八年级化学：氧气与二氧化碳制备知识清单（沪科版五四学制）

八年级化学：氧气与二氧化碳制备知识清单（沪科版五四学制）一、核心素养导读：实验室制取气体的一般思路与方法【非常重要】【高频考点】在八年级化学的学习中，掌握氧气（O₂）与二氧化碳（CO₂）的实验室制法，不仅是掌握两种具体气体的制备技术，更重要的是通过对比学习，建立起“实验室制取气体的一般思路与方法”。这是本课题的核心所在，也是未来学习其他气体（如氢气、氨气等）乃至进行科学探究的基础。这一思路主要包含三个逻辑递进的环节：（一）原理的选择（决定“用什么制”）【基础】实验室制取气体，首先要寻找一个能够生成该气体的化学反应。但这个反应并非随意选择，必须满足以下几个关键条件：1.原料易得、价格低廉：所选药品应是实验室常见、易于获取且成本较低的。例如，实验室制CO₂选用大理石（或石灰石）和稀盐酸，而非昂贵的碳酸盐或危险的强酸。2.反应条件温和、易于控制：反应最好能在常温下进行，无需长时间、高强度加热，且反应速率适中，既不能太慢影响实验效率，也不能太快导致气体难以收集甚至引发危险。例如，用过氧化氢溶液制氧气比用高锰酸钾加热更易控制。3.产生的气体纯净、便于分离：反应路径应简单，副反应少，确保生成的气体尽可能纯净，不混有难以去除的杂质。例如，不用燃烧法（如蜡烛燃烧）制CO₂，因为燃烧会引入空气中其他成分，且产物不纯。4.安全环保，无毒性或污染：应尽量避免使用有毒、有强腐蚀性或会生成污染性气体的药品。（二）装置的选择（决定“用什么装置制”）【难点】【高频考点】确定了反应原理后，就需要搭建一套合适的装置。装置的选择主要分为发生装置和收集装置两部分，选择的依据完全取决于反应物的状态、反应条件以及生成气体的性质。1.发生装置的选择依据：由反应物的状态（固体、液体）和反应条件（是否需要加热、加催化剂）共同决定。1.2.固固加热型：适用于反应物为固体，且需要加热才能发生的反应。如高锰酸钾或氯酸钾与二氧化锰混合物制氧气。【基础】2.3.固液不加热型：适用于反应物为固体和液体，且反应在常温下就能发生的反应。如过氧化氢溶液和二氧化锰制氧气，以及大理石（固体）和稀盐酸（液体）制二氧化碳。【基础】4.收集装置的选择依据：由生成气体的物理性质（溶解性、密度以及与空气成分的反应性）决定。1.5.排水法：适用于难溶于水或不易溶于水，且不与水发生反应的气体。如氧气（不易溶于水）可用此法。【重要】2.6.向上排空气法：适用于密度比空气大（通常指相对分子质量大于29）且不与空气中成分反应的气体。如氧气（密度略大于空气）和二氧化碳（密度明显大于空气）均可用此法。【重要】3.7.向下排空气法：适用于密度比空气小（相对分子质量小于29）且不与空气中成分反应的气体。如实验室制氢气（密度最小）常用此法。（三）检验与验满（决定“如何证明是它”和“是否收集满”）【高频考点】1.检验：是证明集气瓶中的气体就是目标气体的操作。通常利用该气体特有的化学性质进行验证。2.验满：是在收集过程中或收集结束时，确认集气瓶内气体是否已经充满的操作。检验和验满的方法和所用器材往往不同，需严格区分。二、氧气（O₂）的实验室制备深度解析（一）反应原理【基础】实验室常采用三种方法来制取氧气，其原理各不相同：1.高锰酸钾制氧气：1.2.化学方程式：2KMnO₄→(加热)K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑2.3.反应类型：分解反应。3.4.药品状态：固体+固体→（加热）气体5.氯酸钾制氧气：1.6.化学方程式：2KClO₃→(MnO₂，加热)2KCl+3O₂↑2.7.