化学：2.3《氧气的制取》精练精析

第2章 我们身边的物质
知识点三、氧气的制取
1、据报道，科学家发明了一种“月球制氧机”，这种“月球制氧机”可利用聚焦太阳能产生的高温加热月球土壤，制得氧气。据此可推测月球土壤中一定含有（ ）
A．氧化物 B．氧气
C．水 D．氧元素
【解析】选D。加热月球土壤制得氧气，说明月球土壤中含有氧元素。
2、下列关于空气的说法中，错误的是（ ）
A．工业上利用氧气和氮气的沸点不同，从液态空气中分离出氧气的过程属于物理变化
B．空气是一种十分重要的天然资源
C．若大量有害物质进入空气中，仅靠大自然的自净能力，大气还能保持洁净
D．按体积分数计，空气中约含有氮气78％、氧气21％、其他气体和杂质1％
【解析】选C。大自然的净化能力是有限的，仅靠大自然的净化能力是不能解决空气污染的。
3、实验室用加热KMnO4固体的方法制取氧气，下列仪器中不需要的是（ ）
A B C D
【答案】选C。
4、 用KMnO4、KClO3、H2O2三种物质都可制得氧气，说明这三种物质的组成中都含
有（ ）
A.氧元素 B.氧化物
C.氧分子 D.氧原子
【解析】选A。物质是由元素组成的。
5、 “神七”航天员在飞天过程中为了维持太空舱里氧气的含量，可以利用镍铁氧体（NiFe2O4）将呼出的二氧化碳转化为氧气，而NiFe2O4本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化。你认为NiFe2O4在这一反应中是作 。
【答案】催化剂（或触媒）
6、化学是一门以实验为基础的学科，化学所取得的丰硕成果，是与实验的重要作用分不开的。结合下列实验装置图回答问题：
A B C D E
图1 图2
(1)写出图中带标号仪器的名称：①　　　　　　　　　②　　　　　　　　　　。
(2)若实验室对你开放，请从图1中选择合适的装置，制取一种你熟悉的气体。你想制取的气体是　　　　　　，选择的发生装置是　　　　　　 (填序号，下同)，选择的收集装置是　　　　　　，选择此收集装置的理由是　　　　　　　　　　　　　　　　。
(3)装置B虽然操作简便，但无法控制反应速率。请从图2中选取　　　　(填序号)取代B中的单孔塞，以达到控制反应速率的目的。
【解析】教材中涉及常见制取气体有氧气、二氧化碳和氢气。根据反应物的状态和反应条件选择发生装置，如加热高锰酸钾制取氧气应选择A，分解过氧化氢溶液应选择B。收集装置分为排空气法和排水法。由于氧气不溶于水也不和水反应所以可以用排水法；由于氧气的密度大于空气的密度还可以用向上排空气法。使用长颈漏斗可以随时添加液体药品，使反应随时发生随时停止，但不能控制反应的速率。为了控制反应的速率常使用分液漏斗或注射器。
【答案】(1)①酒精灯 ②长颈漏斗
(2)O2 B C(或D) 氧气密度比空气大(或氧气不易溶于水)(其他合理答案也可) (3)Ⅲ
7、实验是学习化学的一个重要途径。请从下列仪器中选用适当仪器用H2O2与MnO2制取并收集O2。
（1）仪器e的名称是_________；
（2）若用排空气法收集O2，产生并收集气体应该选用的仪器有（填代号） ，装入药品前必须进行的一步操作是 ；
（3）反应的化学方程式为 ；
（4）检验O2是否已经集满的方法是 。
【解析】实验室用双氧水和二氧化锰的混合物制取氧气时，应选用固、液不加热装置，故可选用仪器a、g组成制取装置，然后与集气瓶连接；检验氧气是否收集满时，常用带火星的木条放在集气瓶口看木条是否复燃来进行。
【答案】（1）烧杯 ；（2）a、b、g， 检验装置的气密性； （3）2H2O22H2O＋O2↑ 。
