化学人教版九上同步课堂讲义：2.3 制取氧气

课题3制取氧气一、学习目标1．了解实验室用高锰酸钾、过氧化氢、氯酸钾制取氧气的反应原理及方法。2.了解催化剂和催化作用。3．理解分解反应的含义，会判断分解反应。4、了解氧气的工业制法。二、重难点 重点：实验室用高锰酸钾等制取氧气的反应原理及方法，催化剂难点：实验室用高锰酸钾等制取氧气的反应原理及方法三、考点精讲1.制取氧气实验药品高锰酸钾或氯酸钾过氧化氢实验原理文字表达式加热加热高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气氯酸钾二氧化锰加热氯化钾+二氧化锰二氧化锰过氧化氢水+氧气发生装置固体加热型固液常温型实验步骤（1）检查装置的气密性（2）装入药品（3）固定试管（4）点燃酒精灯（5）收集氧气（6）撤离导管（7）熄灭酒精灯（1）检查装置的气密性（2）装入固体药品（3）倒入过氧化氢（4）收集氧气收集方法向上排空气法排水法检验方法将带火星木条伸入集气瓶中，如果木条复燃，表明是氧气验满方法1.用向上排空气法收集氧气时，将带火星的木条平放在集气瓶口，如果木条复燃，表明氧气已收集满2.用排水法收集氧气时，当有大气泡从瓶口冒出时，表明氧气已收集满2.催化剂（1）实验①在试管中加入5mL5%的过氧化氢溶液，把带火星的木条伸入试管，观察现象；②向上述试管中加入少量二氧化锰，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，再重复上述操作，观察现象。（2）实验分析与讨论实验编号现象分析①带火星的木条不复燃放出的氧气很少②带火星的木条复燃过氧化氢溶液中加入少量的二氧化锰时分解加速③带火星的木条复燃二氧化锰能使重新加入的过氧化氢溶液分解加速（3）实验结论二氧化锰能加快过氧化氢制取氧气的反应速率，二氧化锰是分解过氧化氢的催化剂。用过氧化氢制氧气，还可以用硫酸铜、氧化铜、红砖粉末作为该反应的催化剂，所以同一个反应不是只有一种催化剂。（4）催化剂定义及特点①定义：在化学反应中能改变其他物质的反应速率，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）。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用②催化剂的特点一变：化学反应速率变，是指的加快或减慢二不变：质量不变、化学性质不变3.分解反应由一种物质生成两种或两种以上其他物质生成的反应（基本反应类型）。特点：一变多表示式：AB→A+B4.工业制取氧气①把空气在低温条件下加压，使空气变为液态，然后蒸发，利用氧气和氮气的沸点不同，先蒸发出来的是氮气，剩下的主要是液氧。通常把氧气贮存在蓝色的钢瓶中。②膜分离技术制取氧气是在一定压力下，让空气通过具有富集氧气功能的薄膜，可以得到含氧量较高的富氧空气，利用进行多级分离，可以得到含90%以上氧气的富氧空气。工业制氧是物理变化，原理是利用氧气和氮气的沸点不同。实验室制氧气是化学变化。典型例题1：实验室制取某些气体的装置如图，下列说法错误的是（）A．装置①和④组合可以用来制取氧气B．装置②和⑤组合可以用来制取氢气C．装置②和③组合可以用来制取二氧化碳D．