氮氣的化學(xué)性質(zhì)不同 B、氧氣和氮氣在水中的溶解性不同

　　C、氧氣與氮氣的密度不同 D、氧氣與氮氣的沸點不同

　　解析：空氣是一種無色、無味的氣體，它是由多種成分混合而成的，其中氧氣和氮氣的含量較高。工業(yè)上需用大量氧氣時，就利用分離液態(tài)空氣的方法得到氧氣。氮氣和氧氣是兩種不同的物質(zhì)，二者的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)均不相同，在工業(yè)制氧氣時，主要利用兩者的沸點不同，采用加壓、降溫的方法使空氣液化，然后再蒸發(fā)氮氣得到大量氧氣。

　　答案：D

　　例2：將一根燃著的木條置于盛有液態(tài)空氣的敞口容器上方時，觀察到的現(xiàn)象是

　　A、熄滅 B、燃燒得更旺 C、無明顯變化 D、先燃燒更旺后熄滅

　　解析：液氮的沸點低于液氧的沸點，液態(tài)空氣敞口放置時液態(tài)氮氣會先轉(zhuǎn)化為氣體逸散出來，而氮氣具有不燃燒，也不支持燃燒的性質(zhì)，此時容器上方燃著的木條會熄滅。

　　答案：A

　知識點2：氧氣的實驗室制法

　　實驗室制取氧氣的反應(yīng)原理：

　　1、藥品：實驗室里常使用（1）過氧化氫溶液、（2）氯酸鉀、（3）高錳酸鉀等含氧物質(zhì)制取氧氣。

　　藥品 過氧化氫 二氧化錳 氯酸鉀 高錳酸鉀

　　化學(xué)式 H2O2 MnO2 KClO3 KMnO4

　　色、態(tài) 無色、液 黑、粉末 白、固 紫黑、固

　　溶水性 溶（無色溶液） 不溶 溶（無色溶液） 溶（紫色溶液）

　　過氧化氫分解只產(chǎn)生氧氣、水

　　俗稱雙氧水，無色液體。家庭和醫(yī)院用的消毒水就是其3％的溶液，它也是一種常用的消毒劑，藥房均有售，每100mL大約1.80元。

　　小軍同學(xué)上體育課時不小心磕破了腿，醫(yī)生給他清洗傷口時，他發(fā)現(xiàn)傷口處出現(xiàn)了氣泡。

　　帶火星的木條沒有復(fù)燃。

　　2、催化劑（觸媒）：在化學(xué)反應(yīng)中,能改變其它物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率,而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都沒有改變的物質(zhì),叫催化劑。催化劑所起的作用叫催化作用。

　　“一變、二不變” 改變：速率（不是產(chǎn)量）；

　　改變——加快或減慢。

　　不變：化學(xué)性質(zhì)和質(zhì)量。

　　3、反應(yīng)原理：

　　（1）過氧化氫 水 + 氧氣

　　H2O2 H2O + O2

　　（2）氯酸鉀 氯化鉀＋氧氣

　　KClO3 KCl＋O2

　　（3）高錳酸鉀 錳酸鉀 ＋ 二氧化錳＋ 氧氣

　　KMnO4 K2MnO4 ＋ MnO2＋ O2

　　如何選擇實驗室制氣裝置？

　　4、裝置選擇：

　　*發(fā)生裝置的選擇：根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和所需條件

　　過氧化氫 高錳酸鉀（氯酸鉀）

　　反應(yīng)物狀態(tài) 液態(tài)+固態(tài) 固態(tài)

　　反應(yīng)條件 不需要加熱 需要加熱

　　以上裝置適用于：固+液或液+液，不需加熱。

　　以上裝置適用于給固體加熱進行反應(yīng)

　　*收集裝置的選擇：根據(jù)氣體的密度和溶解性

　　密度：氧氣> 空氣 氧氣不易溶于水，也不與水發(fā)生反應(yīng)。

　　且不與空氣中的成分反應(yīng)

