初中九年级化学《制取氧气》知识清单

初中九年级化学《制取氧气》知识清单  一、氧气的工业制法  （一）基本原理【基础】【了解】  工业上需要大量氧气，如果采用实验室的方法制取，成本高且产量低。因此，工业制氧气的核心原则是考虑原料是否易得、成本是否低廉、能否大规模生产。空气中约含21%体积分数的氧气，是取之不尽、用之不竭的廉价资源。工业制氧气的实质就是利用物理方法，将氧气从空气中分离出来，这个过程属于物理变化。  （二）具体方法——分离液态空气法【高频考点】【理解】  1.原理：利用液态空气中各成分的沸点不同。在标准大气压下，液态氮的沸点为196℃，液态氧的沸点为183℃。通过控制温度，使沸点较低的液态氮先气化，剩余的主要是液态氧。  2.过程：    （1）除尘、净化、干燥：首先将空气除去灰尘、二氧化碳、水蒸气等杂质，以防止在后续降温过程中这些杂质凝固堵塞管道或影响产品纯度。    （2）加压、降温：对净化后的空气进行加压，并使其温度降低，空气由气态转变为液态，得到液态空气。这是一个物理变化中的液化过程。    （3）蒸发分离：将液态空气装入精馏塔，略微升高温度（控制在196℃至183℃之间）。此时，沸点较低的液态氮气化变成氮气，从塔顶逸出；而沸点较高的液态氧气仍为液态，聚集在塔底。这样，氮气和氧气便被分离开来。    （4）储存：分离出的氧气经加压后储存在蓝色的钢瓶中（氧气钢瓶的标志色为淡蓝色，但不同国家或行业标准可能略有差异，我国常用黑色或深绿色钢瓶盛装氧气，瓶体标有黑色“氧”字，此知识点重在理解原理，钢瓶颜色不作强制要求）。  （三）考点与考向  1.判断变化类型：常以选择题形式考查分离液态空气法属于物理变化还是化学变化。关键在于理解该过程没有新物质生成。  2.解释分离顺序：简答题或填空题可能考查为什么氮气先被分离出来。核心答案：因为液态氮的沸点（196℃）低于液态氧的沸点（183℃）。  3.拓展比较：对比工业制法和实验室制法的优缺点。工业制法：产量大、成本低，但得到的是混合物（空气中还有其他稀有气体如氩气等，所以工业氧气不是绝对纯净的）。实验室制法：产量小、操作复杂，但可以得到纯净的氧气，用于科学实验。  二、氧气的实验室制法  实验室制取气体的一般思路是：首先研究气体的性质，然后根据性质选择反应原理，再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、水溶性等选择收集装置，最后考虑验满和检验方法。  （一）加热高锰酸钾（或锰酸钾）制取氧气【重点】【高频考点】  1.反应原理：    （1）药品：紫黑色固体高锰酸钾（KMnO₄）。    （2）化学方程式：2KMnO₄→(△)K₂MnO₄+MnO₂+O₂↑【★必须熟练掌握，能正确书写和配平】    （3）反应类型：分解反应（一变多）。  2.实验装置【高频考点】：    （1）发生装置：固体加热型。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。    （2）收集装置：      A.排水法：因为氧气不易溶于水，且不与水反应。用此法收集的氧气较纯净，但含有水蒸气。      B.向上排空气法：因为氧气的密度比空气略大。用此法收集的氧气较干燥，但纯度不如排水法高。  3.实验操作步骤（谐音记忆：茶庄定点收利息）【必考】【操作】：    （1）查：检查装置的气密性。      操作：先将导管一端浸入水中，再用手紧握试管外壁。若导管口有气泡冒出，松开手后，导管内形成一段稳定的水柱，则说明装置气密性良好。【易错点：顺序不能颠倒，否则可能因空气受热膨胀逸出而观察不到气泡，误以为气密性不好】    （2）装：将药品装入试管。      要点：在试管口放一小团棉花。目的是防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管或影响收集气体的纯度。【高频考点】    （3）定：将试管固定在铁架台上。      要点：铁夹应夹在试管的中上部（距试管口约1/3处）。试管口要略向下倾斜。目的是防止冷凝水回流到热的试管底部，炸裂试管。【高频考点】【易错点】    （4）点：点燃酒精灯加热。      要点：先预热，再对准药品部位集中加热。预热的方法是使酒精灯火焰在试管下方来回移动。    （5）收：收集气体。      排水法收集时机：当导管口有连续、均匀的气泡冒出时，再开始收集。【易错点】如果一有气泡就收集，则收集到的气体中混有装置内原有的空气，导致氧气不纯。      