反应类型：分解反应。这里的MnO₂是催化剂，起改变（加快）反应速率的作用。3.8.药品状态：固体+固体→（加热）气体9.过氧化氢溶液（双氧水）制氧气：1.10.化学方程式：2H₂O₂→(MnO₂)2H₂O+O₂↑2.11.反应类型：分解反应。这里的MnO₂也是催化剂。3.12.药品状态：液体+固体→（常温）气体。这是最理想、最环保、最易控制的实验室制氧气方法。（二）发生装置详解【重要】【高频考点】1.固固加热型装置（用于高锰酸钾、氯酸钾制氧气）：1.2.主要仪器：试管、酒精灯、铁架台（带铁夹）、单孔橡胶塞、导气管。2.3.操作要点与注意事项（“七点”口诀化记忆）：1.3.4.查：组装好装置后，先检查装置气密性。方法：将导管一端放入水中，双手紧握试管外壁，若导管口有气泡冒出，松开手后，导管内形成一段水柱，则气密性良好。2.4.5.装：将药品装入试管。若是高锰酸钾制氧气，还应在试管口放一团棉花，防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导气管。【极易错点】3.5.6.定：将试管固定在铁架台上。试管口要略向下倾斜，防止药品受热蒸发出的水蒸气在试管口冷凝后倒流，使热的试管底部炸裂。【极易错点】4.6.7.点：点燃酒精灯，先预热试管（使试管均匀受热），再对准药品部位集中加热。5.7.8.收：收集气体。若用排水法，当导管口有连续、均匀的气泡冒出时，才开始收集。因为刚开始排出的是装置内的空气。【重要】6.8.9.移：收集完毕后，先将导管从水槽中移出。7.9.10.熄：最后熄灭酒精灯。顺序必须是“先移后熄”，防止水槽中的水倒吸回热的试管，导致试管炸裂。【非常重要】11.固液不加热型装置（用于过氧化氢溶液制氧气）：1.12.主要仪器：锥形瓶（或试管）、长颈漏斗（或分液漏斗）、双孔橡胶塞、导气管。2.13.优点：无需加热，安全、节能、环保；可通过控制液体的滴加速率来控制反应速率。3.14.操作要点：1.4.15.查：检查装置气密性（通常用液差法）。2.5.16.装：先装入固体二氧化锰。3.6.17.加：再通过长颈漏斗或分液漏斗加入过氧化氢溶液。4.7.18.核心注意：若使用长颈漏斗，其下端管口必须伸入液面以下，形成“液封”，防止产生的氧气从长颈漏斗口逸出。【高频易错点】（三）收集装置详解【重要】1.排水法：1.2.适用原因：氧气不易溶于水，且不与水反应。2.3.优点：收集到的气体纯度较高，且便于观察气体是否收集满（集气瓶口有大气泡冒出）。3.4.缺点：气体中含有水蒸气（湿润）。5.向上排空气法：1.6.适用原因：氧气的密度比空气略大（标准状况下密度为1.429g/L，空气为1.293g/L）。2.7.优点：收集到的气体较为干燥。3.8.缺点：纯度较低（需将导气管伸入集气瓶底部，以排尽空气），验满方法特殊。（四）检验与验满【高频考点】1.检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶内，若木条复燃，则证明该气体是氧气。2.验满方法：1.3.排水法：当集气瓶口有大气泡冒出时，说明已满。2.4.向上排空气法：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则证明已满。（五）催化剂与催化作用【难点】【高频考点】1.概念：在化学反应里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没有发生变化的物质叫做催化剂（又叫触媒）。它改变反应速率的作用叫做催化作用。