课题3 制取氧气（考点精讲）

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第二单元课题3 制取氧气（考点精讲）
思维导图
二、考点精讲
考点一： 氧气的制取
【精讲1】实验室用高锰酸钾加热制取氧气，有如下操作步骤：①加热；②检查装置的气密性；③装入高锰酸钾，并在试管口放一团棉花；④用排水法收集氧气；⑤从水槽中取出导管；⑥熄灭酒精灯；⑦拆洗仪器清理实验台。其操作顺序正确的是（　　）
A．②③①④⑤⑥⑦ B．①③②⑤④⑥⑦ C．⑤③②①④⑥⑦ D．③①②④⑥⑤⑦
【答案】A
【解析】根据加热高锰酸钾分解制取氧气时的操作步骤为：查、装、定、点、收、离、熄。实验室加热高锰酸钾制取氧气的操作步骤和注意点分别是：连（连接仪器、组装实验装置）→查（检查装置的气密性）→装（装入固体药品，注意用高锰酸钾时，在试管口放一团棉花）→定（用铁架台固定仪器装置）→点（用火柴点燃酒精灯，给试管加热）→收（收集氧气）→离（把导管撤离水槽）→熄（熄灭酒精灯）→最后拆洗仪器清理实验台，可得正确的操作顺序是：②③①④⑤⑥⑦故选：A。
【精讲2】某校化学兴趣小组的同学利用下图所示装置进行实验．
实验目的：
（1）用高锰酸钾制取一瓶氧气，做细铁丝燃烧的实验．
（2）粗略测定加热2g高锰酸钾所收集到的氧气体积．
反应原理：（用文字表达式表示）并注明反应类型
高锰酸钾制氧气：　 　；　 　．
细铁丝在氧气中燃烧：　 　；　 　．
装置连接：
用高锰酸钾制取并收集一瓶较纯的氧气，应选用　 　装置．（填序号）
用分解过氧化氢（H2O2）的方法也能制取氧气，发生装置应选取　 　．（填序号）
问题分析：
（1）实验过程发现C瓶中的水变红了，原因是　 　．
（2）用收集到的氧气做细铁丝燃烧的实验时，发现瓶底炸裂，发生失误的操作原因可能是　 　．
【答案】高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气；分解反应；铁+氧气四氧化三铁；化合反应；AC；B；高锰酸钾粉末被气体吹到水槽中，高锰酸钾溶解在水中从而使水变红；没有在集气瓶的底部加少量水或铺上一层细沙。
【解析】
反应原理：因高锰酸钾加热分解生成锰酸钾、二氧化锰、氧气，是一种物质反应生成多种物质，则属于分解反应； 因铁和氧气在点燃时生成四氧化三铁，是两种物质反应生成一种物质，则属于化合反应；
装置连接：因高锰酸钾加热分解是固体加热装置，则选A装置，收集较纯净的氧气应采用排水法，则选择C装置；因过氧化氢分解是液体不需要加热的装置，则应选择B装置；
问题分析：
（1）因高锰酸钾为紫红色，溶于水而使溶液变红，则可能是高锰酸钾粉末沿导管被气体吹到水槽中；
（2）铁和氧气反应生成的四氧化三铁，温度很高，若直接和集气瓶底部直接接触，会导致集气瓶底部骤热而炸裂，则应事先在集气瓶中加入少量水或铺上一层细沙。
【跟踪练1】20．下列关于实验室制取氧气的说法中，正确的是（　　）
A．选择制取气体的原理时，应考虑反应速率，且速率越快越好
B．用排水法收集氧气时，提前将导管伸入盛满水的集气瓶以便于收集气体
C．用向下排空气法收集氧气需要在瓶口处验满
D．用带火星的木条检验氧气
【答案】D
【解析】A、选择制取气体的原理时，应考虑反应速率，不是速率越快越好，反应速率要适中，故选项说法错误。B、用排水法收集气体时，不能提前将导管伸入盛满水的集气瓶中，因为开始排出的气体是空气，待导管口气泡连续、均匀冒出时再开始收集，否则会导致收集的气体中混有空气而造成不纯，故选项说法错误。C、氧气的密度比空气大，不能用向下排空气法收集，故选项说法错误。D、氧气具有助燃性，可用带火星的木条检验氧气，故选项说法正确。故选：D。
【跟踪练2】高锰酸钾制取氧气的实验中：
（1）图片中的错误 ，　 　，　 　。
（2）该实验用到的收集气体的方法及其原因？
方法：　 　，原因：　 　。
实验室加热高锰酸钾制取氧气主要分为以下七步，请写出正确的先后顺序，将序号①②③④⑤⑥⑦按正确顺序填在横线处：　 　。