　　向上排空氣法收集 排水取氣法收集

　　（1）高錳酸鉀制取氧氣

　　注意事項：

　　①試管口要略微向下傾斜：防止水倒流，使試管底部破裂。

　　②導(dǎo)氣管伸入發(fā)生裝置內(nèi)要稍露出橡皮塞：有利于產(chǎn)生的氣體排出。

　　③試管口塞一團棉花：防止高錳酸鉀粉末進入導(dǎo)氣管，污染制取的氣體和水槽中的水。

　　④ 排氣法收集氣體時，導(dǎo)氣管要伸入到接近集氣瓶底部：有利于集氣瓶內(nèi)空氣排出，使收集的氣體更純。

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

　　⑤實驗結(jié)束后，先將導(dǎo)氣管移出水面，然后熄滅酒精燈：防止水槽中的水倒流，炸裂試管。

　　實驗步驟：

　　①儀器組裝：先下后上，從左到右的順序。

　　②氣密性檢查：將導(dǎo)管的一端浸入水槽中，用手緊握試管外壁，若水中的導(dǎo)管口有氣泡冒出，證明裝置不漏氣。松開手后，導(dǎo)管口出現(xiàn)一段水柱。

　　③ 裝入藥品：按粉末狀固體取用的方法（藥匙或紙槽）。試管口要放一小團棉花

　　④ 加熱藥品：先使試管均勻受熱，后在反應(yīng)物部位用酒精燈外焰由前向后加熱。

　　⑤收集氣體：若用排水集氣法收集氣體，當(dāng)氣泡均勻冒出時再收集

　　⑥檢驗及驗滿：用帶火星的木條伸入試管中，發(fā)現(xiàn)木條復(fù)燃，說明是氧氣；用帶火星的木條靠近集氣瓶口部，木條復(fù)燃，證明已滿。

　　⑦撤出導(dǎo)氣管后再熄滅酒精燈

　　⑧整理儀器

　　可簡單歸納為：“茶（查）、莊（裝）、定、點、收、利（離）、息（熄）”

　　（2）雙氧水（過氧化氫）制取氧氣

　　注意事項：

　　①分液漏斗可以用長頸漏斗代替，但其下端應(yīng)該深入液面以下，防止生成的氣體從長頸漏斗中逸出；

　　②導(dǎo)管只需略微伸入試管塞

　　③氣密性檢查：用止水夾關(guān)閉，打開分液漏斗活塞，向漏斗中加入水，水面不持續(xù)下降，就說明氣密性良好。

　　④裝藥品時，先裝固體后裝液體

　　⑤該裝置的優(yōu)點：可以控制反應(yīng)的開始與結(jié)束，可以隨時添加液體。

　　【典型例題】

　　例1：一氧化氮（NO）在常溫下是一種無色氣體，難溶于水，密度比空氣略大，能跟空氣中的氧氣迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成紅棕色的二氧化氮（NO2）氣體。實驗室要收集一瓶一氧化氮氣體，應(yīng)采用的方法是（ ）

　　A、用排水法 B、用向上排空氣法

　　C、用排水法或向上排空氣法 D、用向下排空氣法

　　解析：實驗中對氣體收集方法的選用，是由該氣體的性質(zhì)決定的。該題給出了一氧化氮氣體性質(zhì)中的某些信息，考查了學(xué)生對收集一般氣體方法的確定，從而增強了實驗?zāi)芰Α＝忸}要基于初中化學(xué)收集氣體方法與氣體性質(zhì)相對應(yīng)的原則，再聯(lián)系題中的信息去擴展。收集氣體的基本方法：

　　排水法：收集的氣體應(yīng)有的性質(zhì)：該氣體難溶于水，也不與水發(fā)生反應(yīng)。

　　排空氣法：

　　①向上排空氣法：該氣體的密度比空氣大 且不與空氣中的成分反應(yīng)

　　②向下排空氣法：該氣體的密度比空氣小并無毒（若有毒，應(yīng)采取適當(dāng)?shù)姆椒▽ν庑箽怏w進行處理）。

　　由此可知，NO應(yīng)用排水法收集。

　　答案：A

　　例2：將一種黑色固體A和一種無色液體B混合 ，生成無色無味氣體C，加熱暗紫色固體E 同時得到A和C；無色氣體C能使帶火星木條復(fù)燃。將銀白色固體D放入盛有C的集氣瓶中燃燒，火星四射，生成黑色固體F，并放出熱量。

　　試判斷A~F各為何種物質(zhì)？寫出化學(xué)式或名稱：

　　A_______________ B_________________ C__________________

　　D________________ E_________________ F__________________

　　解析：這是一道推斷題，解推斷題的關(guān)鍵就是找準(zhǔn)突破口。突破口可以是反應(yīng)條件、特殊的顏色、特殊的反應(yīng)現(xiàn)象、特殊的結(jié)構(gòu)、用途等。此題中根據(jù)“無色氣體C能使帶火星木條復(fù)燃。”可確定C為氧氣，在氧氣中燃燒產(chǎn)生“火星四射”現(xiàn)象的物質(zhì)是鐵絲，生成的黑色固體是四氧化三鐵。根據(jù)制氧氣的方法可知：能得到氧氣的暗紫色固體E是高錳酸鉀，能制得氧氣的另一種方法是過氧化氫無色溶液和黑色的二氧化錳粉末。

