我们周围的空气 课题3 氧气的制取知识点讲义

知识点讲义——我们周围的空气
课题3 氧气的制取
知识点1 氧气的实验室制法（重、难点）
1．探究氧气的实验室制法
（1）探究用高锰酸钾制备氧气
【实验步骤及现象】 如图所示，把少量高锰酸钾装入试管中，并在试管口放一团棉花，用带有导管的塞子塞紧试管。
①加热试管，用排水法收集一瓶氧气。
②把带火星的木条伸入试管中，观察所发生现象。
加热高锰酸钾，伸入集气瓶的导管口有气泡生成；带有火星的木条复燃。
【实验结论】 高锰酸钾受热时，会分解放出氧气，同时还有锰酸钾和二氧化锰生成。反应的表达式为：高锰酸钾 锰酸钾 + 二氧化锰 + 氧气 （KMnO4K2MnO4 + MnO2 + O2）
【注】 高锰酸钾稍微加热就可以释放氧气，但加热时常出现氧气流把粉末吹到导管中的现象，所以用氧气制取氧气时，要在试管口放一团棉花，以防止高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管。
（2）探究用过氧化氢制备氧气
【实验步骤及现象】 ①在试管中加入5mL 5%过氧化氢溶液，把带火星的木条伸入试管，观察现象。
②向上述试管加入少量二氧化锰，把带火星的木条伸入试管，观察现象。
③待上述试管中没有现象发生时，重新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木条伸入试管，观察现象，待试管中又没有现象发生时，在重复上述操作，观察现象。
实验现象见下表
实验序号 现 象 分 析
① 带火星的木条未复燃 产生的过氧化氢量少，且产生的速率比较缓慢
② 带火星的木条复燃 过氧化氢分解速率加快，收集到的氧气量过大
③ 每次加入过氧化氢溶液后，带火星的木条都会复燃 每次加入过氧化氢溶液后，都立即产生大量气泡，不需要重新添加二氧化锰
【实验结论】分解过氧化氢可以得到氧气，但产生的速率较慢，且气体量较少，加入二氧化锰后，分解速率加快，得到的气体量变大，并且二氧化锰的反应前后并没有质量的增减。
（3）探究用氯酸钾制备氧气
【实验步骤及现象】 把少量氯酸钾和二氧化锰混合均匀后装入试管，用带有导管的塞子塞紧试管。加热试管，用排水法收集一集气瓶气体。把带有火星的木条伸入集气瓶中，观察实验现象。
用排水法收集到一集气瓶气体，把带火星的木条伸入集气瓶中，木条复燃。
【实验结论】收集到的气体是氧气，氧气不易溶于水，氯酸钾和二氧化锰混合加热后能够产生氧气。
【注】 ①氯酸钾和二氧化锰混合加热适合于制取较多的氧气，但要注意氯酸钾一定要纯净，不能混入易燃杂质，如碳粉、纸屑等，以免发生爆炸。
②用作催化剂的二氧化锰，在实验前最好也进行烧灼，以除去其中的易燃物质。
2.实验室制取氧气的药品和反应原理
（1）药品：过氧化氢溶液和二氧化锰、氯酸钾和二氧化锰、高锰酸钾
（2）反应原理：①用过氧化氢和二氧化锰制取氧气：
过氧化氢 (H2O2) （催化剂：二氧化锰） → 水（H2O） + 氧气 (O2)
②加热高锰酸钾 (紫黑色固体) 锰酸钾（绿色固体） + 二氧化锰（黑色固体） + 氧气
KMnO4K2MnO4 + MnO2 + O2
③加热氯酸钾和二氧化锰制取氧气
氯酸钾（白色固体） （催化剂：二氧化锰） 氯化钾（白色固体） + 氧气
KClO3（催化剂：MnO2） KCl + O2
3.氧气的收集方法
氧气不易溶于水且不与水反应，可以用排水法收集氧气；氧气的密度比空气的密度略大，可以用向上排空集气法收集。
4.氧气的检验和验满
检验：把带火星的木条伸入集气瓶，若木条复燃，则证明集气瓶中所盛气体是氧气。
验满：把带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则证明氧气已收集满。
5.氧气的存放
将盛满氧气的集气瓶盖上玻璃片，正放做面上。
6.几种收集气体的方法
常见的收集气体的方法可分为排水法和排空法，其中排空法又可分为向上排空法和向下排空法，具体采用哪种集
气法收集气体，主要取决于物质的性质。 向下排空集气法 向上排空集气法 排水集气法
知识点2 催化剂及催化剂作用（重点）
1.催化剂及其作用