装置②可以随时添加液体药品【答案】A【解析】A、实验室制取氧气可用加热氯酸钾和二氧化锰混合物的方法，属于固体加热型，应选用的发生装置是①；氧气密度比空气的大，应用向上排空气法收集，错误；B、实验室制取氢气常采用锌与稀硫酸反应来制取，属于固液常温型，应选用的发生装置是②；氢气难溶于水，所以可以用排水集气法收集氢气，正确；C、实验室制取氢气常采用大理石与稀盐酸反应来制取，属于固液常温型，应选用的发生装置是②；但二氧化碳密度比空气的大，应用向上排空气法收集，正确；D．装置②中的长颈漏斗可以随时添加液体药品，正确。典型例题2：掌握常用仪器的特征和用途，积极动手实验，是化学学习和研究的基础。图甲为实验室用高锰酸钾制取氧气的装置。（1）取一定量的高锰酸钾粉末装入试管中，应选择的仪器是（填字母）。A.药匙B.镊子C.玻璃棒（2）图甲中收集氧气所采用的方法是法。（3）加热试管时，先使酒精灯火焰在试管下方，让试管均匀受热，然后对准高锰酸钾所在部位加热。（4）检验氧气是否集满的正确操作是图乙中的（填字母）。【答案】（1）A（2）向上排空气（3）来回移动（4）B【解析】（1）取一定量的高锰酸钾粉末装入试管中，应选择的仪器是药匙或纸槽。（2）图甲中收集氧气所采用的方法是向上排空气法。（3）加热试管时，先使酒精灯火焰在试管下方来回移动，让试管均匀受热，然后对准高锰酸钾所在部位加热。（4）氧气验满的方法是：将带火星的木条平放在集气瓶口，木条复燃，证明氧气满了。【巩固提升】1.实验室用氯酸钾制取氧气的部分操作如图所示，其中正确的是（）A.装药品B.制备C.收集D.验满【答案】C【解析】A、取用粉末状药品，试管横放，用药匙或纸槽把药品送到试管底部，错误；B、发生装置的试管口应向下倾斜，为的是防止冷凝水倒流回试管，使试管炸裂，错误；C、用向上排空气法收集气体时，导气管应伸入集气瓶的底部，正确；D、验满氧气必须把带火星的木条放在瓶口，不能伸入瓶内，错误。2.某兴趣小组利用下列所示的仪器进行实验并探究。（1）实验室用氯酸钾和二氧化锰为原料制氧气，反应的文字表达式为，若要收集到干燥的氧气，则收集装置为（从A～E中选择）。（2）若用过氧化氢溶液和二氧化锰来制氧气，应选用的发生装置是（从A～E中选择）。为了证明二氧化锰的催化作用，甲同学通过如图装置来进行实验探究：图1中加入amL过氧化氢溶液，然后塞入带火星木条的橡胶塞，如图2所示，观察到的现象是。再通过漏斗加入bg二氧化锰，如图3所示，此时观察到的现象是。充分反应后，将图3的混合液进行过滤、洗涤、干燥、称量，固体仍为bg，甲同学认为二氧化锰是催化剂。（3）乙同学认为甲同学的结论不严谨，请你帮乙同学说出理由：。（4）（填“能”或“否”）用图4来探究铁在氧气中的燃烧实验。【答案】（1）氯酸钾二氧化锰加热氯化钾+氧气D、E（2）A带火星的木条不复燃带火星的木条复燃（3）甲同学没有验证反应前后二氧化锰的化学性质是否发生改变（4）【解析】（1）用氯酸钾、二氧化锰制取氧气的文字表达式为：氯酸钾二氧化锰加热氯化钾+氧气，收集干燥的氧气不能用排水法，只能用排空气法，所以D、E都可以。（2）用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气，过氧化氢溶液是液体，二氧化锰是固体，反应不需要加热，所以应该选择装置A；图2中由于没有加入二氧化锰，所以过氧化氢溶液分解产生氧气很慢，氧气量很少，所以带火星的木条不复燃；图3中加入了二氧化锰，二氧化锰作催化剂，加快了过氧化氢溶液分解，产生氧气较多，所以带火星的木条复燃。（3）催化剂的概念是在化学反应中能改变化学反应速率，但在化学反应前后本身的质量和化学性质都不改变的物质。