第3节 氧气的制备 第2课时（导学案）（解析版）

第3节氧气的制备第2课时氧气的实验制取一、知识目标1.掌握实验室用高锰酸钾制氧气的原理、装置、操作步骤及注意事项等；2.能运用化学原理设计氧气的实验室制备方案；3.初步形成实验室制备气体的一般思路。二、核心素养目标1.宏观辨识与微观探析：通过观察加热高锰酸钾/氯酸钾固体的宏观现象（如高锰酸钾紫色变浅、导管口连续冒气泡、带火星木条复燃），辨识氧气生成的证据。2.证据推理与模型认知：依据气体发生装置（试管口略向下倾斜、棉花防堵）、收集方法（排水法适合氧气）的选择依据，推理装置设计逻辑；构建“反应原理→发生装置→收集操作→环保安全”的气体制备认知模型，迁移设计氯酸钾制氧方案。3.科学态度与社会责任：通过规范完成教材基础实验（高锰酸钾制氧），掌握安全操作要点（棉花防堵、防倒吸）及气体检验方法；评价物质制备方案的合理性（如原料成本、装置安全、环保性），提出改进建议（如催化剂回收利用）。一、学习重点1.掌握实验室用高锰酸钾制氧气的原理、装置、操作步骤及注意事项等。二、学习难点1.初步形成实验室制备气体的一般思路。一、氧气的实验制取1.高锰酸钾是一种暗紫色（颜色）固体，在加热条件下会发生分解反应，生成锰酸钾、和氧气，反应的文字表达式为：高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气。2.加热高锰酸钾制氧气的实验装置中，试管口需放置一小团棉花，目的是防止高锰酸钾粉末进入导管造成堵塞或污染水槽。3.实验前需检查装置的气密性，方法是先将导管一端放入水中，再用手紧握试管外壁，若导管口有气泡冒出，说明装置气密性良好。4.气体收集完毕时，应先将导气管移出水面，再熄灭酒精灯，防止试管内压强减小产生倒吸现象。二、实验室制取气体的一般思路1.实验室还可加热氯酸钾和二氧化锰的固体混合物制取氧气，其中二氧化锰是催化剂（填“反应物”或“催化剂”）。2.该反应的文字表达式为：氯酸钾氯化钾+氧气。3.制取气体需依据实验目的、反应原理和气体收集方法，选择反应试剂，设计实验装置（包括发生装置和收集装置）。4.物质制备时，应选择价廉易得的原料，装置要安全可靠，反应条件要便于控制，生成物要易于分离和收集。一、新课导入问题思考：为什么高锰酸钾与白糖混合能快速燃烧？这个过程中产生了什么关键物质？答案：可能需要氧气支持燃烧。二、氧气的实验制取活动一：反应原理与装置问题讨论：结合用过氧化氢、高锰酸钾制备氧气的原理，思考实验室制氧气选择药品和反应时需考虑的因素有哪些？答案：制氧气的原料须是含氧的物质；利用比较简单的实验条件就能较快得到氧气；生成的气体成分单一，便于收集。问题思考1：结合反应原理，大家思考：反应物的状态是什么？反应条件是什么？这决定了发生装置的类型是怎样的？答案：反应物是固体（高锰酸钾），反应条件是加热，所以需要能加热、能加橡胶塞，导出气体的反应仪器试管，还需要加热仪器酒精灯，同时需要夹持仪器铁架台。问题思考2：氧气的收集方法有哪两种？这两种氧气的收集方法中哪种收集的氧气纯度更高？答案：向上排空气法和排水法。向上排空气法收集到的氧气比较干燥，但是纯度不够高，排水法收集的氧气纯度更高，但是比较湿润。活动二：操作步骤与规范问题探究：怎样检查上述装置的气密性？在气体收集完毕时应如何操作？答案：检查气密性：先将导管一端放入水中，后用手紧握试管外壁，若导管口有气泡冒出，说明气密性良好。