在分解过氧化氢制取氧气的实验中，二氧化锰的质量并没有发生变化，像这样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并没有发生改变的物质叫做催化剂（又叫触媒）。催化剂在化学反应中所起的作用是催化作用。
【注】①催化剂具有“一变”“两不变”的特点。“一变”是指改变其他物质的化学速率，“两不变”是指在化学反应前后，催化剂本身的质量和化学性质不变。千万注意，此处没有指出物理性质没有发生变化，所以物理性质可能改变。
②催化剂是改变化学反应中的速率，包括加快和减慢，切不可理所当然认为就是加快反应速率。
③另外对一个化学反应，可能有多种催化剂，所例如过氧化氢的分解制取氧气过程中硫酸铜溶液也能做催化剂。
④易错点：误认为催化剂在反应过程中没有参与反应，实质上催化剂在反应过程中是参与的，只是反应后又生成了，故总体来看，化学反应前后物质的化学性质并没有改变，其质量也没有改变。
2.催化剂的重要作用（重点）
催化剂在化工生产中有重要作用，例如在石油提炼过程中，用高效催化剂生产汽油和煤油等；在汽车尾气处理过程中，可用催化剂促进有害气体的转化；酿造工业和制药工业都要酶做催化剂；橡胶工业中，在橡胶中加入炭黑做催化剂，可减慢橡胶的速率。
知识点3 分解反应（重点）
（1）定义：由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应，叫做分解反应。
（2）特点：一变多。
（3）表示方法：AB……→A + B + ……
（4）化学反应与分解反应的比较如下图所示。
化合反应 分解反应
区别 概念 由两种或两种以上的物质生成另一种物质的反应 由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应
表现形式 A + B + ……→AB…… AB……→A + B + ……
共 性 都是化学变化
知识点4 氧气的工业制法
原理：根据液态氮和液态氧的沸点不同，工业上采用低温蒸发空气的方法制取氧气。此法属于物理变化，其过程可表示如下：
空气（加压、降温）→液态空气（蒸发）→氮气、液态氧（贮存在蓝色钢瓶中）
【注】 ①空气中约含21%的氧气，是制取氧气的廉价易得的原料。
②将实验室制取氧气与工业上制取氧气的方法进行对比，可知实验室制取氧气是制取实验室所必须的少量氧气，它属于化学变化；而工业上制取氧气则是大量制取氧气，利用分离液态空气的方法来制取，原料来源广泛，所制得的氧气价格较低，它属于物理变化。
③在一定压强下，让氧气通过具有富集氧气功能的薄膜，也可以得到含氧量较高的富氧空气。
知识点5 实验室用高锰酸钾制取氧气的操作步骤和注意事项
(1) 装置的选择：包括气体的发生装置和收集装置。
① 发生装置：选择的依据是反应物的状态和反应条件。
用高锰酸钾制取氧气，高锰酸钾是固体，反应条件是加热，所以选用大试管作反应容器，用酒精灯做热源，并选择大试管所用的铁架台、铁夹等。
② 收集装置：选择的依据是气体的密度和溶解性。
气体的溶解性：当气体难溶于水或不易溶于水时采用排水法收集，此法收集的气体叫纯净。因为氧气不易溶于水，所以用排水法收集氧气。
气体的密度：气体的密度大于空气的密度且不与空气中的成分反应，可采用向上排空法收集；当气体的密度小于空气且不与空气中的成分反应时，可用向下排空法收集。
（2）操作步骤：按实验要求，将所需仪器组装好连接成一套装置，进行以下操作。
a.检查装置的气密性。实验室制取气体的装置，按先下后上、从左至右的顺序安装完毕后，需要检查装置的气密性。
b.将高锰酸钾装入干燥的试管，并在试管口放置一团棉花，然后用带导管的单孔橡皮塞塞紧试管；
c.将试管固定在铁架台上；d.点燃酒精灯，均匀预热后，固定在药品的底部加热；
e. 用排水法收集氧气； f. 收集氧气结束后，将试管撤离水槽；g.熄灭酒精灯。
【规律总结】 该实验步骤可概括为“查”“装”“定”“点”“收”“离”“熄”，读谐音记忆为“茶”“庄”“定”“点”“收”“利”“息”。
（3）【注意事项】
