《氧气》专题复习
课标解读
能记住氧气的主要物理性质,会描述硫、木炭、铁丝、镁等在空气中和氧气中燃烧的现象,从而记住氧气的化学性质;知道实验室可用过氧化氢、氯酸钾、高锰酸钾制取氧气及反应的原理、检验、验满方法等;了解工业制取氧气的方法;了解催化剂和催化作用。
考点分析
考点一:氧气的性质与用途
例1 下列实验现象描述正确的是( )
A.磷在空气中燃烧产生大量的白雾
B.木炭在空气中燃烧发出淡蓝色火焰
C.镁在氧气中燃烧发出耀眼的白光,生成黑色固体
D.铁丝在氧气中剧烈燃烧,火星四射,生成黑色固体
【解题技巧】解答此类问题时,应了解氧气的主要化学性质助燃性、氧化性;氧气的主要用途有供给呼吸和支持燃烧。学习氧气的性质时要注意观察和正确描述实验现象,不能把生成物当作现象来描述;要区别“烟和“雾”、“光”与“火焰”。
【答案】D
【知识归纳】
1.氧气的物理性质
(1)在通常状况下,氧气是一种无色、无味的气体,不易溶于水。
(2)在标准状况下,氧气的密度为1.429g·L-1,比空气的密度略大。
(3)三态变化:无色气体———→淡蓝色液体———→淡蓝色雪花状固体。
【温馨提示】氧气比较重要的物理性质是水溶性和密度,利用水溶性和密度可以用来解释一些自然现象,如高空氧气的含量、水生动物的生存等。
2.氧气的化学性质
氧气是一种化学性质比较活泼的气体,在一定条件下,可以跟多种物质发生化学反应,同时放出热量,氧气具有氧化性,在化学反应中提供氧,是一种常用的氧化剂。几种常见的物质在氧气中的燃烧如下表:
物质 反应现象(在氧气中) 化学方程式 注意事项
木炭 剧烈燃烧,发出白光,放出热量,生成一种无色无味的气体 2C+O22CO2CO+O22CO2 木炭由上而下缓慢伸入集气瓶中
硫 发出明亮的蓝紫色火焰,放出热量,生成一种无色有刺激性气味的气体 S+O2SO2 集气瓶中应事先装入少量水或氢氧化钠溶液,以防止生成的二氧化硫气体污染空气;该实验应在通风环境中进行
磷 发出耀眼的白光,放出热量,生成大量白烟 4P+5O22P2O5 五氧化二磷对人体健康有害,集气瓶中应事先装入少量水;该实验应在通风环境中进行
铁丝 剧烈燃烧,火星四射,放出大量的热,生成黑色固体 3Fe+2O2Fe3O4 ①用砂纸打磨过的细铁丝,绕成螺旋状,以增大与氧气的接触面积②铁丝底端系一根火柴,引燃铁丝③集气瓶内应预先放少量水(或细沙),防止溅落的高温熔化物炸裂瓶底④燃烧时不要接触到瓶壁
镁 剧烈燃烧,发出耀眼的白光,放出大量的热量,生成白色固体 Mg+O22MgO
3.氧气的用途
①供给呼吸和支持燃烧;②冶炼钢铁用纯氧炼钢,使生铁中的杂质氧化而除掉;③氧炔焰焊接和切割金属乙炔在纯氧中燃烧,产生高温;④液氧炸药将锯木屑等可燃物固体用液氧浸泡后制成炸药;⑤是急救、高空飞行、潜水等的必备品。
考点二:氧气的实验室制法
例2 化学是以实验为基础的学科,正确选择实验装置是实验成功的关键。下图所示装置常用于实验室制取气体,请回答下列问题。
(1)标号①的仪器名称是______。
(2)你认为选用B作发生装置,优点是______;请指出装置C中存在的一处错误______。
(3)改进上述装置图中存在的错误,并以过氧化氢溶液为原料,在实验室中制取并收集干燥的氧气。按照要求选择实验装置,连接仪器后,先______,再装入药品,进行实验。
①所选装置的连接顺序为______(从左到右填写装置序号字母)。
②上述方法制氧气的化学方程式为______。
③若把G装置中的浓硫酸换成水并盛满,用来收集难溶于水的气体时,气体从______(填“a”或“b”)端通入。
(4)甲烷(CH4)是最简单、难溶于水的有机物类气体,实验室常用加热无水醋酸钠与氢氧化钠的固体混合物来制得。实验室制取甲烷应选用的发生、收集装置是______(填序号)。
【解题技巧】O2的制取常与CO2、H2等气体的制取结合起来考查。实验室制取气体通常要考虑反应原理、发生装置、收集方法、验证气体。如检验氧气用带火星的木条,木条复燃,则证明气体是氧气。对于发生装置应考虑反应物的状态和反应条件,对于收集方法要考虑生成气体的性质,如溶解性、密度等。
【答案】(1)锥形瓶 (2)控制反应速率(或控制药品滴加的量,节约药品) 长颈漏斗下端未伸入液面以下 (3)检查装置的气密性 ①CGD(或BGD) ②2H2O22H2O+O2↑ ③b (4)AF(或AE)