　　答案：A：二氧化錳MnO2 B：過氧化氫H2O2 C：氧氣 O2

　　D：鐵絲Fe E：高錳酸鉀KMnO4 F：四氧化三鐵Fe3O4

　　例3：下圖是收集某氣體的裝置。由實驗裝置推測該氣體的有關(guān)性質(zhì)正確的是（ ）

　　A B C D

　　密度比空氣 大 大 小 小

　　水中的溶解性 難溶 易溶 易溶 難溶

　　解析：在沒有收集氣體前，集氣瓶內(nèi)充滿空氣，瓶內(nèi)空氣和多余的氣體將會通過長導(dǎo)管排出。如果該氣體的密度比空氣大，將會沉降在瓶底，通過長導(dǎo)管排出而無法收集到；多余的氣體用水來吸收處理，且與水面接觸面積很大，說明該氣體極易溶于水，如果用導(dǎo)氣管伸入水中，由于氣體極易溶于水使瓶內(nèi)壓強減小而形成倒吸現(xiàn)象。

　　答案：C

　　例4. 過氧化氫（化學(xué)式H2O2）溶液在二氧化錳作催化劑的條件下能迅速分解生成氧氣，分液漏斗可以通過調(diào)節(jié)塞來控制液體的滴加速度。

　　回答下列制取氧氣的問題：

　　（1）分液漏斗中應(yīng)放入的物質(zhì)是 ，錐形瓶中應(yīng)放入的物質(zhì)是 。

　　（2）寫出該方法制取氧氣反應(yīng)的文字表達式為 ；要收集一瓶純凈的氧氣，最好選擇裝置 （填字母）。

　　（3）某同學(xué)在觀察到錐形瓶內(nèi)有大量氣泡時，開始用B裝置收集氧氣，過一段時間后，用帶火星的木條伸入瓶口、瓶中和瓶底，都未見木條復(fù)燃。其原因可能是 。

　　（4）若實驗時用此法代替高錳酸鉀加熱制取氧氣，則優(yōu)點是 （填編號）。

　　①生成物只有氧氣②不需加熱③需加熱

　　（5）錐形瓶中的反應(yīng)很劇烈，請?zhí)岢鰧嶒灠踩⒁馐马?（填編號）。

　　①控制液體的滴加速度

　　②用體積較小的錐形瓶

　　③加熱錐形瓶

　　解析：本題主要考查實驗室制取氧氣的反應(yīng)原理，實驗裝置、收集方法及反應(yīng)速率等知識。

　　（1）由于液體具有流動性，所以應(yīng)放在分液漏斗中；

　　（2）集氣瓶中先裝滿水后排盡了瓶中的空氣，故用排水法收集的氧氣較純凈；

　　（3）此反應(yīng)一定有氧氣生成，不能收集到是由于中途氣體泄漏了；

　　（4）該反應(yīng)不需消耗能源，反應(yīng)條件要求非常低，只要接觸，常溫下就能反應(yīng)；

　　（5）化學(xué)反應(yīng)速率與反應(yīng)物的量的多少有關(guān)系，一般反應(yīng)物的量越多，反應(yīng)越劇烈。

　　答案：（1）雙氧水溶液 二氧化錳

　　（2）過氧化氫 水 + 氧氣 D

　　（3）裝置漏氣

　　（4）② （5）①

　　例5：質(zhì)量相等的兩份藥品a和b，a是混有少量二氧化錳的氯酸鉀，b是純凈的氯酸鉀，將藥品分別加熱，則收集到氧氣的質(zhì)量隨反應(yīng)時間變化的圖象如下，其中正確的是

　　解析：考慮反應(yīng)速度；考慮產(chǎn)生氧氣的質(zhì)量只受氯酸鉀影響，二氧化錳作為催化劑只影響反應(yīng)速率。

　　答案：D

　　例6：甲同學(xué)在用雙氧水制取氧氣時，誤把Fe2O3粉末當(dāng)成MnO2放入雙氧水中，發(fā)現(xiàn)也有大量氣泡產(chǎn)生。他意識到這個錯誤后，聯(lián)想到MnO2可作為H2O2分解的催化劑，那么Fe2O3能否作為H2O2分解的催化劑呢？請你一起參與探究，并填寫下列空白。