a. 药品要平铺在试管底部均匀受热；b.试管口要略向下倾斜，防止药品 含有的湿存水受热后变成水蒸气，到管口处遇冷成水倒流回试管底部，使试管炸裂；c.铁架台铁夹要夹在试管的中上部（或距离管口1/3处）；d.试管内的导管稍伸出胶塞即可，便于气体导出； e.集气瓶充满水后倒放入水槽中（瓶口要在水面下）； f.加热时要先使试管均匀受热，然后将酒精灯外焰对准药品所在部位加热；g.用排水法收集气体时，应注意当气泡均匀放出时再收集，否则收集的气体中混有空气，当集气瓶口有较大气泡冒出时，证明已收集满；h.停止加热时，应先把导管从水中撤出，再撤掉酒精灯。如果先熄灭酒精灯，试管内气体温度降低，压强减小，水槽内的水就会被吸入试管内，使试管炸裂；i.用高锰酸钾制取氧气时，试管口要放一小团棉花，防止加热时高锰酸钾粉末进入导管；j. 盛气体的集气瓶应盖上玻璃片，正放，因为氧气的密度大于空气的密度，正放可减少气体逸散。
（4）常用的几种检查装置气密性的方法
① 手握法（或者用酒精灯微热法）
方法：把导管的一段浸入水里，用手紧握容器外壁，若导管口有气泡冒出，放开水后，导管中产生一段水柱，证明装置不漏气（如图所示）。如果容器容积较大（锥形瓶）或天气较热时，可以用酒精灯给气体发生装置（试管、锥形瓶）底部稍微加热，使容器内温度升高少许，现象同上。也可以用水浴加热法微热。
② 液封法
具体操作方法是：用适量的水将长颈漏斗下端封住，将导管末端浸入水中，再用手握法检查。
③ 注水法
具体操作方法是：将长颈漏斗的末端伸入锥形瓶的液面下，用弹簧夹夹紧胶皮管，向长颈漏斗中注入一定量的水，静置一段时间后，长颈漏斗内液面高度不变，说明该装置不漏气。
小试牛刀
1．从安全、环保、节能、简单等方面考虑，实验室制取氧气的最佳方法是 （ ）
A．通电使水分解：水（通电）→ 氢气 + 氧气
B．过氧化氢催化分解： 过氧化氢（二氧化锰）→ 水 + 氧气
C．高锰酸钾加热分解：高锰酸钾 锰酸钾 + 二氧化锰 + 氧气
D．氧化汞加热分解：氧化汞 汞 + 氧气
第二单元 我们周围的空气 课题3 氧气的制取
边讲边练
例1、实验室制取氧气大致可以分为以下几个步骤：①点燃酒精灯，加热试；②检查装置的气密性；③将高锰酸钾装入试管，在管口塞一小团棉花，塞上带导管的单孔塞，固定在铁架台上；④用排水法收集氧气；⑤熄灭酒精灯；⑥将导管从水中取出。正确的操作顺序是 （ A ）
A．②③①④⑥⑤ B．③②①④⑥⑤
C．②③①④⑤⑥ D．③④①②⑤⑥
点拨：实验室制取氧气的步骤有以下两个关键：制取的第一步是检查装置的气密性，否则如果装置漏气，根本收集不到氧气；实验结束后先撤导管，后撤酒精灯，否则水会沿导管进入试管，使试管炸裂。
【针对训练1】 （中考真题）右图是实验室用高锰酸钾制取并收集氧气的装置。
（1）写出a、b所示仪器的名称：
a、 ___________ b 、 ___________；
（2）试管口有一小团棉花，其作用是_________________________ ；
（3）试管口比试管底低，其目的是防止________________________ ；
（4）由于氧气________溶于水，可用排水法收集，集满氧气后，须将集气瓶盖上玻璃片正放于桌上，是因为氧气的密度比空气的密度_______ 。
【针对训练1+1】某同学在制取氧气时，试管炸裂了，造成试管炸裂的原因可能是 （ ）
①没有给试管均匀受热；②试管外壁潮湿；③试管口没有略向下倾斜；④忘了加催化剂；⑤加热时试管与灯芯接触；⑥收集完氧气，先撤酒精灯，后把导管从水槽中取出；⑦氯酸钾中混有可燃物
A.全部 B. 除④外 C. 除⑥⑦外 D. ①②③⑤
例2、下列关于催化剂的说法中，正确的是 （ D ）
A.加入催化剂使化学反应速率加快
B.不使用催化剂，物质就不能发生化学反应
C.使用催化剂可以增加生成物的质量
D.使用催化剂能改变化学反应的速率
点拨：催化剂的作用是“改变”化学反应的速率，既包括“加快”，又包括“减慢”。催化剂不能影响化学反应是否发生，对生成物的质量也没有影响，因为化学反应前后催化剂本身的质量和化学性质都不改变。
【针对训练2】下列对催化剂描述正确的是 （ ）
A.任何化学反应都需要催化剂
B.催化剂在反应前后本身的质量发生了变化
C.只有分解反应才需要催化剂
D.某些化学反应可以有多种催化剂
例3、下列四个反应的文字表达式中，与其他三个反应类型不同的是 （ D ）
A.硫 + 氧气 二氧化硫 B.氢气+ 氧气 水
C.铜 + 氧气 氧化铜 D. 高锰酸钾 锰酸钾 + 二氧化锰 + 氧气
