初中化学九年级上册制取氧气第三课时知识清单

初中化学九年级上册制取氧气第三课时知识清单  一、核心概念与素养目标  （一）【基础】课程内容定位  本课时是第二章“我们周围的空气”的核心内容，也是学生接触到的第一个气体制备综合探究专题。在学习了氧气的性质和前两课时的实验室制法基础上，本课时聚焦于“催化剂”概念的深化、分解反应类型的再认识、以及气体制备实验的综合设计与评价。它上承空气、氧气性质，下启后续二氧化碳的实验室制取，是培养化学实验思想与方法的关键节点。  （二）【重要】学科核心素养渗透  1、宏观辨识与微观探析：通过对比有无催化剂时反应速率的不同，从宏观现象切入，初步建立催化剂在化学反应前后“本身不变”的微观理解（尽管初中阶段不涉及具体机理，但要建立“参与反应但不变”的观念）。  2、变化观念与平衡思想：理解催化剂能改变化学反应速率，但其本身的质量和化学性质在反应前后保持不变，初步建立“变与不变”的辩证思维。  3、证据推理与模型认知：基于控制变量法设计实验方案，通过观察、记录、分析实验现象（证据），得出关于催化剂特性的结论，并构建实验室制取气体的普适性模型（发生装置—净化装置—收集装置—检验与验满）。  4、科学探究与创新意识：鼓励学生对实验装置进行改进与评价（如启普发生器原理的简易装置、不同发生装置的优缺点），培养批判性思维和创新能力。  5、科学态度与社会责任：通过对工业制氧方法的学习，了解化学原理在生产实际中的应用，体会化学对社会发展的贡献。养成严谨求实、勤于思考、合作分享的科学态度。  二、【高频考点】催化剂与催化作用深度剖析  （一）【非常重要】催化剂的概念  1、定义：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）。  2、核心关键词解读：  “改变”：包括“加快”和“减慢”双重含义。初中阶段主要学习加快反应速率的催化剂（正催化剂），但也需知晓有减缓反应速率的催化剂（负催化剂，如橡胶制品中的防老剂）。  “化学反应速率”：指反应的快慢，催化剂只改变反应到达平衡的时间，不改变反应的结果（即生成物的种类和最终产量）。这是极易出现的理解误区。  “本身的质量和化学性质不变”：这是催化剂定义的基石。请注意，定义只强调了“质量”和“化学性质”不变，并未强调“物理性质”（如状态、颜色、形状）不变。在反应过程中，催化剂的物理性质可能发生改变（如由块状变为粉末状）。  “反应前后”：指的是反应结束后，与反应前相比。这意味着催化剂在反应过程中可能参与了中间过程，但经过一系列变化后，最终又变回原来的物质。因此，“一变两不变”是精准概括：改变化学反应速率（一变），自身质量不变、化学性质不变（两不变）。  （二）【难点】催化剂的理解误区辨析  1、【易错点】催化剂不能增大生成物的产量。催化剂同等改变正逆反应速率，因此只能决定到达平衡所需的时间，无法使平衡发生移动，更不能改变平衡时生成物的最终质量。生成物的产量只取决于反应物的量。  2、【易错点】催化剂不是反应“必需”的。许多反应在没有催化剂的条件下也能进行，只是速率很慢。催化剂是“帮助”反应更快进行，而非“启动”反应。  3、【易错点】催化剂具有选择性。一种催化剂只对某一种或某一类反应有催化作用，不存在“万能催化剂”。例如，二氧化锰是氯酸钾分解的催化剂，但对高锰酸钾分解的催化作用不明显（高锰酸钾分解主要依靠加热，其产物二氧化锰对其自身分解有催化作用，这是特例）。  4、【易错点】催化剂可能参与反应，但最终会再生。现代化学研究表明，催化剂往往参与反应中间过程，形成不稳定的中间产物，但最终会在后续步骤中重新生成。  （三）【高频考点】探究催化剂的经典实验设计——以探究MnO₂在H₂O₂分解中的作用为例  本实验是运用控制变量法进行科学探究的典范，考查频次极高。  1、实验步骤与现象：  实验编号  实验操作  现象  分析与结论  1  向试管中加入5mL5%的过氧化氢溶液，伸入带火星的木条。  