九年级化学上册 第二单元 课题3 制取氧气 知识清单

九年级化学上册第二单元课题3制取氧气知识清单一、思维导图与核心素养目标（一）思维导图  本课题围绕“制取氧气”这一核心任务展开，构建起一个包含“实验室制法”、“工业制法”和“氧气的性质与检验”三大模块的知识体系。实验室制法中，需重点掌握三种方法（加热高锰酸钾法、分解过氧化氢法、加热氯酸钾法）的反应原理、实验装置、操作步骤及注意事项。工业制法主要了解分离液态空气法的原理（物理变化）。氧气的检验与验满则是将所学知识应用于实际操作的检验环节。整个知识体系强调从定性到定量，从原理到操作，从实验室到工业生产的完整认知过程。（二）核心素养目标  1.宏观辨识与微观探析：通过观察不同方法制取氧气的实验现象，辨识化学反应的发生；从分子、原子层面理解分解反应的本质，即一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应。  2.变化观念与平衡思想：认识到催化剂能改变（通常是加快）化学反应速率，但其本身的质量和化学性质在反应前后不变，初步建立化学反应可控的观念。  3.证据推理与模型认知：基于氧气的物理性质和化学性质，建构实验室制取气体的发生装置和收集装置的选择模型。能够根据反应物状态和反应条件选择发生装置，根据气体的密度和水溶性选择收集装置。  4.科学探究与创新意识：通过探究“分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的作用”的实验，学习控制变量法，体验科学探究的过程，培养严谨求实的科学态度。  5.科学精神与社会责任：了解催化剂在化工生产中的重要作用，认识化学技术对社会发展的贡献；同时，关注实验室安全，树立安全意识和环保意识。二、实验室制取氧气（一）三种方法的对比分析【核心内容】【高频考点】  实验室制取氧气通常有三种主要方法，它们在反应原理、反应条件、装置选择等方面各有不同，需熟练掌握并进行对比。  1.加热高锰酸钾法    （1）反应原理：高锰酸钾是一种暗紫色固体，在加热的条件下，能够分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气。该反应的化学方程式为：2KMnO4→△K2MnO4+MnO2+O2↑2KMnO_4\xrightarrow{\triangle}K_2MnO_4+MnO_2+O_2\uparrow2KMnO4​△<pathd="M0241v40hc47.335.3847811012816.73227.763..3.22.7.54.31.3.52.3.5307.36.71120.2.815.52.52.31.74.25.55.511.5213.35.727114114.744.73984..5s73.760..5c6295.7911s39911c45.315.38540..5s58.374..5c4.7148.327..36.73.210.85.512.52.31.77.52.515.52..7211102210..783.367151.zm00v40hv40z">​K2​MnO4​+MnO2​+O2​↑    【非常重要】标注重难点：此反应中，高锰酸钾中的锰元素为+7价，在产物锰酸钾（K2MnO4）中为+6价，在二氧化锰（MnO2）中为+4价，这是一个氧化还原反应，但对于初学者，重点在于记忆反应物、生成物和反应条件，并能正确书写化学方程式。    （2）发生装置：【难点】由于反应物是固体，且反应需要加热，因此应选择“固体加热型”发生装置。主要仪器包括：铁架台（带铁夹）、酒精灯、试管、带导管的单孔橡胶塞。    （3）收集装置：【难点】根据氧气不易溶于水（或氧气密度略大于空气）的性质，可采用排水法（较纯净）或向上排空气法（较干燥）。    （4）操作步骤（可概括为“茶庄定点收利息”）【高频考点】【易错点】      【查】：检查装置的气密性。将导管一端浸入水中，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，则说明气密性良好。      【装】：装入药品。将高锰酸钾装入干燥的试管中，并在试管口放一小团棉花【非常重要】，以防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管。      【定】：固定试管。将试管固定在铁架台上，试管口应略向下倾斜【非常重要】，以防止冷凝水回流到热的试管底部，使试管炸裂。      【点】：点燃酒精灯加热。先使酒精灯火焰在试管下方来回移动，使试管均匀受热（预热），然后对准药品所在部位集中加热。      