（4）用带火星的木条靠近瓶口，如果木条复燃，则集满。
8、现有下图所示的实验装置，请回答问题：
（1）在加入药品之前应对实验装置进行 。
（2）可用于实验室制备和收集O2的一套装置是（填字母代号） 。写出用此装置制备O2的反应化学方程式 。
（3）若选用A装置制备气体时应考虑的因素是 。
【解析】实验室制取气体首先应进行的操作是检查装置的气密性。根据反应物的状态和反应条件选择发生装置。当使用加热高锰酸钾时发生装置选A，当使用过氧化氢时应选B；收集装置应从两个方面考虑：一密度与空气比较大于空气密度的用向上排空气法，密度比空气小的用向下排空气法。由于氧气的密度比空气大应用向上排空气法。二是否溶于水或是否与水反应，氧气不溶于水也不与水反应，可以用排水法。若选用A装置制备气体，反应物是固体且反应条件为加热。B装置反应容器口朝上适合有液体参加的反应。
【答案】（1）检查装置的气密性 （2）AC或AE （BC或BE） 方程式略（3）反应物是固体，反应条件要加热
9、 为了制取少量的氧气，化学兴趣小组的同学把工作分为以下三个阶段。
I 查阅资料、获得信息：过氧化氢、氯酸钾、高锰酸钾等含有氧元素的物质在一定条件下分解都可以产生氧气，其中过氧化氢价格最低，在常温下就能够分解放出氧气．该过程无副产物；氯酸钾价格较高。分解较困难．且常伴有副产物；高锰酸钾价格较高，加热即可快速分解。二氧化锰能加速上述三种物质的分解。
根据上述信息，确定制取氧气的实验方案。
lI组装仪器，进行实验。可供选择的实验装置如下：
Ⅲ实验完毕，洗刷仪器，整理用品，总结实验，完成实验报告。
(1)要制取一瓶氧气，你认为应选择的最佳实验装置是 (填写字母代号)。
组装好实验装置后首先应 。
(2)有气体产生的化学反应在有限的空间里发生时，如果反应速度过快，容易引起爆炸。
在用过氧化氢和二氧化锰制氧气的实验中，为预防爆炸应采取的措施是(列举两条)；
(3)回顾整个工作过程，你认为在准备工作阶段除应考虑药品的价格、制氧气反应的难易、制氧气过程的安全性等因素外。还应考虑的因素是(一条即可)。
【解析】制取气体应考虑原料的价格高低、资源是否丰富、反应是否有副产品、操作是否可控以及操作的安全性等各方面，由资料知最适合的药品是过氧化氢。引起爆炸的主要原因是反应速率太快，影响反应速率的因素有反应物的浓度、温度、接触面积等方面。降低反应速率可以通过控制过氧化氢溶液的浓度、减少二氧化锰的用量、降低溶液的温度以及保证导气管畅通。还应考虑的其他因素有仪器的规格是否匹配、反应物是否变质、反应剩余物的回收等。
【答案】(1)B、C 检查装置的气密性
(2)控制过氧化氢溶液的浓度．控制催化剂(或二氧化锰)的用量，应保证气体通道畅通等(以上任意两条或其他合理答案均可)
(3)反应物应在含有氧元素的物质中选择；应考虑实验过程对环境的影响；实验所需仪器的规格、性能；实验试剂的浓度、用量等问题(只要答对1条即可)
10、通过一年的化学学习，你已经掌握了实验室制取气体的有关规律。请结合图3提供的一些实验装置回答问题：
(1) 若用A装置制取氧气，仪器a中需加入 ，发生的化学方程式为 　 。
(2) 通过查阅资料得知：氨气(NH3)是一种密度比空气小且极易溶于水的气体，其水溶液称为氨水。当你选用加热氯化铵和氢氧化钙的固体混合物来制取氨气时，若选择B装置来完成该实验，需进行的改动是 。
(3)你认为应选择收集氨气的装置最好是　 （填序号），原因是 。