　　【猜想】Fe2O3能作為H2O2分解的催化劑。

　　【實驗驗證】甲同學(xué)依次設(shè)計了三個實驗：

　　實驗一：取一定量的H2O2溶液于試管中,觀察到有極少量氣泡產(chǎn)生，伸入帶火星的木條，沒有復(fù)燃。說明H2O2溶液常溫下緩慢分解。

　　實驗二：在實驗一的試管中加入W g Fe2O3粉末，有大量氣泡產(chǎn)生，然后伸入帶火星的木條，木條復(fù)燃。說明_____________________________________。

　　實驗三：待反應(yīng)結(jié)束后，將試管里的不溶物濾出，并洗滌、干燥、稱量,固體質(zhì)量仍為W g。說明____________________________________________。

　　【實驗結(jié)論】甲同學(xué)認(rèn)為，F(xiàn)e2O3粉末可以作為H2O2分解的催化劑。寫出該反應(yīng)的文字表達式____________________________________________。

　　【反思評價】乙同學(xué)認(rèn)為要證明甲同學(xué)的結(jié)論正確，僅做這三個實驗還不充分，需要再補充一個探究實驗。該實驗是__________________________________。

　　【拓展】下表是丙同學(xué)探究影響H2O2分解因素時所記錄的部分?jǐn)?shù)據(jù),通過對數(shù)據(jù)的分析,你能得出的結(jié)論是_______________________________________________，

　　用足量等體積H2O2溶液制取相同體積O2所需的時間:

　　濃度

　　時間（min）

　　催化劑 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：根據(jù)催化劑的特征“一變二不變”，具有能改變反應(yīng)速率，而本身的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)在反應(yīng)前后都不改變的物質(zhì)才能作催化劑。

　　答案：實驗二:Fe2O3能加快H2O2的分解速率

　　實驗三：反應(yīng)前后Fe2O3的質(zhì)量保持不變

　　【實驗結(jié)論】過氧化氫 水 + 氧氣 （催化劑寫成MnO2不得分）

　　【反思評價】反應(yīng)前后Fe2O3的化學(xué)性質(zhì)是否改變（或反應(yīng)前后Fe2O3是否轉(zhuǎn)化為其它物質(zhì)）

　　【拓展】相同條件下,MnO2的催化效果比Fe2O3好（或其它條件相同的情況下,H2O2濃度越大,產(chǎn)生氧氣的速率越快）.

　　【分析】

　　（1）過氧化氫 水 + 氧氣

　　H2O2 H2O + O2

　　（2）氯酸鉀 氯化鉀＋氧氣

　　KClO3 KCl＋O2

　　（3）高錳酸鉀 錳酸鉀 ＋ 二氧化錳＋ 氧氣

　　KMnO4 K2MnO4 ＋ MnO2＋ O2

　　知識點3：分解反應(yīng)

　　分解反應(yīng)：由一種物質(zhì)生成兩種或兩種以上其它物質(zhì)的反應(yīng)，叫分解反應(yīng)。

　　概括為“一變多”。AB=A+B

　　【典型例題】

　　例1：下列反應(yīng)中，其中一種反應(yīng)類型與另外三種不同的是

　　A、硫+ 氧氣 點燃 二氧化硫

　　B、鎂+ 氧氣 點燃 氧化鎂

　　C、水 通電 氫氣+ 氧氣

　　D、氧化鈉+水==氫氧化鈉

　　解析：本題主要考查對分解反應(yīng)和化合反應(yīng)概念的理解，本題中A、B、D都是兩種物質(zhì)反應(yīng)生成一種物質(zhì)，都屬于化合反應(yīng)。C是一種物質(zhì)生成兩種物質(zhì)，屬于分解反應(yīng)。

　　答案：C

　　例2：下列變化屬于分解反應(yīng)的是（ ）

　　A、從空氣中分離出氧氣和氮氣

　　B、加熱高錳酸鉀制取氧氣

　　C、紅磷在氧氣中燃燒生成五氧化二磷

　　D、蠟燭在氧氣中燃燒生成二氧化碳和水

　　解析：分解反應(yīng)是一種物質(zhì)生成兩種或兩種以上物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)。由此不難判斷B是分解反應(yīng)。

　　答案：B