气体收集完毕：先将导管移出水面，再熄灭酒精灯，以免因试管内压强减小而产生倒吸现象。典例：如图所示为实验室用高锰酸钾制取氧气的部分操作。其中正确的是（）ABCDA．检查气密性 B．加入固体药品C．制取氧气 D．检验氧气已收集满答案：A。A选项，检查气密性的操作是先将导管一端放入水中，后用手紧握试管外壁，因此该选项正确。B选项，加入固体药品应该先将试管横放，因此该选项错误。C选项，试管口要加一团棉花防止高锰酸钾粉末堵塞导管，该选项错误。D选项，验满应该将小木条放在瓶口，该选项错误。所以答案选A。二、实验室制取气体的一般思路活动一：氯酸钾分解制备氧气问题探究：根据氯酸钾（KClO3）分解制氧气的化学原理，设计实验装置，并说明实验操作的具体要求。答案：根据反应原理可知，反应物是氯酸钾，为固态，反应条件有二氧化锰、加热，所以发生装置为固体加热型，实验装置、实验操作和高锰酸钾制备氧气实验的类似。问题思考：对比高锰酸钾和氯酸钾制氧气的装置，为什么氯酸钾制氧气时试管口不用放棉花？答案：氯酸钾分解时不会产生粉末状物质堵塞导管。典例：质量相等的两份氯酸钾，只向其中一份加入少量二氧化锰，同时放在两只试管内加热。下列有关放出氧气质量(g)与反应时间(t)关系图象(图中是a纯氯酸钾曲线，b是混有二氧化锰的曲线)其中正确的是（）ABCD答案：C。两份氯酸钾质量相等，催化剂只改变化学反应速率，不改变反应生成物的质量，所以产生的氧气质量应该相等，b中加了二氧化锰，反应速率加快，同时氯酸钾分解需要加热，所以温度达到一定时反应才会开始生成氧气，所以答案选C。1.实验室用加热高锰酸钾的方法制取氧气，有关操作如下，正确的一项是（）A．铁夹应夹在试管底部B．加热前用酒精灯外焰在试管底部来回移动C．实验结束时应先熄灭酒精灯D．实验结束后集气瓶应盖好玻璃片倒放在桌面上【答案】B【解析】A选项：铁夹应夹在试管中上部（距试管口约1/3处），不是底部，A错误；B选项：加热前用酒精灯外焰在试管底部来回移动，是为了预热，使试管均匀受热，防止试管炸裂，B正确；C选项：实验结束时应先把导管移出水面，再熄灭酒精灯，防止水倒吸炸裂试管，C错误；D选项：氧气密度比空气大，集气瓶应盖好玻璃片正放在桌面上，D错误。故选B。2.在“氧气的实验室制取与性质”实验中，下列装置或操作不正确的是（）A．用图甲所示的装置检查气密性 B．用图乙所示的装置制备氧气C．用图丙所示的装置收集氧气 D．用图丁所示的装置对氧气验满【答案】D【解析】A选项：手捂试管，导管口有气泡，气密性良好，操作正确。B选项：高锰酸钾加热制氧，试管口略向下倾斜、有棉花，装置正确；C选项：氧气密度比空气大，向上排空气法收集，操作正确；D选项：验满应将燃着木条放瓶口，不能伸入瓶内，操作错误。故选D。3.实验室用KMnO4制取并用排水集气法收集较纯净的O2。下列实验操作的先后顺序合理的是（）A．检查装置气密性时，先用手握住试管，再将导管的一端伸入水中B．先向试管中加入KMnO4固体，再检查装置气密性C．实验时，先将导管伸入集气瓶中，再点燃酒精灯D．气体收集完毕后，先将导管移出水面，再熄灭酒精灯【答案】D【解析】检查气密性应先将导管一端伸入水中，再用手握住试管，A错误；应先检查装置气密性，再加入药品，B错误；应先点燃酒精灯，待气泡连续均匀冒出时再将导管伸入集气瓶，C错误；气体收集完毕，先将导管移出水面，再熄灭酒精灯，防止水倒吸，D正确。4.实验室采用排水法收集氧气时，需将导气管伸入盛满水的集气瓶，这个操作应在（）A.