点拨：根据反应的特点来判断，A、B、C均为两种物质反应生成一种物质，即“多变一”，属于化合反应；而D是由一种物质反应生成三种物质，即“一变多”，属于分解反应。
【针对训练3】 下列反应中，既不属于分解反应，也不属于化合反应的是 （ ）
A.氯酸钾（二氧化锰）→ 氯化钾 + 氧气 B.铁 + 氧气 四氧化三铁
C.碳酸钙（高温）→氧化钙 + 二氧化碳 D.乙炔 + 氧气 二氧化碳 + 水
例4、保温瓶中装有液态空气，打开瓶盖，将一根燃着的小木条放在瓶口上方，小木条火焰熄灭；过一会儿，在把燃着的小木条置于瓶口，此时小木条不但没有熄灭，反而燃烧得更旺。据此实验现象回答下列问题：
（1）由于液氮的沸点比氧的沸点______（填“高”或“低”），导致__________首先从液态空气中蒸发出来。
（2）过一会儿，小木条不但没有熄灭，反而燃烧得更旺，其原因是___________________________。
点拨：解此题关键是要掌握分离液态空气的原理。由于液态氮的沸点比液态氧的低，故氮气首先从液态空气中蒸发出来，因为氮气一般不燃烧也不支持燃烧，故小木条火焰熄灭；过一会儿，氧气蒸发出来，氧气具有支持燃烧的性质，故小木条燃烧更旺。
【针对训练4】 （中考真题）下列关于产生氧气方法的叙述中，错误的是 （ ）
A．空气中的氧气主要来自植物的光合作用
B．工业上用分离液态空气的方法制取氧气是分解反应
C．用含有氧元素的物质反应才有可能产生氧气
D．实验室常用加热高锰酸钾的方法制取氧气
例5、（中考真题）对资料或实验数据的分析是否正确，直接关系到科学探究是否符合客观事实。右图为实验室用等质量的高锰酸钾和氯酸钾（另加少量的二氧化锰），分别制取氧气的数据分析示意图。下列依据图示信息所得出的分析正确的是 （ B ）
A．同时开始加热，先收集到氧气的是氯酸钾
B．用相同容积的试管制取较多量的氧气时，宜选择氯酸钾为原料
C．加入少量的二氧化锰使氯酸钾产生的氧气质量增加
D．反应时间较长的是高锰酸钾
点拨：高锰酸钾受热分解温度较低而氯酸钾受热分解温度较高，同时开始加热，先收集到氧气的是高锰酸钾；等质量高锰酸钾和氯酸钾分解氧气产生的氧气量，氯酸钾的较多（后面章节我们将会学到）；二氧化锰是氯酸钾分解的催化剂，它在此处只是加快了反应速率，不会使产生的氧气质量增加；等质量高锰酸钾和氯酸钾分解氧气，反应时间教超的是氯酸钾。
课堂演练 1、下列有关催化剂的理解，正确是的（ ）A.催化剂就是用来加快化学反应速率的B. 二氧化锰是催化剂C.没有二氧化锰的催化，过氧化氢也能分解放出氧气D.催化剂在化学反应前后的性质不变2、检查装置的气密性的步骤为：①导气管口有气泡冒出；②用手掌贴紧容器外壁；③移开手后，导气管内形成一段水柱；④把导气管的一端浸入水中。其正确的操作顺序是（ ）A.②④③① B. ④②①③ C. ①②③④ D.②③④①3.下列关于催化剂的说法正确的（ ）A.二氧化锰在制取氧气的反应中总能起催化作用B.过氧化氢溶液分解只能用二氧化锰做催化剂C.催化剂能改变其他物质的化学反应速率 D.催化剂只能加快其他物质的化学反应速率4、充满氢气（其密度远小于空气的密度）的集气瓶从水槽中取出后的放置方法是（ ） A.瓶口向上放置 B.瓶口向下放置 C.瓶口盖上毛玻璃后向上放置 D.瓶口盖上毛玻璃后向下放置5、两支试管中各盛有等量的过氧化氢溶液，向甲试管中加入适量的二氧化锰，而试管乙只作加热处理.如果用横坐标(x轴)表示反应时间T，用纵坐标(y轴)表示生成的氧气的质量M，则下列哪个图象最能体现两支试管产生的氧气随时间的变化关系( ) A B C D6、列实验指定容器中的水，其解释没有体现水的主要作用的是 ABCD实验装置硫在氧气中燃烧测定空气中氧气含量铁丝在氧气中燃烧 排水法收集氢气解释集气瓶中的水：吸收放出的热量量筒中的水：通过水体积的变化得出O2体积集气瓶中的水：冷却溅落融熔物，防止集气瓶炸裂集气瓶中的水： 水先将集气瓶内的空气排净，后便于观察H2何时收集满7、下图一次是实验室制取、收集、检验氧气和验证其性质的装置。其中错误的是（ ）8、在实际操作中应该如何收集氧气向上排空气法排水法实验装置图适用范围注意事项9、已知氨气是一种极易溶于水的气体，密度比空气小，实验室制备氨气应采用的收集方法是A．