2.深度理解（“一变两不变”）：1.3.“一变”：改变反应速率（包括加快或减慢，通常是加快）。2.4.“两不变”：质量不变、化学性质不变。5.注意：催化剂不能使原本不发生的反应发生，也不能增加生成物的产量。它只是通过改变反应的路径来影响反应到达平衡的时间（或速度）。三、二氧化碳（CO₂）的实验室制备深度解析（一）药品与反应原理【基础】【高频考点】1.药品：大理石（或石灰石，主要成分是CaCO₃）和稀盐酸（HCl的水溶液）。2.反应原理（化学方程式）：CaCO₃+2HCl==CaCl₂+H₂O+CO₂↑3.药品选择的深度分析（为什么不选其他药品？）【非常重要】：1.4.为什么不用浓盐酸？浓盐酸具有极强的挥发性，会挥发出大量氯化氢气体，导致制得的CO₂气体不纯。2.5.为什么不用稀硫酸？稀硫酸与碳酸钙反应生成硫酸钙（CaSO₄）、水和二氧化碳。但硫酸钙微溶于水，会覆盖在大理石表面，形成一层致密的薄膜，阻碍内部的碳酸钙与稀硫酸进一步接触，使反应很快停止，无法持续产生气体。3.6.为什么不用碳酸钠（Na₂CO₃）或碳酸钙粉末？它们与盐酸的反应速率过快，瞬间产生大量气体，不易收集且可能导致酸液喷溅，不安全。（二）发生装置详解【重要】【高频考点】实验室制取二氧化碳采用固液不加热型装置。1.基础装置：与过氧化氢溶液制氧气的装置类似，包括锥形瓶、长颈漏斗（或分液漏斗）、双孔橡胶塞、导气管。2.核心装置改进与优点（中考高频）：1.3.普通长颈漏斗装置：优点是便于随时添加液体。关键点：长颈漏斗下端必须液封。2.4.分液漏斗装置：优点是通过活塞可以控制液体的滴加速率，从而控制反应的速率，获得平稳的气流。3.5.启普发生器及其简易装置：优点是能够实现“随开随用、随关随停”。（如图：带有有孔塑料板的试管或锥形瓶，配合弹簧夹）原理：关闭弹簧夹，继续反应产生的气体无法导出，压强增大，将液体压入长颈漏斗，使固液分离，反应停止；打开弹簧夹，气体导出，压强减小，液体回落，重新浸没固体，反应发生。【热点】（三）收集装置详解【重要】1.收集方法：只能用向上排空气法。2.原因分析：1.3.密度：二氧化碳的密度比空气大（标准状况下密度为1.977g/L），所以可以用向上排空气法。2.4.溶解性：二氧化碳能溶于水（通常状况下，1体积水约能溶解1体积二氧化碳），且能与水反应生成碳酸，因此绝对不能使用排水法收集。（四）检验与验满【高频考点】1.检验方法：将生成的气体通入澄清的石灰水中，若石灰水变浑浊，则证明该气体是二氧化碳。1.2.原理方程式：CO₂+Ca(OH)₂==CaCO₃↓+H₂O3.验满方法：将一根燃着的木条放在集气瓶口（注意：是瓶口，不是瓶内），若木条熄灭，则证明二氧化碳已收集满。1.4.原理：二氧化碳不支持燃烧，也不可燃。（五）实验操作步骤【基础】1.连接仪器，检查装置气密性。2.装入大理石（先固后液）。3.从长颈漏斗注入稀盐酸，并使液面浸没长颈漏斗下端管口（液封）。4.用向上排空气法收集气体。5.验满。四、氧气与二氧化碳制备的对比与归纳【非常重要】【综合考点】（一）制备原理对比气体常用药品反应原理（化学方程式）反应类型发生装置类型氧气过氧化氢溶液、二氧化锰2H₂O₂→(MnO₂)2H₂O+O₂↑分解反应固液不加热型氧气高锰酸钾2KMnO₄→(加热)K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑分解反应固固加热型氧气氯酸钾、二氧化锰2KClO₃→(MnO₂，加热)2KCl+3O₂↑分解反应固固加热型二氧化碳大理石（石灰石）、稀盐酸CaCO₃+2HCl==CaCl₂+H₂O+CO₂↑复分解反应固液不加热型（二）收集与检验方法对比比较项目氧气(O₂)二氧化碳(CO₂)密度比空气略大比空气大溶解性不易溶于水能溶于水，与水反应收集方法排水法、向上排空气法只能用向上排空气法检验方法带火星木条伸入瓶内，复燃通入澄清石灰水，变浑浊验满方法带火星木条放在瓶口，复燃燃着木条放在瓶口，熄灭（三）实验室制取气体的一般思路总结（思维导图式）1.