加热固体药品前B.与加热固体药品同时C.开始有气泡放出时D.气泡连续并均匀放出时【答案】D【解析】加热固体药品前就将导气管伸入盛满水的集气瓶，此时装置内有空气，收集的氧气不纯，A错误；与加热固体药品同时进行该操作，同样会因装置内空气未排尽，导致收集的氧气混有空气，不纯，B错误；开始有气泡放出时，排出的主要是装置内的空气，此时收集氧气不纯，C错误；气泡连续并均匀放出时，说明装置内空气已排尽，此时收集的氧气较纯净，D正确。故选D。5.某同学在实验室里用高锰酸钾固体制取氧气，请回答下列问题：（1）写出仪器①的名称；（2）收集氧气，可选择的收集装置是（填字母）；（3）为了防止加热时试管内的粉末状物质进入导管，应在试管口放一团；（4）验满时，将带火星的木条放在集气瓶口，发现木条，说明氧气已经集满。【答案】酒精灯C或D棉花复燃【解析】（1）仪器①是酒精灯，是实验室常用加热仪器。（2）氧气密度比空气大（可选向上排空气法，对应装置C），且不易溶于水（可选排水法，对应装置D），所以收集装置选C或D。（3）加热高锰酸钾时，试管口放棉花可防止粉末进入导管。（4）氧气具有助燃性，验满时带火星木条放瓶口，木条复燃则满。一、氧气的实验制取1.反应原理：高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气（暗紫色固体反应生成无色气体）。2.实验装置发生装置：固体加热型（需试管、酒精灯、铁架台），试管口略向下倾斜（防冷凝水炸裂试管），药品平铺底部（增大受热面积）。收集装置：排水法（纯度更高）或向上排空气法（更干燥）。特殊要求：试管口放一小团棉花（防止高锰酸钾粉末堵塞导管）。3.操作步骤：查（气密性）→装（药品、棉花）→定（固定装置）→点（加热，先预热）→收（气泡连续均匀时收集）→移（导管离水）→熄（灭酒精灯），“移”“熄”顺序不可颠倒（防倒吸）。二、氯酸钾分解制氧气1.反应原理：氯酸钾氯化钾+氧气2.装置与步骤：同高锰酸钾制氧气，但试管口无需放棉花（无粉末生成）。三、实验室制取气体的一般思路1.选择药品：原料价廉易得、反应条件简单、气体易收集。2.确定装置发生装置：依据反应物状态（固/液）和反应条件（加热/常温）。收集装置：依据气体性质（密度、溶解性、是否与水/空气反应）。3.操作规范：遵循安全步骤，明确检验（如氧气使带火星木条复燃）和验满方法。4.物质制备要求：装置安全、条件可控、产物易分离、节能环保。考点1高锰酸钾制取氧气1．实验室制取氧气的装置中，有关几个“口”位置的描述正确的是（）A．装高锰酸钾的试管口应略向下倾斜B．用排空气法收集氧气时，集气瓶口应向下C．用高锰酸钾制取氧气时，在导管口放一团棉花D．用排水集气法收集氧气时，导管口应先伸入集气瓶中再加热【答案】A【解析】A、加热固体药品（如高锰酸钾）时，试管口需略向下倾斜，这是为了防止冷凝水倒流回试管底部，导致试管受热不均而炸裂。正确。B、氧气密度比空气略大，应用向上排空气法收集，因此集气瓶口应向上。如果瓶口向下，则适用于密度比空气小的气体（如氢气），但氧气不适用此方法。错误。C、正确操作是在试管口（不是导管口）放一团棉花，目的是防止固体粉末随氧气流进入导管，造成堵塞。选项描述为“导管口”不准确，因为导管口是气体出口，放棉花可能阻碍气体流通。错误。D、正确操作是先加热药品，待导管口气泡连续均匀冒出（表明装置内空气已排尽）时，再将导管口伸入集气瓶收集氧气。如果先伸入导管再加热，初始产生的气体（含空气）会混入集气瓶，导致收集的氧气不纯。