①给试管加热；②检查装置气密性；③用铁夹将试管固定在铁架台上；④将高锰酸钾装入试管中；⑤用排水法收集；⑥用灯帽熄灭酒精灯；⑦将导管从水槽中撤离出来。
（3）实验最后是先移出导管后熄灭酒精灯还是先熄灭酒精灯后移出导管？原因是什么？　 　。
【答案】（1）图示操作中存在的措施有试管口向上倾斜了、伸入试管内的导管过长、试管口处没有放置棉花团；故答案为：试管口向上倾斜了；伸入试管内的导管过长；试管口处没有放置棉花团；（2）排水法；氧气不易溶于水；②④③①⑤⑦⑥；（3）先移出导管，后熄灭酒精灯；防止冷水倒吸，炸裂试管。
【解析】（1）图示操作中存在的措施有试管口向上倾斜了、伸入试管内的导管过长、试管口处没有放置棉花团；故答案为：试管口向上倾斜了；伸入试管内的导管过长；试管口处没有放置棉花团；
（2）图示实验中，采用的是排水法收集氧气，这是因为氧气不易溶于水；实验室制取氧气的步骤是：首先检查装置的气密性，然后装入药品固定在铁架台上，点燃酒精灯加热，待气泡连续、均匀冒出时开始收集，收集完毕先将导管从水槽内拿出来，再熄灭酒精灯；
（3）实验最后是先移出导管，后熄灭酒精灯，这是为了防止冷水倒吸，炸裂试管。
考点二： 催化剂及其作用
【精讲1】据统计，约有90%以上的工业过程中使用催化剂，如化工、石化、生化、环保等。关于催化剂的叙述正确的是（　　）
A．只能加快化学反应速率
B．在化学反应前后其质量和性质不变
C．在化学反应中起催化作用
D．用过氧化氢溶液制氧气必须使用MnO2作催化剂
【答案】C
【解析】A、有的催化剂能够减慢反应速率，该选项不正确B、催化剂在反应前后质量和化学性质都不变，该选项不正确。C、催化剂在反应中起到催化作用，该选项正确；D、氧化铜、氧化铁也可以用作过氧化氢分解的催化剂，该选项不正确。故选：C。
【精讲2】浓度和质量都相等的a、b两份过氧化氢溶液，往a中加入少量二氧化锰，b不加。当a、b均完全反应后，测得氧气的质量m与时间t的关系如图所示，正确的是（　　）
A． B．
C． D．
【答案】C
【解析】本题要从催化剂和反应条件角度考虑，过氧化氢在二氧化锰的催化作用下或加热到一定的温度都能产生氧气，质量相等的两份过氧化氢溶液完全反应后收集到的氧气的量应该是相等的，但速度不同，a中加入少量二氧化锰速度快。过氧化氢在二氧化锰的催化作用下或加热到一定的温度都能产生氧气，质量相等的两份过氧化氢溶液完全反应后收集到的氧气的量应该是相等的，但速度不同，a中加入少量二氧化锰速度快。故选：C。
【跟踪练1】2021年诺贝尔化学奖由德美两国学者本杰明 李斯特和大卫 麦克米兰获得，他们推动了不对称有机催化领域的发展，下列有关催化剂的说法正确的是（　　）
A．催化剂能增加生成物的质量
B．在化学反应中催化剂只能加快反应速率
C．过氧化氢溶液必须加入二氧化锰才能分解出氧气
D．催化剂在反应前后化学性质不变
【答案】D
【解析】在化学反应里能改变其他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发生变化的物质叫做催化剂（又叫触媒）。催化剂的特点可以概括为“一变二不变”，一变是能够改变化学反应速率，二不变是指质量和化学性质在化学反应前后保持不变。A、催化剂不能增加生成物的质量，故选项说法错；B、催化剂能改变化学反应速率，能加快化学反应速率，也能减慢反应速率，故选项说法错误；C、过氧化氢溶液不加入二氧化锰也能分解出氧气，只是速率较慢，故选项说法错误；D、催化剂在反应前后化学性质不变，故选项说法正确。故选：D。
【跟踪练2】某同学加热氯酸钾制取氧气，在盛有氯酸钾的试管a中错将高锰酸钾当作二氧化锰加入其中，与只加热相同质量氯酸钾的试管b相比，正确的是（　　）
A．高锰酸钾是氯酸钾分解反应的催化剂 B．a试管中生成氧气质量更多
C．两试管中生成氧气的质量一样 D．反应结束后试管a中剩余固体种类更少
【答案】B