【收】：收集气体。当导管口气泡连续、均匀地放出时【非常重要】，开始收集（若气泡刚开始冒出就收集，会导致收集的氧气中混有空气而不纯）。用排水法收集时，当集气瓶口有大气泡冒出时，说明已集满；用向上排空气法收集时，将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，说明已集满【验满方法】。      【离】：收集完毕后，先将导管撤离出水面【非常重要】。      【熄】：再熄灭酒精灯【非常重要】。“先移后熄”是为了防止水槽中的水倒吸进入热的试管，造成试管炸裂。    （5）检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，证明该气体是氧气。【基础】  2.分解过氧化氢法    （1）反应原理：过氧化氢（俗称双氧水）是一种无色液体，在二氧化锰作催化剂的条件下，迅速分解生成水和氧气。该反应的化学方程式为：2H2O2→MnO22H2O+O2↑2H_2O_2\xrightarrow{MnO_2}2H_2O+O_2\uparrow2H2​O2​MnO2​<pathd="M0241v40hc47.335.3847811012816.73227.763..3.22.7.54.31.3.52.3.5307.36.71120.2.815.52.52.31.74.25.55.511.5213.35.727114114.744.73984..5s73.760..5c6295.7911s39911c45.315.38540..5s58.374..5c4.7148.327..36.73.210.85.512.52.31.77.52.515.52..7211102210..783.367151.zm00v40hv40z">​2H2​O+O2​↑    【非常重要】标注重难点：此反应不需要加热，常温下即可进行。二氧化锰在此反应中起催化作用。    （2）发生装置：【难点】由于反应物是液体（过氧化氢溶液）和固体（二氧化锰），且反应不需要加热，因此应选择“固液常温型”发生装置。主要仪器包括：铁架台（带铁夹）、锥形瓶（或试管）、长颈漏斗（或分液漏斗）、带导管的双孔橡胶塞。使用长颈漏斗时，末端必须液封，即浸入液面以下，以防止生成的氧气从长颈漏斗逸出。    （3）收集装置：同加热高锰酸钾法，可根据需要选择排水法或向上排空气法。    （4）优点：①不需加热，节约能源，操作安全简便；②反应速率快，可通过添加过氧化氢溶液或调节分液漏斗的活塞来控制；③产物是水，对环境无污染。【热点】    （5）催化剂（触媒）的概念【核心概念】      定义：在化学反应里能改变（通常是加快）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）。      特点（“一变两不变”）【高频考点】：        一变：改变（通常是加快）其他物质的反应速率。        两不变：本身的质量和化学性质在反应前后不变。      注意：催化剂不能增加生成物的质量，也不能使原本不反应的物质发生反应。它只是通过参与反应（改变反应路径）来改变化学反应速率。同一个反应可能有不同的催化剂，同一个物质也可能在不同反应中作催化剂。  3.加热氯酸钾法    （1）反应原理：氯酸钾是一种白色固体，在二氧化锰作催化剂并加热的条件下，迅速分解生成氯化钾和氧气。该反应的化学方程式为：2KClO3→MnO2△2KCl+3O2↑2KClO_3\xrightarrow[MnO_2]{\triangle}2KCl+3O_2\uparrow2KClO3​△<pathd="M0241v40hc47.335.3847811012816.73227.763..3.22.7.54.31.3.52.3.5307.36.71120.2.815.52.52.31.74.25.55.511.5213.35.727114114.744.73984..5s73.760..5c6295.7911s39911c45.315.38540..5s58.374..5c4.7148.327..36.73.210.85.512.52.31.77.52.515.52..7211102210..783.367151.zm00v40hv40z">MnO2​​2KCl+3O2​↑    【非常重要】标注重难点：此反应是固体+固体，且需要加热。二氧化锰同样作为催化剂。    （2）发生装置：与加热高锰酸钾法相同，采用“固体加热型”发生装置。    （3）收集装置：与上述方法相同。    （4）注意事项【易错点】：如果用氯酸钾和二氧化锰的混合物加热制氧气，试管口不能放棉花，因为反应物都是固体，且二氧化锰颗粒通常较细，但一般不堵塞导管。