【解析】过氧化氢溶液是液体应从分液漏斗中加入。由于制取氨气的反应物为固体，反应条件是加热，所以对B装置的改进是试管口略向下倾斜以防水倒流炸裂试管，需要添加热源酒精灯。由于氨气易溶于水不能用排水法，密度比空气小不能用向上排空气法，且氨气有毒不能直接排放到空气中需要尾气处理，鉴于氨气极易溶于水，所以用倒置的漏斗防倒吸。
【答案】(1)过氧化氢溶液 2H2O22 H2O + O2↑
(2)使试管口略向下倾斜；用酒精灯加热（答对一个要点即可）
(3)F 用水吸收氨气，防止氨气扩散到空气中，减少污染
11、小亮发现:收集的氧气占集气瓶容积的60%(空气占40%)时，能使带火星的木条复燃。那么，使带火星的木条复燃的氧气浓度的最低值是多少呢 小亮对此展开探究：
第一组实验：取5只集气瓶，编号为①、②、③、④、⑤，分别装人其总容积10%、20%、30%、40%、50%的水。用排水法收集氧气，恰好把5只集气瓶中的水排去。将带火星的木条依次插入①～⑤号瓶中，记录实验现象。
小亮在前一组实验的基础上又做了第二组和第三组实验，三组实验的数据和现象见下表。
第一组 第二组 第三组
集气瓶编号 ① ② ③ ④ ⑤ ① ② ③ ④ ⑤ ①
收集的O2占容积的体积分数(%) l0 20 30 40 50 3l 33 35 37 39 34
带火星木条的状况 微亮 亮 很亮 复燃 复燃 很亮 很亮 复燃 复燃 复燃 很亮
请根据实验回答下列问题：
⑴ 写出一个实验室制取氧气的化学方程式
。
⑵ 使用带火星的木条验满氧气的方法是否可靠：
(填“是”或“否’')。
⑶ 集气瓶中氧气的体积分数 ＝ 收集的氧气占容积的体积分数＋ 瓶中空气占容积的体积分数 × %。
⑷ 收集的氧气占容积的体积分数最低为 %时，可使带火星的木条复燃，这时集气瓶中氧气分数是 %(计算结果保留整数)。
⑸ 用带火星的木条直接检验双氧水受热分解产生的氧气时，往往难以复燃，这是因为在加热生成氧气的同时产生大量水蒸汽所致，此时混合气体中氧气的体积分数随温度变化的曲线如右下图所示。若只考虑氧气的体积分数对实验结果的影响，欲使带火星的木条复燃，应将加热双氧水的最高温度控制在 ℃。
⑹ 采取“半值法”探究能减少实验次数。例如：第一组实验若按③、④的编号顺序进行实验，即可确定下一组实验收集的氧气占容积的体积分数应在30%～40%之间，从而省去编号为①、②、⑤的实验。同理，第二组实验可以省去的实验编号为 。
【解析】由实验的数据和现象知只要氧气的体积分数达到一定数值就能使带火星的木条复燃所以该验满的方法是不可靠的。排水法收集氧气时氧气的体积就是排开水的体积。当集气瓶未装满水时，剩余部分体积为空气，空气中氧气的体积分数为21%，排完水后集气瓶中氧气应为收集的氧气和空气氧气两部分的和。⑷收集的氧气占容积的体积分数最低为：35%+（1-35%）×21%=49%；氧气的体积分数为49%时与曲线的交点即为加热双氧水的最高温度。
【答案】 ⑴ 2H2O2O2↑+2H2O(其他合理答案均可) ⑵ 否 ⑶ 21 ⑷ 35
⑸ 82(81～84之间均可) ⑹ ①、④、⑤
12、小丽同学欲通过实验证明“二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂”这一命题。
她设计并完成了下表所示的探究实验：
实验操作 实验现象 实验结论或总结
结论 总结
实验一 取5mL5%的过氧化氢溶液于试管中，伸入带火星的木条 有气泡产生，木条不复燃 过氧化氢分解产生氧气，但是 。反应的化学方程式为： 。 二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂
实验二 向盛水的试管中加入二氧化锰，伸入带火星的木条 没有明显现象