【解析】A．高锰酸钾在加热条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，生成的二氧化锰可作氯酸钾反应的催化剂，可加快化学反应速率，故选项说法错误；B．高锰酸钾在加热条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，所以生成氧气质量增加，故选项说法正确；C．高锰酸钾在加热条件下分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，所以生成氧气质量增加，故选项说法错误；D．试管a中在反应结束后剩余的固体有氯化钾、二氧化锰、锰酸钾；试管b中在反应结束后剩余的固体是氯化钾，故选项说法错误。故选：B。
考点三： 分解反应（四大基本反应类型之一）
【精讲1】下列化学反应属于分解反应的是( )
A．硫+氧气二氧化硫 B．高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气
C．氢气+氯气氯化氢 D．二氧化碳+氢氧化钙→碳酸钙+水
【答案】B
【解析】 化合反应：两种或两种以上物质反应后生成一种物质的反应，其特点可总结为“多变一”；分解反应：一种物质反应后生成两种或两种以上的物质，其特点可总结为“一变多”。A、C两种物质硫和氧气反应后生成一种物质二氧化硫，属于“多变一”的化合反应．故A和C错误；B、“一变多”故B正确。D为多变多，不属于分解反应或化合反应。
【跟踪练1】下列不属于化合反应，也不属于分解反应，但属于氧化反应的是（　　）
A．碳+氧气 二氧化碳 B．酒精+氧气水+二氧化碳
C．氯酸钾氯化钾+氧气 D．硫酸铜+氢氧化钠氢氧化铜＋硫酸钠
【答案】B
【解析】A、该反应是两种物质反应生成了一种物质，属于化合反应，故A错误；B、该反应是一种化合物和单质反应生成两种化合物，不属于四种基本反应类型，但有氧参加反应，属于氧化反应，故B正确；C、该反应是一种物质反应生成了两种物质，属于分解反应，故C错误；D、该反应是两种化合物反应生成两种化合物反应，属于复分解反应，故D错误。故选B。
知识梳理：
一、氧气的工业制法：分离液态空气（物理变化）
在低温下加压，使空气转化为液态，再利用液态氮和液态氧沸点的不同（液态空气中液态氮的沸点低）进行蒸发，加热时液态氮先蒸发出来，剩下的主要就是液态氧。
二、氧气的实验室制法：
1、方法：有三种:分解过氧化氢、加热高锰酸钾、加热氯酸钾；
2、原理：过氧化氢水+氧气；氯酸钾氯化钾+氧气
高锰酸钾→加热锰酸钾+二氧化锰+氧气
3、制取装置：
氧气的制取装置，主要是指氧气的实验室制取装置，它包括发生装置和收集装置两部分。其中，发生装置又分为“固体加热型”和“固液常温型”两种装置；收集装置分为“排水法”和“向上排空气法”两种装置．具体如图所示：
（1）用过氧化氢和二氧化锰制取氧气，应选固液常温型装置；用加热高锰酸钾或加热氯酸钾制取氧气，应选择固体加热型装置。
（2）氧气的密度比空气大，可用向上排空气法收集；氧气不易溶于水，还可用排水法收集；
4、实验步骤（以加热高锰酸钾并用排水法收集为例）：
（1）连接装置检查装置的气密性；（2）装入药品（3）固定装置（4）点燃酒精灯，加热药品（5）收集气体（6）将导管撤离水槽（7）熄灭酒精灯。
（查、装、定、点、收、离、熄）
5、用高锰酸钾制氧气时的注意事项：
a. 试管口微向下倾斜（防止药品装预存的水倒流入试管中使试管炸裂）；
b. 试管口塞一团棉花 （防止高锰酸钾进入导管使导管堵塞）；
c. 如用排水法收集气体，需要等导管口气泡均匀平稳冒出时再收集（防止收集的氧气不纯）；
e. 用排水法收集气体，制取完毕，要先将导管从水槽取出，再熄灭酒精灯（防止因装置温度降低而产生倒吸现象，致试管炸裂）。
6、氧气的检验和验满：
（1）氧气的检验：把一根带火星的木条，放入集气瓶中，若木条复燃，证明该气体是氧气；
（2）验满方法：
a. 用向上排空气法收集时把一根带火星的木条，放在集气瓶口，若木条复燃，证明集气瓶内已收集满氧气；