若用高锰酸钾和氯酸钾的混合物，则仍需放棉花。另外，切记不可混入易燃物（如炭粉、纸屑等），否则有爆炸危险。（二）气体发生装置与收集装置的选择模型【建模思维】【高频考点】  1.发生装置的选择依据：反应物状态（固体、液体、固+液）和反应条件（是否加热/常温）。    （1）固体加热型：适用于反应物为固体，反应需要加热的情况。如：加热高锰酸钾、加热氯酸钾与二氧化锰的混合物。    （2）固液常温型：适用于反应物为固体和液体，反应在常温下进行的情况。如：分解过氧化氢溶液（二氧化锰作催化剂）。  2.收集装置的选择依据：气体的物理性质（密度、水溶性、是否与水反应、是否与空气成分反应等）。    （1）排水法：适用于不易溶于水（或难溶于水），且不与水反应的气体。优点：收集到的气体较纯净；缺点：含有水蒸气，较潮湿。    （2）向上排空气法：适用于密度比空气大（相对分子质量>29），且不与空气主要成分反应的气体。优点：收集到的气体较干燥；缺点：纯度不高。    （3）向下排空气法：适用于密度比空气小（相对分子质量<29），且不与空气主要成分反应的气体。优点：收集到的气体较干燥；缺点：纯度不高。三、工业制取氧气（一）分离液态空气法【基础】  1.原理：利用液态空气中氧气和氮气的沸点不同。在低温条件下，加压使空气变为液态，然后控制温度，使沸点较低的氮气（196℃）首先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要就是液态氧气（沸点183℃）。  2.过程：空气→除尘、净化→加压、降温→液态空气→控制温度蒸发→氮气（先出来）→剩余为液态氧气。  3.变化类型：此过程中没有新物质生成，属于物理变化。【高频考点】【易错点】这是与实验室制法（化学变化）的本质区别。（二）其他方法  1.膜分离技术：利用某些高分子材料制成的膜，对不同气体分子的透过性不同，从而将氧气从空气中分离出来。此过程也属于物理变化。四、核心实验突破：探究二氧化锰在过氧化氢分解中的作用（一）实验设计（控制变量法）【科学探究】  1.实验1：在试管中加入5mL5%的过氧化氢溶液，将带火星的木条伸入试管。现象：木条不复燃。结论：常温下过氧化氢分解缓慢，放出氧气少。  2.实验2：向上述试管中加入少量二氧化锰，再将带火星的木条伸入试管。现象：迅速产生大量气泡，木条复燃。结论：二氧化锰加快了过氧化氢的分解速率。  3.实验3：待实验2中不再产生气泡后，再加入过氧化氢溶液，将带火星的木条伸入试管。现象：又迅速产生大量气泡，木条复燃。结论：二氧化锰的化学性质在反应前后不变，仍能继续催化反应。  4.实验4：反应结束后，将二氧化锰过滤、洗涤、干燥、称量。现象：二氧化锰的质量与反应前相比不变。结论：二氧化锰的质量在反应前后不变。（二）实验结论  二氧化锰能加快过氧化氢的分解速率，但它本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化。二氧化锰是此反应的催化剂。五、反应类型：分解反应（一）定义【基础】  由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应，叫做分解反应。（二）特征...一变多”。可用通式表示为：A→B+C+...（三）与化合反应的对比【高频考点】  |反应类型|定义|特征|通式|  |:|:|:|:|  |化合反应|由两种或两种以上物质生成一种物质的反应|多变一|A+B+...→C|  |分解反应|由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应|一变多|A→B+C+...|  （注：此处为对比说明，实际输出为段落形式，但为清晰呈现，故采用此格式，最终输出需转换为纯段落描述。）  化合反应和分解反应是化学基本反应类型中的两大类别，互为逆过程。判断一个反应是化合反应还是分解反应，关键是看反应物和生成物的种类数目。六、考点聚焦与解题策略（一）高频考点归纳  1.氧气的实验室制法：三种方法的反应原理（化学方程式的书写）、实验装置的选择（发生装置和收集装置）、操作步骤及注意事项（特别是“茶庄定点收利息”的顺序及原因）是必考内容。【非常重要】  2.催化剂的概念和探究：催化剂“一变两不变”的特点是核心，常以探究题形式考查控制变量法的应用，判断某种物质是否为催化剂。【高频考点】【热点】  3.气体的检验与验满：氧气的检验和验满方法及现象描述，注意“伸入”与“放在”瓶口的区别。【基础】  4.分解反应与化合反应的判断：结合具体化学反应方程式，判断其基本反应类型。