【知识归纳】
1.反应原理及发生装置
制取方法 高锰酸钾制氧气 氯酸钾制氧气 过氧化氢制氧气
反应原理 2KMnO4K2MnO4 +MnO2+O2↑ 2KClO32KCl+3O2↑ 2H2O22H2O+O2↑
发生装置
固—固加热型 固—液常温型
【温馨提示】用KMnO4制取O2时,MnO2是生成物;用H2O2或KClO3制取O2时,MnO2是催化剂,起催化作用。
2.收集装置的选择
收集方法 收集装置 选择依据 优缺点
向上排空气法 氧气的密度比空气的密度大,且不与空气中其他成分发生反应 可收集干燥的气体,但所收集的气体不纯净
排水法 氧气不易溶于水,且不与水反应 收集到的气体较纯净,但不干燥
3.用加热法制取并用排水法收集氧气的实验步骤
(1)查:检查装置的气密性,将导管的一端插入水面以下,用手紧握试管壁,如果导管口有气泡冒出,说明装置气密性良好。
(2)装:把药品装入试管内,注意用纸槽或药匙。
(3)定:将实验所用仪器固定在铁架台上,注意铁夹夹在试管的中上部,试管口略向下倾斜。
【温馨提示】用高锰酸钾或氯酸钾制取氧气时,试管口要略向下倾斜,防止产生的冷凝水倒流,使试管炸裂;用高锰酸钾制取氧气时,试管口需要塞一团棉花,目的是防止固体粉末进入导管,造成堵塞。
(4)点:点燃酒精灯加热。
(5)收:当观察到导管口有气泡连续、均匀地冒出时,开始收集。
【温馨提示】收集满的氧气用玻璃片在水下盖住瓶口,将集气瓶拿出后正放在桌面上。
(6)离:把导管撤离水槽。
(7)熄:熄灭酒精灯。
【温馨提示】实验结束时要先撤离导管,再熄灭酒精灯,防止试管骤冷气压减小,水从导管倒吸入试管导致试管炸裂。
4.用过氧化氢制取氧气的实验步骤
(1)连接仪器,检查装置气密性。
(2)向锥形瓶中装入二氧化锰固体。
(3)向长颈漏斗中加入过氧化氢溶液。
(4)收集氧气。
【温馨提示】a.用过氧化氢制取氧气时,注意长颈漏斗下端要伸到液面以下,以免生成的氧气从漏斗逸出。b.与长颈漏斗相比,采用分液漏斗(或注射器)的优点是能控制反应速率。
5.氧气的检验和验满
检验 将带火星的木条伸入集气瓶内,若木条复燃,则证明气体为氧气
验满 带火星的木条放在集气瓶口,若木条复燃,则说明氧气已收集满
考点三:催化剂与催化作用
例3 化学实验小组同学针对教材中提出的“硫酸铜溶液对过氧化氢的分解具有催化作用”进行相关探究。
【探究一】
(1)要证明CuSO4溶液对H2O2分解具有催化作用,除需证明CuSO4溶液能改变H2O2分解的速率外,还需证明在化学反应前后的质量和______不变;
(2)为探究CuSO4在化学反应前后的质量是否发生改变,实验小组同学设计了如下实验:将含溶质质量为a g的CuSO4溶液加入到一定量的H2O2溶液中,取充分反应后的全部溶液继续进行实验,流程如下图(实验过程中的损耗忽略不计)。
①蓝色沉淀灼烧时发生分解反应,只生成黑色固体和水,写出该反应的化学方程式______;
②若CuSO4在化学反应前后质量未改变,则该实验需满足的定量关系为:a=______(用m、n表示)。
【探究二】
为进一步探究溶液中起催化作用的是哪种微观粒子,实验小组同学设计了如下图所示的对比实验。
(3)若观察到______(填实验现象),则说明CuSO4溶液中起催化作用的是Cu2+。
【解题技巧】解答有关催化剂类型题时,应理解催化剂的概念和特点,反应前后质量和化学性质不变,催化剂只能改变反应速率(有的加快反应速率,有的减慢反应速率),而不能增加生成物的质量。
【答案】(1)化学性质 (2)①Cu(OH)2CuO+H2O ② (3)甲试管中产生大量气泡,乙、丙试管中无明显现象
【知识归纳】
1.催化剂:在化学反应中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不发生改变的物质。催化剂的特点可以概括为“一变二不变”,“一变”是指改变其他物质的化学反应速率;“两不变”是指催化剂本身的质量和化学性质在反应前后不发生改变。催化剂只改变化学反应速率,不影响反应能否进行以及反应后生成物的质量。同一个化学反应可能有不同的催化剂,催化效果可能不同。