b. 用排水法收集时，当气泡从瓶口冒出时证明已收集满。
【知识点睛】
1、制取装置（发生装置）的选择依据：根据反应物、生成物的状态和反应条件选择。如果选用过氧化氢和二氧化锰制取氧气，应用固体与液体反应且不需要加热型的装置。如果选用加热高锰酸钾（加热氯酸钾与二氧化锰的混合物）制取氧气，应用固体加热型装置。
2、收集装置选择依据：根据生成气体的性质，如水溶性、密度等。收集的方法具体分为三种：
（1）排水法：适合收集难溶于水或不易溶于水且不与水发生反应的气体。
（2）向上排空气法；适合收集密度比空气大且不与空气中的物质发生反应的气体。
（3）向下排空气法；适合收集密度比空气小且不与空气中的物质发生反应的气体。
【命题方向】
该考点的命题方向主要是通过创设实验、问题情景，让学生来探究制取氧气的步骤及其注意事项等。命题的方式可能是选择或填写制取氧气的实验步骤，可能是将制取氧气的实验步骤打乱顺序后让学生重排，也可能是给出制取氧气的实验装置的示意图让学生来评价之，还可能是根据制取氧气的实验装置的示意图来推断制取氧气的反应原理或提出改进方案，或者是根据实验过程中的意外情况来反推氧气的性质、实验步骤和注意点中的错误，以及改进方案等。
【解题方法点拨】
实验室制取气体的思路可以简单概括为：第一，需要探究气体实验室制法的化学反应原理，就是要探究在实验室条件下（如常温、加热、加催化剂等），可用什么药品，通过什么反应来制取这种气体；第二，需要探究制取这种气体所应采用的实验装置，就是探究推断用该反应原理制取气体时，仪器是否能够找到、是否容易连接或装配，装置是否科学合理等等。第三，需要探究如何验证制得的气体就是所要制的气体，就是探究所要制的气体的检验方法是什么，以便及时检验该气体是否是所要制的气体，避免做无用功或浪费时间、药品、能源等。
知识梳理：
催化剂的特点概括起来说有三个：
1．“一变，两不变”，即能改变化学反应的速率，而本身的质量和化学性质不变。
2．“针对性”，即催化剂针对某个化学反应来说，才有意义。例如，不能笼统地说：二氧化锰是催化剂，或者催化剂是二氧化锰等；而应该表达为：二氧化锰是过氧化氢（或氯酸钾）分解的催化剂。
3．“多样性”，即某个化学反应的催化剂可能有多种。例如，在过氧化氢分解的反应中，二氧化锰、红砖粉末、土豆片、沸石、硫酸铜溶液等都可作催化剂。 而催化作用是指催化剂在化学反应中所起作用（即能改变化学反应的速率）。它包括加快和减慢化学反应的速率两种情况。
【知识点睛】
1、催化剂的化学性质在反应前后不变，其物理性质可能发生变化；对于某些特定的化学反应，没有催化剂并不意味着该反应不能进行，只是速度较慢
2、催化剂改变的只是化学反应速率，不能改变生成物的量。
【命题方向】
该考点的命题方向主要是通过设置实验、问题情景，或者是直接命题设问，让学生阅读、思考后，根据所学来分析、解答有关催化剂的实际问题。并且，经常与“影响化学反应速率的因素探究”、“实验探究物质变化的条件和影响物质变化的因素”等方面的知识，联系起来命题。题型有选择题、填空题、实验探究题。中考重点是考查学生对有关催化剂及催化作用的理解和掌握情况，以及运用它来分析、解答相关的实际问题的能力等。
【解题方法点拨】
解答这类题目时，首先，要理解和熟记催化剂的特点和催化作用程等，以及其中涉及到的“影响化学反应速率的因素探究”、“实验探究物质变化的条件和影响物质变化的因素”等方面的知识；然后，根据所给的实验、问题情景或图示信息等，结合所学的相关知识和技能，联系起来细心地探究、推理后，按照题目要求进行选择或解答即可。
知识梳理：
概念：由一种物质生成两种或两种以上其他物质的化学反应叫做分解反应；
2、特点：一变多
3、表达式：AB→A+B
【命题方向】
化学反应类型的判断。
【解题方法点拨】
牢记分解反应的特点，结合题目中的信息进行判断。
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