【基础】  5.工业制氧气：分离液态空气法的原理（物理变化）和过程，常与实验室制法进行对比考查。【易错点】（二）易错点与答题要点  1.化学方程式书写：务必注意配平、注明反应条件（如“△”或“加热”、“MnO2”）、正确标注气体符号“↑”。只有当反应物中无气体，而生成物中有气体时，才在气体生成物化学式右边标“↑”。  2.实验操作顺序：牢记“查、装、定、点、收、离、熄”的口诀，深刻理解“先检后装”、“先移后熄”的原理，这是实验题和安全类选择题的常考点。  3.催化剂的理解误区：催化剂不能“改变”为“加快”，因为催化剂也可能减慢反应速率（此时称负催化剂）。催化剂不能“增加”或“减少”生成物的质量。催化剂并非“不参与反应”，它实际参与了反应，但反应前后质量和化学性质不变。  4.装置选择：不能死记硬背，要根据反应物状态和反应条件进行推理。如问“用过氧化氢溶液和硫酸铜溶液能否制氧气”，硫酸铜也可作催化剂，反应物是液体+液体，则发生装置应选择带分液漏斗的锥形瓶等液液反应装置（固液常温型装置也可，但需将一种液体装入另一种液体中）。  5.文字表述的准确性：    检验氧气：将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，证明是氧气。    验满氧气（向上排空气法）：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，证明已集满。    检查气密性：将导管一端浸入水中，双手紧握试管外壁，若导管口有气泡冒出，……（不能说“若有气泡，则气密性良好”，必须是“有气泡冒出，松手后形成一段水柱”）。七、常见题型与考查方式（一）选择题  1.基础判断型：下列关于催化剂的说法正确的是（）A.催化剂只能加快反应速率B.化学反应前后，催化剂的质量和性质不变C.用过氧化氢制氧气时，加入二氧化锰可以增加氧气的产量D.二氧化锰是一切反应的催化剂。    【解析】A项，催化剂是“改变”速率，可能是加快或减慢；B项，是“化学性质”不变，物理性质可能改变；C项，催化剂不能改变生成物的质量；D项，催化剂有专一性。故无一正确，此类题考查对催化剂概念的精准理解。  2.装置选择型：实验室用氯酸钾和二氧化锰制取较纯净的氧气，应选用的发生装置和收集装置是（给出几种装置图，需根据固+固，加热，排水法选择）。  3.操作步骤型：实验室用高锰酸钾制氧气，有如下操作：①加热；②检查装置气密性；③装药品；④用排水法收集氧气；⑤从水槽中取出导管；⑥熄灭酒精灯；⑦固定试管。正确的操作顺序是（）A.②③⑦①④⑤⑥B.③②①⑦④⑤⑥C.②③⑦①④⑥⑤D.③②⑦①④⑤⑥（二）填空题  1.化学方程式书写：写出用过氧化氢溶液和二氧化锰混合制取氧气的化学方程式________________。  2.简答型：用向上排空气法收集氧气时，如何验满？答：____________________。  3.对比分析型：比较实验室加热高锰酸钾和分解过氧化氢制氧气两种方法，后者有哪些优点？答：①__________；②__________；③__________。（三）实验探究题【热点】  题目通常给出一个探究情境，如“探究氧化铜（CuO）能否做过氧化氢分解的催化剂”，要求学生：  1.设计实验步骤（通常包含对比实验）。  2.描述实验现象（如产生气泡快慢、带火星木条是否复燃）。  3.分析实验结论（证明CuO能加快反应速率）。  4.补充实验（证明CuO在反应前后质量和化学性质不变，通常需要称量和再次进行催化实验）。  5.书写相关的化学方程式。八、知识拓展与跨学科视野（一）生活中的催化剂  1.生物酶：人体和动植物体内的各种酶（如唾液淀粉酶、胃蛋白酶）是生物催化剂，它们对生物体内的化学反应起催化作用，效率极高且具有专一性。  2.汽车尾气净化催化剂：汽车尾气系统中装有催化转化器，其中的催化剂（如铂、铑等贵金属）能将尾气中的一氧化碳、氮氧化物等有害气体转化为无害的二氧化碳和氮气。  3.化工生产：硫酸工业中，用五氧化二钒（V2O5）作催化剂，将二氧化硫催化氧化为三氧化硫；合成氨工业中用铁触媒作催化剂。催化剂的研制和开发是现代化学工业的核心领域之一。（二）氧气与燃烧、呼吸  1.燃烧：氧气是燃烧的必要条件之一（可燃物、氧气、达到着火点）。物质在空气中燃烧，其实是与空气中的氧气发生剧烈的发光、发热的氧化反应。氧气浓度越大，燃烧越剧烈。  2.呼吸：生物体的呼吸作用（缓慢氧化）是吸入氧气，将体内的有机物（如葡萄糖）分解为二氧化碳和水，并释放能量的过程。化学方程式为：C6H12O6+6O2→酶6CO2+6H2O+能量C_6H_{12}O_6+6O_2\