跨学科实践活动3　基于绿色化学探究实验室制氧气的原理

九年级

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实验室制氧气的原理了解绿色化学原则并认识“原子经济性”1.下列生产、生活中的一些做法,不符合绿色化学的是(

)A.液氢作火箭燃料B.汽车尾气经过净化处理后再排放C.化工厂产生的废气直接向高空排放D.利用过氧化氢溶液制氧气C解析化工厂产生的废气直接向高空排放会造成空气污染,

不符合绿色化学。2.绿色化学技术中最理想的是采用“原子经济”反应,实现反

应的绿色化,即原料分子中的每一个原子都转化成产品,不产

生任何废物和副产物,实现废物的“零排放”。请你计算实

验室制取氧气的三种方法的原子利用率。(原子利用率=

×100%)制氧方法化学方程式原子利用率分解过氧化氢

加热高锰酸钾

加热氯酸钾

结论

制氧方法化学方程式原子利用率分解过氧化氢2H2O2

2H2O+O2↑47.1%加热高锰酸钾2KMnO4

K2MnO4+MnO2+O2↑10.1%加热氯酸钾2KClO3

2KCl+3O2↑39.2%结论分解过氧化氢制取氧气的原子利用率最高

解析分解过氧化氢制氧气的原子利用率为

×100%≈47.1%;加热高锰酸钾制氧气的原子利用率为

×100%≈10.1%;加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制氧气的原子利用率为

×100%≈39.2%。3.CO和H2在一定条件下按照不同的比例可以合成不同的化

工原料。下列由CO和H2合成的物质中,不符合“零排放”(即

原子利用率达到100%)要求的是

(

)A.乙醇(C2H6O)B.乙酸(C2H4O2)C.甲醛(CH2O)D.甲醇(CH4O)A解析要求原子利用率达到100%,也就是说反应类型一般是

化合反应;CO和H2在一定条件下按照不同的比例反应,假设

CO和H2反应时的化学计量数之比为m∶n,则选项中的化学式

能写成(CO)m(H2)n形式的物质符合要求。乙醇(C2H6O)不能写

成(CO)m(H2)n形式,故选A。

基于绿色化学评估化学反应4.依据绿色化学原则,要评估一个化学反应的环境友好程度,

除了考虑原子经济性之外,还需从原料、过程、产物等方面

进行系统分析。例如,在原料方面,可以选择“使用可再生原

料(R)”“使用可降解的化学产品(D)”等原则对反应进行评估。围绕上述三个方面,通过对实验室制取氧气的三个反应进行

系统评估可得出哪个反应对环境最友好,并说明理由:

。分解过氧化氢制取氧气的原理无毒无害,在催化剂的作用下,该反应常以进行,产物为水和氧气,对环境无污染,且原子利用率高,所以这一反应对环境最友好(合理即可)5.下列实验中所发生的反应属于化合反应的是

(填

序号,下同),其中最符合绿色化学理念的是

。①蜡烛在空气中燃烧②硫在氧气中燃烧③红磷在空气中燃烧④氢气在氧气中燃烧②③④④解析硫在氧气中燃烧生成二氧化硫,红磷在空气中燃烧生

成五氧化二磷,氢气在氧气中燃烧生成水,三个反应都符合

“多变一”的特点,都属于化合反应;氢气燃烧的生成物只有

水,对环境无污染,符合绿色化学理念。6.O2在生产、生活和生命活动中发挥着重大作用。某兴趣小

组以“氧气的制备”为主题开展研究性学习和实践活动。Ⅰ.工业制氧将空气除尘净化、加压、降温、蒸发可以制得大量液态氧

气。(1)常下,氧气的沸点比氮气

(填“高”或

“低”)。(2)工业制氧的原料中

(填“是”或“否”)含有氧分

子。高是Ⅱ.实验室制氧实验室里现有KMnO4、MnO2、过氧化氢溶液以及下列装置

(图1)。

(3)仪器①的名称是

。(4)用A装置制取O2,反应的化学方程式为

。(5)利用过氧化氢溶液制取并收集一瓶较为纯净的O2,需选择

的装置有

(从A~E中选择),该反应的化学方程式为分液漏斗BD2KMnO4

K2MnO4+MnO2+O2↑

。若要测量生成氧气的体积,应把F

装置的

(填“a”或“b”)端接入量筒。(6)取下表中溶质质量相等的4组过氧化氢溶液,分别加入0.2g

MnO2,用排水法收集并读取每2分钟获得氧气的体积,处理20min内数据如图2所示。【提醒】高浓度的过氧化氢溶液且腐蚀性强,实验时

需注意安全。2H2O2

2H2O+O2↑a编号浓度/%密度/(g·mL-1)体积/mL151.009.102151.052.903251.091.674301.111.37

30%的过氧化氢溶液比25%的过氧化氢溶液产氧量少,可能的

原因为

。30%的过氧化氢溶液浓度高,Ⅲ.家庭制氧“便携式制氧机”可用于家庭保健供氧,某品牌制氧机如图3

所示。用该制氧机制氧气时,在反应仓中加入适量水,再先后

加入白色过碳酸钠颗粒和黑色二氧化锰粉末,反应仓内有黑

色粉末翻腾,变得浑浊,仓壁变得,过滤仓底部导气管口有

气泡冒出。

(7)过滤仓中的水除了可以过滤杂质、提纯氧气外,还有

的作用。(8)该制氧机中,制氧剂不选择过氧化氢溶液,是因为

(填字母)。A.H2O2分解产物无污染观察氧气产生速率、降BCB.过氧化氢溶液浓度较大时,具有腐蚀性C.过氧化氢溶液运输储存不方便Ⅳ.空间站内氧气的再生基于图4所示原理,利用“Sabatier”反应,在一定条件下,将CO

2转化为H2O,配合O2生成系统实现O2的再生。

(9)Sabatier系统中发生反应的化学方程式为

。(10)进入氧气生成系统发生电解的水的质量

(填

“>”“<”或“=”)Sabatier系统中生成的水的质量,原因是

。

氧气生成系统中水中的氢元素全部转化到氢气中,通

过Sabatier系统,氢气中的氢元素没有全部转化至水中,还有一

部分氢元素转化至甲烷中,所以进入氧气生成系统发生电解的水的质量大于Sabatier系统中生成的水的质量(合理即可)5H2+2CO2

>CH4+3H2O+CO解析

(4)用A装置制取O2,应为加热高锰酸钾制取氧气,反应

的化学方程式为2KMnO4

K2MnO4+MnO2+O2↑。(5)若要测量生成氧气的体积,选用F装置,利用氧气排出集气瓶中的

水,排出水的体积即为进入瓶中氧气的体积,则氧气应从短管

进入,即从b端通入,a端接入量筒。(7)过滤仓中的水起到降温

的作用,能够降低氧气的;氧气