甲同学没有验证反应前后二氧化锰的化学性质是否发生改变，所以不严谨。（4）铁能够在氧气中燃烧，细沙的目的是防止生成的高温熔融物滴落使瓶底炸裂。3.探究氧气的实验室制取和性质。（1）如图1是硫在氧气中燃烧的实验。①观察到火焰的颜色是；②反应的文字表达式是，反应类型是（填“分解反应”或“化合反应”）；③当火焰变得微弱时，将燃烧匙进一步伸入瓶底，火焰又变旺，可得出氧气的一条物理性质是。（2）图2是实验室制取气体的部分装置。①实验室用高锰酸钾制氧气的文字表达式是（填“分解反应”或“化合反应”），选择的发生装置是（填字母序号，下同）；还可用过氧化氢溶液和二氧化锰制氧气，选择的发生装置是。②可以选择装置C收集氧气，其原因是。③可见，选择气体的发生装置要依据反应物的状态和，选择气体的收集装置要依据。【答案】（1）①明亮的蓝紫色②硫+氧气点燃二氧化硫化合反应③氧气的密度比空气大；（2）①高锰酸钾加热锰酸钾+二氧化锰+氧气分解反应AB②氧气不易溶于水且不和水反应③反应条件气体的密度和水溶性。【解析】（1）①硫在氧气中燃烧的现象是：剧烈燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，放出热量，生成一种具有刺激性气味的气体；②硫和氧气在点燃的条件下生成二氧化硫，反应的文字表达式为：硫+氧气点燃二氧化硫，两种物质反应生成一种物质，是化合反应；③当火焰变得微弱时，将燃烧匙进一步伸入瓶底，火焰又变旺，可得出氧气的一条物理性质是：氧气的密度比空气大。（2）①高锰酸钾在加热的条件下生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，反应的化学方程式为：高锰酸钾加热锰酸钾+二氧化锰+氧气，一种物质反应生成多种物质，是分解反应；该反应属于固体加热型，适合用装置A作发生装置；用过氧化氢溶液和二氧化锰制氧气，属于固液常温型，适合用装置B作发生装置；②可以选择装置C收集氧气，其原因是氧气不易溶于水且不和水反应。③选择气体的发生装置要依据反应物的状态和反应条件；选择气体的收集装置要依据气体的密度和水溶性。【课后练习】1.氧气是人类活动的必需的物质之一，下列与氧气有关的实验装置图错误的是（）A．制取 B．干燥C．收集 D．验满【答案】C【解析】A、实验室可用过氧化氢和二氧化锰制取氧气，且长颈漏斗下端应在液面以下，图中正确，正确；B、浓硫酸具有吸水性且不与氧气反应。洗气应“长进短出”，这样反应比较充分，图中正确，正确；C、氧气的密度比空气大，收集氧气，应“长进短出”，错误；D、氧气具有助燃性，氧气验满，将带火星的木条放在集气瓶口，木条复燃，说明已经集满，正确。2.工业制氧气，利用分离液态空气的方法，此方法利用了（）A.分解反应 B.化合反应C.氧化反应 D.液态氧和液态氮的沸点不同【答案】D【解析】工业上制取氧气，先对空气降温加压使其成为液态空气，因为液态氮和液态氧的沸点不同，液态氮的沸点低于液态氧的沸点，所以加热液态空气时氮气先变为气态出来，剩余的就是氧气。该变化是物理变化。3.某气体可以用向上排空气法收集，其原因是（）①它的沸点低②它的密度比空气大③它难溶于水④它与空气中的成分不反应。A.①② B.②④ C.②③ D.①④【答案】B【解析】可以用向上排空气法收集的气体密度比空气大，与空气中的成分不反应。4.工业上以空气为原料制备氧气的流程图如图：（1）工业制备氧气属于________（填“物理变化”或“化学变化”）。