实验三 二氧化锰能加快过氧化氢的分解
(1)请你帮小丽同学填写上表中未填完的空格。
(2)在小丽的探究实验中，“实验一”和“实验二”起的作用是　　　　　　 。
(3)小英同学认为仅由上述实验还不能完全得出表内的“总结”，她补充设计了两个方面的探究实验，最终完成了对“命题”的实验证明。
第一方面的实验操作中包含了两次称量，其目的是：　　　　　　　　　　　　 ；
第二方面的实验是利用“实验三”反应后试管内的剩余物继续实验。接下来的实验操作、现象和结论是：　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
【解析】常温下过氧化氢分解缓慢放出的氧气很少不能使木条复燃；盛水的试管中加入二氧化锰不能使木条复燃说明二氧化锰不能催化分解水；同等情况下二氧化锰能催化分解过氧化氢。催化剂在反应前后质量不变是通过天平称出的，化学性质不变是通过二氧化锰重复使用验证的。
【答案】
实验一 反应慢 2H2O2=2H2O + O2↑
实验二 二氧化锰加入水中不产生氧气。
实验三 向盛有5mL5%过氧化氢溶液的试管中加入二氧化锰，伸入带火星的木条，有大量气泡产生，带火星的木条迅速复燃 (2)对比(或对照等)；
(3)第一方面：比较MnO2在过氧化氢分解前后的质量。 第二方面：倾倒掉反应后的液体，向剩余的固体中重新加人过氧化氢溶液，有大量气泡产生，说明MnO2仍然能加快过氧化氢的分解速率(化学性质没变)
13、通过一年的化学学习，应该知道有多种途径可以制取氧气。如：
A.电解水 B.分离空气
C.加热高锰酸钾 D.分解过氧化氢
E.
(1)相信你在E处还可以写出另一种制取氧气的方法；
(2)若用右图装置加热高锰酸钾制取氧气：写出标号仪器的名称
① ② ；实验结束，停止
加热时要先把导管移出水面，其理由是 ，此时发现水槽中的水变成了浅
紫红色，你认为产生该现象的原因可能是 ；
(3)若分解过氧化氢制取氧气，供选用的装置如下：
要得到平稳的氧气流，应选用的发生装置是 (选填“甲”或“乙”)；若用丙装置干燥生成的氧气，丙中盛放的液体试剂是 ，气体应从 (选填“a”或“b”)端导入。
【解析】制取氧气的方法还有加热氯酸钾和二氧化锰混合物、利用太阳能分解水等。停止加热后装置内温度降低气压减小，为防止水倒流需先将导管移出水面。加热时高锰酸钾粉末易进入导气管，为防止进入导管，需在试管口放一团棉花。使用注射器可以控制反应速率。吸收氧气中的水蒸气要将气体通入浓硫酸中。
【答案】⑴加热氯酸钾(加热氯酸钾和二氧化锰混合物)等⑵①试管 ②集气瓶 以防止水倒吸进入热的试管中，造成试管破裂 试管口没有放一小团棉花，造成高锰酸钾粉末进入水槽(或导管) ⑶甲 浓硫酸、a
14、过去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，装置如图所示，从预热到收集满一瓶(250mL)氧气大约需8～10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)。现行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都有哪些
(1) ；(2) ；
(3) ；(4) 。
【解析】两种方法比较的方面有：反应条件、反应速率、制取气体的纯度、操作是否简单安全、节能、环保以及剩余物的处理等方面。
【答案】(1)常温反应，不需加热(或操作简便) (2)反应速率快 (3)便于回收二氧化锰 (4)制得的氧气纯净(或无污染)
图3
①
②