2.催化作用:催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用,温度、颗粒大小等因素会影响催化效果。
【备考训练】
1.下列对实验现象的描述正确的是( )
A.氢气在氧气中燃烧,产生明亮的蓝紫色火焰
B.铁丝在氧气中燃烧,火星四射,生成四氧化三铁
C.磷在空气中燃烧,产生大量白色烟雾
D.甲烷在氧气中燃烧产生蓝色火焰
2.某同学在做“细铁丝在氧气中燃烧”的实验,其实验操作如图所示,下列有关该实验的说法中不正确的是( )
A.将铁丝绕成螺旋状可增大铁丝与氧气的接触面积
B.集气瓶中的水可防止高温熔融物溅落炸裂瓶底
C.实验前应用砂纸将铁丝表面打磨干净
D.点燃火柴后立即伸入瓶中才能引燃铁丝
3.下列有关加热高锰酸钾制取氧气的实验操作正确的是( )
4.推理是学习化学的一种重要方法,必须严谨、科学。下列推理正确的是( )
A.燃烧都伴随着发光、放热现象,所以出现发光、放热现象的一定是燃烧
B.氧气是由氧元素组成的单质,所以由氧元素组成的单质一定是氧气
C.二氧化锰可以加快过氧化氢分解速率,所以催化剂都能加快反应速率
D.氯酸钾中含氧元素,可用于制取氧气,所以用于制取氧气的物质中一定含氧元素
5.某兴趣小组利用氧气传感器探究不同物质在空气中燃烧的耗氧量情况。足量蜡烛和红磷分别在相同的密闭容器中燃烧,测定的氧气含量变化如图所示。下列判断正确的是( )
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A.蜡烛燃烧过程中,a点时容器内氮气体积分数为84%
B.红磷燃烧过程中,b点和c点时容器内物质总质量不相等
C.燃烧后,两容器中氧气均未耗尽,红磷耗氧量较多
D.若将足量蜡烛和红磷放在同一密闭容器中燃烧,氧气的体积分数可降至3%
6.如图所示的是硫在氧气中燃烧的实验。燃烧停止后,取出燃烧匙,用毛玻璃片盖紧集气瓶,振荡、悬空倒置,发现毛玻璃片不脱落。
(1)硫在氧气中燃烧的化学方程式为_________。
(2)氢氧化钠溶液的作用是_________。
(3)毛玻璃片不脱落时,大气压强_________(填“大于”“小于”或“等于”)瓶内气体压强。
7.请根据下列A~G实验装置回答下列问题。
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(1)B中标号X的仪器名称是_________。
(2)实验室用装置A制取氧气,该反应的化学方程式是_________,若要收集一瓶较纯净的氧气,应该选装置_________(填字母编号)。
(3)若用高锰酸钾制取氧气时,A装置应改进的措施是_________,写出反应的化学方程式_________。
(4)若要检查B装置的气密性,可先夹紧止水夹,再_________,若观察到_________,则装置气密性良好。
(5)用装置F收集氧气,验满时,带火星的木条放在_________(填“a”或“b”)管口处。
(6)将装置G倾斜使两种药品混合即可制得气体,该装置的一个优点是_________。
8.用氯酸钾和二氧化锰制备氧气时,反应结束后,利用下列流程分离并回收二氧化锰,请回答下列问题:
(1)用氯酸钾和二氧化锰制取氧气,反应的化学方程式为_________,反应后二氧化锰的质量_________(填“增大”“减小”或“不变”)。
(2)实验室进行操作Ⅰ时用到的玻璃仪器有玻璃棒、漏斗和_________,操作Ⅱ的名称是_________。
(3)行操作Ⅱ后得到的氯化钾固体比理论值偏低,其原因可能是_________。
参考答案
1.D 2.D 3.D 4.D 5.C
6.(1)S+O2SO2 (2)吸收生成的SO2,防止污染空气 (3)大于
7.(1)长颈漏斗 (2)2KClO32KCl+3O2↑ C (3)在试管口放一团棉花 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑ (4)向长颈漏斗内加水至形成一段水柱 一段时间后水柱高度不变 (5)b (6)节约药品(或操作简便)
8.(1)2KClO32KCl + 3O2↑ 不变 (2)烧杯 蒸发 (3)蒸发皿上的氯化钾固体未全部转移至称量纸上(合理即可)
-183℃
-218℃
101KPa
101KPa