（2）利用物质沸点不同可以实现混合物的分离，根据下表数据判断。物质H2N2O2NH3沸点／℃˗252.8˗195.8˗183.0˗33.35①工业上制取氧气，控制温度在˗195.8℃＜T＜________℃时，可以将液态空气中的氮气与氧气分离开。②要将工业合成氨的产物氨气（NH3）从它的反应物氮气和氢气的混合物中分离开来，最适宜的温度应该控制在________℃＜T＜________℃。【答案】（1）物理变化（2）①－183℃②－195.8℃－33.35℃【解析】（1）工业制取氧气属过程中没有新物质生成，属于物理变化；（2）①根据“氧气的沸点－183℃；氮气的沸点－195.8℃”，则分离液态空气的最佳温度范围是－195.8℃～－183℃；②氨气和氢气的沸点分别为－33.35℃和－252℃，所以要将产物氨气（NH3）与N2、氢气（H2）分离开来，最适宜的温度应该控制在－195.8～－33.35℃。5.实验室制取气体常用如图装置，根据所学化学知识回答问题：（1）仪器a的名称：。（2）实验室需制取较纯净的氧气，应选用的发生装置和收集装置是；该反应的文字表达式为：或。（3）实验结束后，发现收集的氧气不纯，可能的原因是。【答案】（1）试管（2）AC或BC高锰酸钾加热锰酸钾+二氧化锰+氧气或过氧化氢二氧化锰水+氧气（3）没有等到气泡连续均匀冒出就收集、集气瓶中的水没有装满等。【解析】（1）试管是常用的反应容器。（2）装置A的试管中有棉花团，因此是加热高锰酸钾制氧气，高锰酸钾受热分解生成锰酸钾、二氧化锰、氧气；如果用双氧水和二氧化锰制氧气就不需要加热，过氧化氢在二氧化锰做催化剂的条件下生成水和氧气；氧气的密度比空气的密度大，不易溶于水，因此能用向上排空气法和排水法收集，排水法收集的氧气比较纯净。（3）实验结束后，发现收集的氧气不纯，可能的原因是：没有等到气泡连续均匀冒出就收集、集气瓶中的水没有装满等。6.实验室制取X气体，该气体为氢气、氧气、氯气中的一种。根据下图回答问题：（1）用高锰酸钾制取并收集氧气：①该反应的文字表达式为________。②用D装置收集氧气，检验收集满的方法________。③改用E装置(如图放置)收集氧气，气体应从________端(填“a”或“b”)通入。（2）①实验室制取并收集氢气，可选用发生装置________(填字母)和收集装置F的组合；②实验室常用二氧化锰粉末和浓盐酸在加热条件下制取氯气，可选用的发生装置为________(填字母)。【答案】（1）①高锰酸钾加热锰酸钾+二氧化锰+氧气②带火星木条放置集气瓶口，木条复燃说明氧气收集满③a（2）①B②C【解析】（1）①高锰酸钾加热生成锰酸钾二氧化锰和氧气，文字表达式为：高锰酸钾加热锰酸钾+二氧化锰+氧气②氧气具有助燃性，用D装置收集氧气，检验收集满的方法带火星木条放置集气瓶口，木条复燃说明氧气收集满。③改用E装置(如图放置)收集氧气，氧气密度大于空气密度，气体长进短出。（2）①实验室用锌和稀硫酸制取氢气，利用固体和液体不加热反应，不需要加热，可选用发生装置B。②实验室常用二氧化锰粉末和浓盐酸在加热条件下制取氯气，固体和液体的加热反应，可选用的发生装置为C。7.如图实验装置，完成实验。（1）X的名称______。（2）用固体混合物制取O2，选用______装置（选填“A”“B”“C”）。（3）用B装置制氧气的文字表达式式______。