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04 氧气的制备
知识点一 氧气的工业制法(分离液态空气法)
原理:利用液态氧和液态氮的沸点不同 —— 物理变化
知识点二 实验室制法
实验装置
实验药品 高锰酸钾;氯酸钾+二氧化锰; 双氧水 +二氧化锰
反应原理 2KMnO4加热 K2MnO4 + MnO2 + O2↑ 2KClO32KCl+3O2↑ 2H2O2 2H2O+O2↑
操作过程 查装定点收离熄“茶庄定点收利息” /
收集方式 排水法或向上排空气法
检验 检验:将带火星的木条伸入集气瓶中,如果木条复燃,说明该瓶内的气体是氧气
验满 法一:用向上排空气法收集时,将带火星的木条放在瓶口处,如果木条复燃,说明该瓶内的气体已满 法二:排水法收集时,当瓶口有大气泡冒出时,证明已经收集满
易错点提醒:
(1)加热高锰酸钾制氧气要在试管口放一团棉花,主要是为了防止加热时高锰酸钾粉末进入导管,使导管堵塞。
(2)导气管伸入发生装置内不能太长,稍露出橡皮塞即可,这样有利于产生的气体排出。
(3)加热高锰酸钾制氧气试管口要略向下倾斜,原因是有些固体试剂受热时会放出水蒸气,试管口向下可防止冷凝水回流到热的试管底部,炸裂试管。
(4)对高锰酸钾所在的部位加热前,先使酒精灯火焰在试管下方来回移动,其目的是让试管均匀受热。
(5)导管口开始有气泡冒出时,不能立即收集,因为开始冒出的气泡是空气。当气泡连续而均匀地放出时,开始收集氧气。
(6)停止加热时,先要把导管移出水面,然后再熄灭酒精灯,因为停止加热时如果先熄灭酒精灯,水槽里的水会倒流回试管,使试管炸裂。
(7)因为氧气不易溶于水且不与水反应,可以用排水法收集;因为氧气的密度比空气大,还可以用向上排空气法。
(8)排气法收集气体时,导气管要伸到接近集气瓶底部,这样有利于集气瓶内空气排出,使收集的气体更纯。
(9)用排水法和排空气法收集气体各有优缺点:排水法收集气体的优点是收集到的气体比较纯净,缺点是含有水分;排空气法收集气体的优点是收集到的气体比较干燥,缺点是不太纯。
(10)检查装置气密性时,除了用手紧握的方法外,还可以用酒精灯加热,用热毛巾捂住试管。
【经典例题】
1.阅读教材“资料卡片”内容,结合下表中空气各组分的沸点,回答下列问题:
组分 氮气 氧气 二氧化碳 氨气
沸点/℃ -195.8 -183.0 -78.4 -185.7
(1)工业上可通过加压、降温的方法将净化后的空气变成液态,然后利用液氮和液氧的______不同,控制温度,使______先蒸发出来,剩下的主要为______。
(2)工业制氧气是物理变化还是化学变化?
(3)工业上制得的氧气是纯净物还是混合物?