木条不复燃  常温下H₂O₂分解缓慢，放出氧气少。  2  向上述试管中加入少量MnO₂粉末，再伸入带火星的木条。  立即产生大量气泡，木条复燃。  MnO₂加速了H₂O₂的分解，短时间内产生大量氧气。  3  待实验2的试管中不再产生气泡时，重新加入5mL相同浓度的H₂O₂溶液，伸入带火星的木条。  再次迅速产生大量气泡，木条复燃。  反应后MnO₂的化学性质不变，能继续催化H₂O₂分解。  2、【非常重要】控制变量法的思想体现：  对比实验1和2：变量为是否加入MnO₂，其他条件（H₂O₂浓度、温度、体积）均相同。结论：MnO₂能加快H₂O₂分解速率。  对比实验2和3：实验3是实验2的延续，通过补加反应物来检验催化剂的化学性质是否改变。  3、【难点】催化剂质量的验证（补充实验）：  为进一步验证“质量不变”，可设计如下实验：称量实验前加入的MnO₂质量，待反应结束后，将混合物中的MnO₂通过过滤、洗涤、干燥等操作分离出来，再次称量。发现两次称量结果相等，从而验证质量不变。  4、【考点】其他物质对H₂O₂分解的催化作用：硫酸铜溶液、红砖粉末（主要含氧化铁）、马铃薯块（含过氧化氢酶）、猪肝等均能催化H₂O₂分解，证明催化剂的多样性。  三、【基础】分解反应再认识  （一）定义  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）【高频考点】化合反应与分解反应的对比辨析  1、特征对比：...合反应：多变一（A+B+...→C）...解反应：一变多（A→B+C+...）  2、判断依据：  反应物与生成物的种类是唯一判断依据。必须是一种反应物和多种生成物。与反应条件（加热、通电等）无关。  （三）【重要】本单元涉及的分解反应  1、加热高锰酸钾：高锰酸钾→（加热）锰酸钾+二氧化锰+氧气（KMnO₄→K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑）（需配平）  2、加热氯酸钾与二氧化锰混合物：氯酸钾→（加热、二氧化锰）氯化钾+氧气（KClO₃→KCl+O₂↑）（需配平）（注：MnO₂在此为催化剂）  3、过氧化氢分解：过氧化氢→（二氧化锰）水+氧气（H₂O₂→H₂O+O₂↑）（需配平）  4、【拓展】电解水：水→（通电）氢气+氧气，也属于分解反应。  四、【非常重要】实验室制取氧气的综合探究与评价  （一）三种实验室制法的对比与选择【必考点】  制取方法  反应原理（化学方程式）  反应物状态  反应条件  装置类型  优点  过氧化氢溶液与二氧化锰  2H₂O₂→(MnO₂)2H₂O+O₂↑  液体（H₂O₂）+固体（MnO₂）  常温  固液不加热型  安全、节能、环保、速率可控、便于添加液体  加热高锰酸钾  2KMnO₄→(△)K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑  固体（KMnO₄）  加热  固固加热型  原料易得，气体较纯净  加热氯酸钾与二氧化锰  2KClO₃→(△,MnO₂)2KCl+3O₂↑  固体（KClO₃+MnO₂）  加热  固固加热型  反应速率适中，气体纯净  （二）【非常重要】发生装置的选择与评价  1、选择依据：根据反应物状态和反应条件。  2、固固加热型装置详解（以高锰酸钾制氧气为例）：  （1）仪器：铁架台（带铁夹）、酒精灯、试管、单孔橡皮塞、导管。  （2）【高频考点】操作要点与注意事项：  ①【重点】试管口要略向下倾斜：防止药品受热溶出的水蒸气冷凝回流至热的试管底部，炸裂试管。  ②【重点】伸入试管内的导管不宜过长：便于气体顺利导出。  ③【重点】铁夹应夹在试管的中上部（距管口约1/3处）。  ④【难点】用高锰酸钾制氧时，试管口要塞一团棉花：防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管或污染水槽。  ⑤先预热，再集中加热药品部位：使试管受热均匀，防止炸裂。  3、固液不加热型装置详解（以过氧化氢制氧气为例）：  （1）基础装置：锥形瓶（或试管）、长颈漏斗（或分液漏斗）、双孔橡皮塞、导管。  （2）【高频考点】装置的改进与优点评价：  ①使用长颈漏斗：优点是可随时添加液体。缺点是必须保证长颈漏斗末端管口要液封，即伸入液面以下，防止产生的气体从长颈漏斗口逸出。  ②使用分液漏斗：优点是通过活塞控制液体的滴加速度，从而可以平稳地控制反应速率，获得平稳的气流。分液漏斗的末端不需要液封，因为其带有活塞，可形成密闭体系。  ③【创新思维】简易启普发生器原理装置（如U形管、有孔隔板装置）：当关闭止水夹时，产生的气体使装置内压强增大，将液体压回长颈漏斗（或压离固体），固液分离，反应停止；打开止水夹，气体导出，压强减小，液体重新与固体接触，反应发生。优点是可以随时控制反应的发生和停止，方便快捷。  （三）【非常重要】收集装置的选择与评价  1、选择依据：根据气体的溶解性、密度及其是否与空气成分反应。  2、【高频考点】氧气的收集方法：  （1）排水集气法：  ①适用条件：氧气不易溶于水，且不与水反应。  ②【重要】操作要点：  集气瓶装满水（不能有气泡），倒立于水槽中。  导管口开始有气泡放出时，不宜立即收集（此时排出的是装置内的空气）。当气泡连续、均匀地放出时，再开始收集。  当集气瓶口有大气泡冒出时，说明已收集满。  在水下用玻璃片盖住瓶口，移出水面，正放在桌面上（因为氧气密度比空气大）。  ③优点：收集的气体纯净度高，便于观察是否收集满。  ④缺点：会使气体潮湿；操作相对复杂。  （2）向上排空气法：  ①适用条件：氧气密度比空气大，且不与空气中成分反应。  ②【重要】操作要点：  集气瓶正放，导管要伸入集气瓶底部，便于将空气排尽。  ③【高频考点】验满方法：用带火星的木条放在集气瓶口，如果木条复燃，证明已满。  ④优点：得到的气体较干燥，操作相对简单。  ⑤缺点：气体纯度不高（可能混有空气）。  （四）【基础】检验与验满  1、【高频考点】检验方法：将带火星的木条伸入集气瓶内，如果木条复燃，证明该气体是氧气。利用了氧气的助燃性。  2、验满方法：见上。  五、【难点】工业制取氧气——分离液态空气法  （一）原理【重要】  利用液态氮和液态氧的沸点不同。氮气的沸点（196℃）低于氧气的沸点（183℃）。在低温条件下加压，使空气液化，然后控制温度蒸发液态空气，沸点较低的氮气先气化从液态空气中分离出来，剩余的主要是液态氧（呈淡蓝色）。  （二）【热点】过程分析  空气→除尘、净化、干燥（去除杂质）→压缩→冷却→液化空气→升温蒸发→氮气先逸出（沸点低）→剩余液态氧。  （三）变化类型判断【高频易错点】  该过程属于物理变化。因为在整个过程中，只是利用了各组分沸点的不同进行分离，没有生成新物质。  （四）【拓展】膜分离技术：也是一种物理方法，利用某些高分子材料对不同气体分子的透过率不同来实现分离。  六、实验综合能力提升与考向预测  （一）【非常重要】常见题型与解题策略  1、实验基础操作题：考查仪器的名称、用途、操作要点（如试管口略向下倾斜、棉花团的作用、气密性检查、验满方法等）。  解题要点：回归教材实验，熟记每一个操作的目的和规范表述。  2、装置选择与评价题：给出不同装置图，判断其优缺点，选择适合特定反应的发生或收集装置。  解题要点：抓住“反应物状态”和“反应条件”选发生装置；抓住“密度、溶解性”选收集装置。对于改进装置，要分析其如何实现“随时控制反应发生与停止”或“控制反应速率”。  3、【难点】实验探究题（催化剂方向）：  （1）考查形式：通常以表格或流程图形式呈现探究步骤，要求填写现象、结论、补充实验步骤。  （2）【必考点】控制变量思想的运用：分析表格中的实验，找出所有相同的条件，确定唯一的变量，从而得出该变量对实验结果的影响。  （3）【难点】催化剂质量与化学性质的验证思路：质量验证——反应前后称量；化学性质验证——将反应后的催化剂分离出来，重新加入到相同的反应物中，观察能否继续催化。  4、【难点】气密性检查的方法与原理：  （1）原理：通过改变装置内外的压强差，观察是否有气泡冒出或形成液柱。  （2）方法（加热法）：将导管一端浸入水中，用手紧握容器外壁。若导管口有气泡冒出，松手后导管内形成一段稳定的水柱，则装置气密性良好。  （3）方法（液差法，适用于有长颈漏斗的装置）：关闭弹簧夹，从长颈漏斗向锥形瓶中加水，直至浸没长颈漏斗下端管口，继续加水，使漏斗内形成一段水柱，若一段时间内水柱高度不下降，则装置气密性良好。  5、【常考】实验误差分析：  （1）收集到的氧气不纯的原因：①装置漏气；②集气瓶未事先装满水（排水法），内部留有空气；③导管口刚有气泡冒出就开始收集（此时气体中混有装置内排出的空气）；④收集气体时，集气瓶未完全干燥（排空气法）。  （2）收集不到氧气或速率慢的原因：①装置漏气；②过氧化氢浓度太低或已失效；③二氧化锰失效或量不足；④长颈漏斗末端未液封，气体逸散。  （二）【热点】跨学科融合与实践  1、与生物学的联系：过氧化氢酶在生物体内的催化作用，与化学中的催化剂MnO₂进行类比，体会生物酶的高效性和专一性。  2、与物理学的联系：气压变化在气密性检查、启普发生器原理、排水法集气中的应用。理解气体压强与体积、温度的关系。  3、与环境保护的联系：比较三种实验室制氧方法，从原料利用率、能耗、污染等方面进行绿色化学评价，渗透可持续发展的理念。过氧化氢法因其节能、环保、安全，更符合绿色化学理念。  七、【基础】知识体系构建与思维导图  （一）制取氧气方法全览  1、实验室制法（化学变化，条件可控）：  （1）过氧化氢+二氧化锰（常温，固液不加热，最常用）  （2）加热高锰酸钾（加热，固固加热，需棉花团）  （3）加热氯酸钾+二氧化锰（加热，固固加热，二氧化锰为催化剂）  2、工业制法（物理变化，大规模生产）：分离液态空气法（利用沸点不同）。  3、自然界制氧（缓慢变化）：绿色植物的光合作用（吸收二氧化碳，释放氧气）。  （二）【重要】氧气制备的通用模型  1、反应原理（写化学方程式）→2、发生装置选择（依据：状态+条件）→3、净化装置（如需要除杂、干燥，本单元不涉及）→4、收集装置选择（依据：密度+溶解性）→5、检验与验满方法→6、操作步骤与注意事项。  八、【难点】典型例题深度解析与解题规范  （一）例题1：催化剂概念辨析  下列关于催化剂的说法正确的是（  ）  A、催化剂在化学反应里能加快反应速率，而本身的质量和性质不变  B、二氧化锰是一切化学反应的催化剂  C、催化剂在反应前后质量和化学性质不变，但物理性质可能改变  D、用过氧化氢制氧气时，加入催化剂可以使生成氧气的质量增加  【解题步骤】：  1、审题：抓住“催化剂”这一核心概念，回顾其定义“一变两不变”。  2、逐项分析：  A项：错误点有二。一是“性质”表述不准确，应为“化学性质”，物理性质可能改变；二是催化剂不仅能“加快”，还能“减慢”。  B项：错误。“一切”过于绝对，催化剂具有选择性。  C项：正确。准确表述了催化剂定义的核心内涵。  D项：错误。催化剂不能改变生成物的质量，只改变反应速率。  3、得出结论：正确答案为C。  【解答要点】：牢记催化剂定义的精确表述，特别是“化学性质”与“物理性质”的区分，以及“改变”包含“加快”和“减慢”的双重含义。  （二）例题2：实验装置综合题  根据下列装置图，回答问题：  （1）写出标号仪器的名称：①________，②________。  （2）实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取较纯净的氧气，应选择的发生装置是________（填字母），收集装置是________（填字母），反应的化学方程式为________________。该装置中长颈漏斗的末端必须伸入液面以下，其目的是________________。  （3）实验室用加热高锰酸钾的方法制取氧气，应选择的发生装置是________（填字母）。但该装置用于高锰酸钾制氧时，还需要进行的一处改进是________________________，目的是________________________。用该方法收集氧气，实验结束时的操作顺序是________________________，目的是________________________。  （4）若用F装置（多功能瓶）收集氧气，气体应从________端（填“a”或“b”）通入，如何验满？____________________。若用F装置采用排水法收集氧气，应先在瓶中____，然后气体从________端通入。  【解题步骤】：  1、识图辨器：观察装置图，识别锥形瓶、长颈漏斗、试管、酒精灯、集气瓶、导管等。  2、根据反应原理选择装置：  （1）过氧化氢和二氧化锰制氧气，为“固液不加热”型，选B装置（或带有分液漏斗的A装置，但题干B为长颈漏斗装置，更典型）。题目中若无A，则选B。  （2）收集较纯净的氧气，用排水法，选E装置。  3、书写方程式：2H₂O₂→(MnO₂)2H₂O+O₂↑。  4、分析长颈漏斗末端液封的原因：防止生成的氧气从长颈漏斗口逸出。  5、加热高锰酸钾制氧气：发生装置选A（固固加热型）。需在试管口塞一团棉花，防止粉末进入导管。  6、实验结束时的操作：应先撤导管，后熄灭酒精灯。目的是防止水槽中的水倒吸进入热的试管，导致试管炸裂。  7、多功能瓶的使用：  （1）向上排空气法（氧气密度大于空气）：长管进，短管出，即“a进b出”。验满：将带火星的木条放在b导管口，若复燃则满。  （2）排水法：先在瓶中装满水，气体从短管进（b进），将水从长管（a）排出。  【解答要点】：本题覆盖了发生装置、收集装置的选择依据、操作要点、注意事项以及多功能瓶的灵活运用。解题关键在于熟练掌握各种装置的特点和使用规范。  （三）例题3：探究实验题（控制变量法）  某化学兴趣小组的同学对“影响过氧化氢分解速率的因素”进行了如下探究：  【猜想与假设】影响过氧化氢分解速率的因素可能有：催化剂种类、过氧化氢浓度、温度等。  【实验设计】同学们利用如图装置（一个简单的锥形瓶，带导管的橡皮塞，通过测定收集一定体积氧气所需的时间来比较反应速率）进行实验。每次实验均以10mL过氧化氢溶液为原料，测定收集50mL氧气所需的时间。实验记录如下：  实验序号  过氧化氢浓度  温度/℃  加入物质  时间/s  1  5%  20  2g二氧化锰  30  2  10%  20  2g二氧化锰  18  3  5%  20  2g氧化铁  50  4  5%  30  2g二氧化锰  15  （1）通过实验1和实验2对比，可以探究________对过氧化氢分解速率的影响，得出的结论是________。  （2）通过实验________和实验________对比，可以探究催化剂种类对过氧化氢分解速率的影响。写出实验3中加入氧化铁后发生反应的化学方程式（已知生成物与二氧化锰催化时相同）________。  （3）实验4中，若将温度升高到40℃，测得的时间可能________（填“大于”“小于”或“等于”）15s。  （4）【反思与评价】除了上述因素外，你认为影响过氧化氢分解速率的因素还有哪些？请再提出一个合理的猜想：________________________。  【解题步骤】：  1、分析实验目的：比较反应速率（收集相同体积气体所需时间），时间越短，速率越快。  2、运用控制变量法分析：  （1）实验1和2：变量是“过氧化氢浓度”（5%vs10%），其他条件（温度、催化剂种类和用量）相同。结论：在相同条件下，过氧化氢浓度越大，分解速率越快（时间越短）。  （2）探究“催化剂种类”，需保证其他条件完全相同。实验1和3：过氧化氢浓度、温度相同，加入物质不同（MnO₂vsFe₂O₃），符