【答案】（1）铁架台（2）C（3）过氧化氢二氧化锰水+氧气【解析】（1）X是铁架台，故①填：铁架台；（2）用固体混合物制取氧气，就是加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气，选用固固加热型制取气体的装置C(不加棉花)，故②填：C（3）用B装置制O2的化学反应为过氧化氢分解生成氧气和水，故③填：过氧化氢二氧化锰水+氧气8.多种物质都可催化过氧化氢分解，如二氧化锰（MnO2）、硫酸铜（CuSO4）等。实验小组的同学探究漂白液（主要成分是次氯酸钠（NaClO）和氯化钠（NaCl））、氯化铁（FeCl3）、硫酸钾（K2SO4）能否催化过氧化氢分解。（1）二氧化锰催化过氧化氢分解的文字表达式是。（2）如图所示，分别向三支试管中多次加入5%过氧化氢溶液，每次2mL，如有气泡产生，则将①伸入试管，检验是否有氧气生成。结果如下表。研究对象第1次第2次第3次第4次漂白液大量气泡较多气泡少量气泡无气泡氯化铁（FeCl3）溶液较多气泡较多气泡较多气泡较多气泡硫酸钾（K2SO4）溶液②///实验结论ⅰ.实验中产生的气体都是氧气（资料：次氯酸钠+过氧化氢→氧气+氯化钠+水）ⅱ.硫酸钾（K2SO4）不能催化过氧化氢分解。ⅲ.③可能是过氧化氢分解的催化剂。ⅳ.……（3）下列物质中，也可能是过氧化氢分解的催化剂的是（填标号）。A.氯化铜（CuCl2）B.硫酸铁（Fe2(SO4)3）C硫酸钠（Na2SO4）D.氯化钾（KCl）（4）探究不同催化剂催化效果的实验方案：将等体积5%过氧化氢溶液加到不同催化剂中，比较用排水法收集50mL氧气的快慢。请从如图中选择合适的仪器（每种仪器限用一次），组成该探究的完整实验装置，不需要用到的是。（填标号）。【答案】（1）过氧化氢二氧化锰水+氧气（2）氯化铁（3）AB（4）AE【解析】（1）过氧化氢在二氧化锰催化作用下生成水和氧气，反应文字表达式为：过氧化氢二氧化锰水+氧气（2）①验证氧气的方法是将带火星的木条伸入试管中，若复燃则有氧气生成，故填：带火星的木条；②由实验结论知硫酸钾（K2SO4）不能催化过氧化氢分解，所以实验现象为无气泡产生。③由表中提供的实验现象氯化铁（FeCl3）溶液中多次加入过氧化氢溶液都有较多气泡产生，说明氯化铁（FeCl3）可能是过氧化氢分解的催化剂。（3）题目提供的二氧化锰（MnO2）、硫酸铜（CuSO4）、氯化铁（FeCl3）可做催化剂，而氯化钠（NaCl）、硫酸钾（K2SO4）不能做催化剂，从微观粒子角度分析起催化作用的可能是Cu2+、Fe3+，而Na+、Cl﹣、K+和SO42﹣不能催化分解过氧化氢。（4）实验室用过氧化氢溶液制取氧气是常温下反应所以不选酒精灯A，反应容器是锥形瓶G，为了便于添加过氧化氢溶液要选择双孔塞B和注射器C，用排水法收集氧气要用弯角的导管F和水槽H，不用直角的导管E，为了量取50mL氧气还要选量筒D，不需要用到的是AE。9.氨气(NH3)是一种重要化工原料，有刺激性气味，密度比空气小。某兴趣小组用加热氯化铵（NH4Cl）和氢氧化钙（Ca(OH)2）固体的方法制备、收集干燥的NH3，实验装置如下图所示：已知：氯化铵+氢氧化钙加热氯化钙+氨气+水，回答下列问题：(1)图中仪器①的名称为_______，甲装置也可以用于实验室制备_________(选填“氢气”或“氧气”)。(2)乙装置的作用是________。(3)丙装置用于收集氨气（密度比空气小），则乙中导管口a应与丙中导管__________端相连。【答案】（1）试管氧气（2）干燥