排水法 B.向上排空气法 C.向下排空气法 D.以上方法都不可以10、现用右图所示装置收集氧气（1）用排空气法收集氧气,氧气从 端进入（2）瓶内装满水,氧气从 端进入,水从 端排出。 11、采集空气样品时如果没有专业仪器，我们可以采用矿泉水装满水到采样地点去倒掉，这种收集气体的方法叫做______________；实验室制氧气时也可用这种方法收集，用该方法收集氧气时，制备氧气装置内空气已排尽的标志是_____________________________________。12、有两个同学在实验室做的两个小实验及所得结论如下： （1）甲同学将带火星的木条伸入一集气瓶中，木条不复燃；得出结论：氧气瓶中没有氧气。 （2）乙同学将燃着的木条伸入一集气瓶中，木条没有熄灭；得出结论：集气瓶中盛有纯净的氧气。 这两位同学所得出的结论正确吗？13、实验室可用下图中A或B装置制取02，用C装置收集02 . （1）如果选用B、C装置制取并收集O2，回答下列问题：①装入药品前，先应检查装置的____________。
②若试管中装入的是暗紫色固体药品，则发生反应的化学 ( http: / / www.21cnjy.com" \t "_blank" \o "欢迎登陆21世纪教育网 )方程式是___________________________________。
③当观察到C装置中___________________时，可以开始收集02 。
④实验结束停止加热时，要先__________________，然后再熄灭酒精灯。14、比较三套过氧化氢制取氧气的发生装置的优缺点？ 15、(中考真题)以前教材中实验室制氧气，常用氯酸钾与二氧化锰混合加热制取，如图所示。从预热到收集满一瓶（250mL）的氧气大约需8至10分钟，从反应后剩余的固体中回收二氧化锰比较困难，曾有同学去闻自己收集到的氧气，想找找吸氧的感觉，结果却闻到刺激性气味（少量氯酸钾发生副反应生成有毒的氯气）。 现在教材已改用过氧化氢溶液和二氧化锰混合制取氧气，你认为这样做的优点有哪些？ (1)____________________________________________________________ (2)____________________________________________________________ (3)____________________________________________________________【综合应用】16、(中考真题)某研究性学习小组，选择“过氧化氢（H202）生成氧气(02)的快慢与什么因素有关”的课题进行探究，以下是他们探究的主要过程。【假设】过氧化氢生成氧气的快慢与催化剂的种类有关。
【实验方案】常温下，在两瓶相同体积的过氧化氢（H202）溶液中分别加入相同质量的二氧化锰（MnO2）和红砖粉，测量各生成一瓶（相同体积）氧气所需的时间。
【进行实验】上图是他们进行实验的装置图，气体发生装置中A仪器的名称是__________ ，此实验中B处宜采用的气体收集方法是_______________。
【实验记录】实验编号12反应物6%过氧化氢（H202）6%过氧化氢（H202）催化剂1g MnO21g 红砖粉时间35s152s【结论】该探究过程得出的结论是____________________________________________________________【反思】过氧化氢在常温下分解缓慢，加入二氧化锰或红砖粉后反应明显加快，若要证明二氧化锰（MnO2）和红砖粉是该反应的催化剂，还需增加实验来验证它们在化学反应前后的 ________ 和 ________ 是否改变。过氧化氢生成氧气的快慢还与哪些因素有关？请你帮助他们继续探究。（只要求提出假设和实验方案）
【假设】_________________________________________________________________________________ 。
【实验方案】_______________________________________________________________________________ 。