【答案】
(1) 沸点 氮气 液态氧 (2)物理变化 (3)混合物
2.工业制氧气主要有下列步骤
(1)从步骤②可以看出氮气的沸点比氧气的沸点______(选填“高”或“低”)。
(2)贮存在蓝色钢瓶里的“工业液氧”是______(选填“混合物”或“纯净物”)。
(3)用______可以区分空气、“工业液氧”和氮气。
【答案】(1)低 (2)混合物
(3)用燃着的木条区分空气、“工业液氧”和氮气,使木条燃烧剧烈的是“工业液氧”,使木条熄灭的是氮气,无明显变化的是空气。
3.如图1是实验室常用气体制备或收集装置,请回答下列问题:
(1)写出有标号②的仪器名称:______。
(2)用氯酸钾制氧气选用的发生装置是______(选填序号),反应的化学方程式:________;若某同学在用氯酸钾和二氧化锰的混合物加热制氧气时,错把高锰酸钾当作二氧化锰放入氯酸钾中,其结果与只加热氯酸钾相比,下列说法正确的是__________。
a反应速率不变 b反应速率加快,生成氧气的质量不变
c生成氧气的质量不变 d反应速率加快,生成氧气的质量增加
(3)若B装置中固体为二氧化锰,分液漏斗中加入__________(填“化学式”)溶液可制O2。要获得干燥的O2,应先将气体通过盛有_________(填试剂名称)的D装置,再用E装置收集,气体应从_____端通入(选填“a”或“b”)。
【答案】长颈漏斗 A d 浓硫酸 b
4.某实验小组进行了如下系列实验。根据下图回答问题。
(1)写出图中仪器a的名称_______________。
(2)实验室用A装置制取氧气的化学反应方程式为_______________, 其中棉花的作用是防止_______________,如果用装满水的E装置收集生成的氧气,则氧气应该从_______________(填“m” 或“n”)管口进入。
【答案】长颈漏斗 高锰酸钾粉末进入导管 n
5.如图1是实验室常用气体制备装置,据图回答问题:
(1)请写出指定仪器的名称:a_____,b_____;
(2)实验室用高锰酸钾制氧气的化学方程式是_____,应选择的发生装置是_____(填字母代号),如果选用图2装置收集氧气,气体应从_____(填“a”或“b”)端导入;
(3)某化学小组同学用20%的过氧化氢溶液和二氧化锰,并选用B装置来制氧气,写出此反应的化学方程式_____;实验中,同学们发现不能得到平稳的氧气流,大家提出从两个方面加以改进:
一是把发生装置由B改为C,其理由是_____;
【答案】锥形瓶 集气瓶 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ A a 2H2O22H2O+O2↑ 注射器可以控制反应的速度
6.化学是一门以实验为基础的科学,某同学在实验室利用以下装置制备氧气并探究氧气的性质。请你和该同学一起完成相关实验内容。
(1)写出图中有标号仪器的名称:①________;②_________。
(2)若用双氧水和二氧化锰制取氧气时应选用_______(填字母标号,下同)发生装置,写出该反应的化学方程式________,二氧化锰在反应中起_____作用。
(3)若用高锰酸钾制取氧气,写出该反应的化学方程式_______,下列是高锰酸钾制氧气的部分操作示意图中,不正确的是_______。
(4)用高锰酸钾制取氧气时,实验数据的变化与下列图像相符合的是________。
(5)若用图F装置收集氧气,检验氧气已收集满的方法是_______。
【答案】长颈漏斗 集气瓶 B 2H2O22H2O+O2↑ 催化 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑ BCD BD 将带火星的木条置于b管处,如复燃则满
知识点三 催化剂
概念:在化学反应中能改变其他物质的反应速率(加快或变慢),但本身的化学性质和质量在反应前后不变的物质。
特别提醒:
①催化剂的定义可以概括 为“一变二不变”,一变是指:改变化学反应速率(可能加快也可能减慢);“二不变”是指:催化剂的质量和化学性质(物理性质可能改变)在化学反应前后不变。
②验证某物质是某个反应的催化剂,需要同时满足“改变化学反应速率”、“反应前后质量不变”、“反应前后化学性质不变”这三点。
【经典例题】
1.某同学为研究MnO2粉末用量对双氧水分解速率的影响,做了以下实验:采用不同质量的MnO2粉末做催化剂,每次均用30mL 10%的双氧水(其他实验条件均相同),测定收集500mL氧气所用的时间,结果如表:
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9
MnO2用量/g 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9
所用时间/s 17 8 6 3 2 2 2 2 2
①本实验中最好采用____________收集氧气(选填“向上排空气法”或“排水法”)。
②该实验可得出的结论是_____________。
答案:其他条件相同时,在一定范围内增加二氧化锰的质量,可以加快过氧化氢分解的速率
空 气
降温加压
液态空气
蒸发
液态氧
氮气
沸点低(—196℃),先蒸发出来
装入蓝色钢瓶
沸点较高(—183℃)
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