明确目标：要制取什么气体？2.原理分析：寻找一个能在实验室条件下发生、生成该气体的化学反应。分析反应物状态和反应条件。3.装置选择：1.4.发生装置：根据反应物状态（固+固？固+液？）和反应条件（加热？不加热？）选择合适的发生装置。2.5.收集装置：根据生成气体的性质（密度与空气比？溶于水？与水反应？）选择合适的收集装置。6.操作实施：按照规范步骤（查、装、收、验等）进行实验。7.检验验证：如何证明得到的就是目标气体？8.安全环保：整个实验过程是否安全？尾气如何处理？（如CO需处理）五、高频考点、考向与易错点剖析【难点】【解题关键】（一）装置气密性检查【必考】1.考查方式：选择题中判断操作正误，或填空题中描述检查方法。2.解题要点：必须形成一个“密闭系统”，然后通过改变系统内压强（加热法、液差法）观察现象。3.易错点：描述不清，如只说“握住试管”，忘了“先将导管放入水中”。（二）实验操作顺序【必考】1.考查方式：排序题、改错题。2.易错点：【固固加热型制氧气】“先移后熄”是生命线，必考！【固液不加热型】“先固后液”是常识。（三）多功能瓶（万能瓶）的使用【热点】1.考查方式：给出一个集气瓶，有多种用法。2.解题思路：1.3.排空气法收集：若收集密度比空气大的气体（如O₂、CO₂），应从长管（a）进，短管（b）出（“长进短出”）；若收集密度比空气小的气体（如H₂），应从短管（b）进，长管（a）出（“短进长出”）。2.4.排水法收集：瓶内先装满水，气体从短管（b）进，水从长管（a）被排出（“b进气，a出水”）。3.5.洗气（除杂）：瓶内装吸收杂质的液体，气体从长管（a）进，短管（b）出（“长进短出”），让气体与液体充分接触。4.6.检验气体：瓶内装检验试剂，气体从长管（a）进，短管（b）出。（四）药品选择的辨析题【热点】1.例：为什么不用稀硫酸制CO₂？2.解析思路：因为生成的CaSO₄微溶于水，会覆盖在石灰石表面，阻止反应进一步进行。（五）关于催化剂的说法正误判断【易错点】1.易错说法：催化剂都是加快反应速率的。（错，催化剂是“改变”速率，可以是加快或减慢。）2.易错说法：催化剂能增加生成物的质量。（错，催化剂不改变化学反应的产率。）3.易错说法：二氧化锰是催化剂。（错，二氧化锰在某些反应中是催化剂，但在其他反应中可能是反应物或生成物，必须指明具体反应。）（六）综合实验探究题【难点】1.题型：给出一种新的气体（如甲烷、氨气），要求根据其性质选择发生和收集装置。2.解题策略：回归基本原则！1.3.看状态和条件→选发生装置。2.4.看溶解性和密度→选收集装置。3.5.看是否有毒→考虑尾气处理。六、跨学科视野与思维拓展（一）化学与生物学的联系1.氧气与呼吸作用：生物体通过呼吸作用吸入氧气，将有机物分解，释放能量，并呼出二氧化碳。这与实验室制氧气是相反的过程，体现了物质循环（碳循环、氧循环）的理念。2.二氧化碳与光合作用：绿色植物通过光合作用，在光照条件下，吸收二氧化碳和水，合成有机物（如葡萄糖），并释放氧气。实验室制二氧化碳的原理，从元素组成上看，与光合作用的产物之一（有机物）的组成元素（C、H、O）相呼应。3.催化剂与酶