错误。故选A。2．下图是氧气的实验室制备、收集、验满、验证性质的操作，其中正确的是（）A．制备 B．收集C．验满 D．验证性质【答案】A【解析】A、给试管中的固体加热时，应用外焰加热，且试管口应略向下倾斜，防止冷凝水倒流，炸裂试管，且用高锰酸钾制取氧气，应在试管口塞一团棉花，防止加热时试管内粉末状物质进入导管，图中操作正确，符合题意；B、氧气的密度比空气略大，可用向上排空气法收集，但是导管口应伸到集气瓶底部，这样才能将集气瓶内空气排尽，图中操作错误，不符合题意；C、氧气具有助燃性，氧气验满的方法：将带火星的木条放在集气瓶口，木条复燃，说明已经集满，不能伸到集气瓶内部，图中操作错误，不符合题意；D、细铁丝在氧气中燃烧放出大量的热，应在集气瓶底部放少量水或铺一层细沙，防止高温熔融物溅落，炸裂瓶底，图中操作错误，不符合题意。故选A。3.实验室现有高锰酸钾、二氧化锰、过氧化氢溶液、棉花、火柴等用品及以及下列仪器，请回答下列问题并填写相关空白：（1）上述仪器中，仪器a的名称；仪器b使用的注意事项为。（2）利用固体纯净物制取氧气时，应选择的发生装置编号为(填字母)，发生反应的表达式为，若要收集比较纯净的氧气应选择收集装置为(填字母)（3）用排水法收集氧气时，当气泡放出时，再把导管口伸入盛满水的集气瓶。（4）制取氧气时，需先检查装置的气密性：连接好仪器，先，后(填字母)；若观察到液面下导管口有气泡冒出，说明装置不漏气。A．将导管一端浸入水中

B．用手紧握容器外壁【答案】（1）铁架台不能加热（2）A高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气E（3）连续并比较均匀（4）AB【解析】（1）由图可知，仪器a的名称为铁架台，仪器b为集气瓶，用于收集和贮存少量气体，不能加热，故填：铁架台；不能加热；（2）实验室用固体纯净物制取氧气，说明是用高锰酸钾制取氧气，属于固-固加热型，应选择的发生装置编号为A；高锰酸钾受热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，反应的文字表达式为高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气；氧气的密度比空气大，不易溶于水，可采用向上排空气法或排水法收集，采用排水法收集气体较纯净，选择的收集装置为E，故填：A；高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气；E；（3）用排水法收集氧气时，当气泡连续并比较均匀放出时，再把导管口伸入盛满水的集气瓶，以确保收集到的氧气纯净，故填：连续并比较均匀；（4）制取氧气时，需先检查装置的气密性：连接好仪器，先将导管一端浸入水中，后用手紧握容器外壁，若观察到液面下导管口有气泡冒出，说明装置不漏气，故填：A；B。考点2氯酸钾制取氧气4．下列说法中正确的是（）A．向氯酸钾中加入少量高锰酸钾，反应速率加快，高锰酸钾作催化剂B．工业上用分离液态空气法制取氧气，发生的是分解反应C．催化剂可以反复多次使用D．为了便于运输，把氧气溶于水制成液氧并贮存于蓝色钢瓶中【答案】C【解析】A、高锰酸钾受热分解生成二氧化锰，二氧化锰是氯酸钾分解的催化剂。高锰酸钾在该过程中质量和化学性质改变，不是催化剂，错误。B、分离液态空气法是物理变化，利用液态氮和氧的沸点不同（氮气沸点