向上排空气法验满：用带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则说明已集满。    （6）离：收集完毕后，先将导管撤离出水面。      【高频考点】【易错点】必须先撤导管，后熄灭酒精灯。目的是防止水槽中的水倒吸进入热的试管，使试管炸裂。    （7）熄：熄灭酒精灯。  4.检验与验满：    （1）检验：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。【原理：氧气具有助燃性】    （2）验满：      排水法：当集气瓶口有大气泡冒出时，说明已满。      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。【注意区分“伸入”和“放在瓶口”】  （二）分解过氧化氢溶液制取氧气【重点】【高频考点】  1.反应原理：    （1）药品：无色液体过氧化氢（H₂O₂，俗称双氧水）和黑色固体二氧化锰（MnO₂）。    （2）化学方程式：2H₂O₂→(MnO₂)2H₂O+O₂↑【★必须熟练掌握】    （3）反应类型：分解反应。  2.催化剂与催化作用【核心概念】【高频考点】：    （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）催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。    （3）催化剂的特点【重要】【“一变两不变”】：      一变：改变（加快或减慢）其他物质的化学反应速率。【注意：“改变”不等于“加快”，有些催化剂是减慢反应速率的，如防腐剂】      两不变：反应前后，自身的质量和化学性质不变。【物理性质可能改变】    （4）深度理解【难点】：      A.催化剂不能增加生成物的质量，也不能使原本不发生的反应发生。它只是通过改变反应路径，使反应在更温和的条件下快速进行。      B.催化剂具有选择性，即一种催化剂只对特定反应有催化作用（如二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂，但对高锰酸钾分解的作用则不同）。      C.对于同一个反应，催化剂可能不止一种。例如过氧化氢分解还可以用硫酸铜溶液、红砖粉末等作为催化剂。      D.探究某物质是否为某反应的催化剂的实验设计思路：必须通过实验证明其满足“一变两不变”。即：①对比实验，证明它能改变反应速率；②反应后，通过过滤、洗涤、干燥等操作回收该物质，称量其质量，证明质量不变；③通过化学实验（如重新与过氧化氢反应）证明其化学性质不变。  3.实验装置：    （1）发生装置：固液不加热型。主要仪器包括：锥形瓶（或试管）、长颈漏斗（或分液漏斗）、带导管的双孔橡胶塞。    （2）优点【高频考点】：可以控制反应速率（通过分液漏斗控制液体滴加速度）；随开随用，随关随停（若使用有孔隔板和弹簧夹的装置）；不需要加热，节约能源，安全简便。    （3）长颈漏斗的使用注意事项【易错点】：长颈漏斗的下端管口必须伸入液面以下，形成“液封”。目的是防止生成的氧气从长颈漏斗口逸出。  （三）加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气【重点】【高频考点】  1.反应原理：    （1）药品：白色固体氯酸钾（KClO₃）和黑色固体二氧化锰（MnO₂）。    （2）化学方程式：2KClO₃→(MnO₂,△)2KCl+3O₂↑【★必须熟练掌握】    （3）反应类型：分解反应。    （4）二氧化锰的作用：催化剂。在这个反应中，二氧化锰加快了氯酸钾的分解速率。  2.实验装置：    （1）发生装置：固体加热型。与加热高锰酸钾的装置基本相同，但有一个重要区别：【高频考点】【易错点】加热氯酸钾制氧气时，试管口不需要放一团棉花。因为氯酸钾和二氧化锰都是颗粒状或粉末状，但加热时不会像高锰酸钾那样形成细小粉末随气流进入导管。    （2）收集装置：同加热高锰酸钾法，可采用排水法或向上排空气法。  3.注意事项：    （1）氯酸钾是强氧化剂，二氧化锰是催化剂，两者混合研磨或加热时，要避免混入易燃物，防止爆炸。    （2）实验结束后，要先将导管移出水面，再熄灭酒精灯（与高锰酸钾法相同，防止倒吸）。  （四）三种实验室制取氧气方法的比较【难点】【综合应用】  |制取方法|高锰酸钾制氧气|过氧化氢溶液制氧气|氯酸钾制氧气|  |:|:|:|:|  |反应物状态|固体|固体+液体|固体+固体|  |反应条件|加热|常温（催化剂）|加热和催化剂|  |发生装置|固体加热型|固液不加热型|固体加热型|  |优点|原料易得，反应平稳|不需加热，节能安全，可控制反应速率|产气量大，反应速率适中|  |缺点|需要加热，操作步骤多，试管口需放棉花|溶液浓度不易控制，长颈漏斗需液封|需要加热和催化剂，氯酸钾本身有强氧化性|  |环保性|产物锰酸钾和二氧化锰是固体，需回收处理|产物是水，无污染|产物氯化钾可作肥料，环保|  |考查重点|操作顺序、防倒吸、棉花的作用|催化剂概念、装置优点、液封|催化剂作用、与高锰酸钾装置的区分|  （五）考点、考向与解题突破  1.装置连接与选择：给出几种仪器图片，要求组装一套正确的制气装置。解题关键是判断反应物状态和反应条件，从而确定发生装置；判断气体密度和溶解性，从而确定收集装置。  2.操作正误判断：以选择题或判断改错题形式，考查“茶庄定点收利息”七步中的关键要点，如气密性检查顺序、试管口方向、棉花作用、收集时机、撤导管顺序等。  3.催化剂探究实验：设计实验题，探究某物质是否为催化剂。答题模板一般为：①取等量同浓度的过氧化氢溶液，一份加入该物质，一份不加，对比观察产生气泡的速率。结论：证明其能改变反应速率。②反应后，过滤出该物质，洗涤、干燥、称量，质量不变。③再取该物质，重复实验①，仍能加快反应速率，证明其化学性质不变。  4.跨学科融合（生物）：联系光合作用，说明氧气是光合作用的产物。实验室制氧的原理，可以与绿色植物的光合作用原理（6CO₂+6H₂O→(光,叶绿体)C₆H₁₂O₆+6O₂）进行对比，理解不同情境下氧气的来源。  5.常见题型：    （1）选择题：考查基本原理、操作细节、概念辨析。    （2）填空题：填写仪器名称、化学方程式、反应类型。    （3）实验探究题：综合考查装置选择、操作步骤、误差分析、催化剂探究。    （4）简答题：解释某一操作的原因（如为什么试管口要略向下倾斜？）。  三、氧气的性质与用途（与本课题制取紧密相关）  （一）物理性质【基础】【了解】  通常情况下，氧气是一种无色、无味的气体。密度略大于空气。不易溶于水（在室温下，1L水中只能溶解约30mL氧气）。在压强为101kPa时，氧气在183℃时变为淡蓝色液体，在218℃时变为淡蓝色雪花状固体。  （二）化学性质【核心】【理解应用】  氧气是一种化学性质比较活泼的气体，具有氧化性（助燃性），能支持燃烧，在氧化反应中提供氧。  1.与金属反应：    （1）镁：2Mg+O₂→(点燃)2MgO（发出耀眼的白光，放出热量，生成白色固体）    （2）铁：3Fe+2O₂→(点燃)Fe₃O₄（剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成黑色固体）【注意事项：集气瓶底部要放少量水或铺一层细沙，防止高温熔化物溅落炸裂瓶底】    （3）铜：2Cu+O₂→(△)2CuO（加热时，红色铜丝表面变黑）  2.与非金属反应：    （1）碳：C+O₂→(点燃)CO₂（在氧气中燃烧发出白光，生成使澄清石灰水变浑浊的气体）    （2）硫：S+O₂→(点燃)SO₂（发出明亮的蓝紫色火焰，生成有刺激性气味的气体）【注意：在空气中是淡蓝色火焰】    （3）磷：4P+5O₂→(点燃)2P₂O₅（产生大量白烟，放出热量，生成白色固体）  3.与化合物反应：    （1）一氧化碳：2CO+O₂→(点燃)2CO₂    （2）甲烷：CH₄+2O₂→(点燃)CO₂+2H₂O    （3）乙炔：2C₂H₂+5O₂→(点燃)4CO₂+2H₂O（氧炔焰，用于焊接和切割金属）  （三）氧气的用途【基础】【了解】  1.供给呼吸：用于医疗急救、登山、潜水、航空等。  2.支持燃烧：用于炼钢（富氧炼钢提高炉温）、气焊和气割、航天火箭发动机的助燃剂等。  （四）氧化反应与氧化物【概念辨析】  1.氧化反应：物质与氧（包括氧气）发生的反应。分为剧烈氧化（如燃烧、爆炸）和缓慢氧化（如铁生锈、呼吸作用、食物腐败）。【重要】氧化反应不一定是化合反应（如甲烷燃烧），化合反应也不一定是氧化反应。当物质与氧气发生化合反应时，既是化合反应，也是氧化反应。  2.氧化物：由两种元素组成，其中一种是氧元素的化合物。如CO₂、H₂O、Fe₃O₄、P₂O₅等。【易错点】含氧的化合物不一定是氧化物，如KMnO₄（三种元素）不是氧化物；O₂（单质）也不是氧化物。  四、核心概念深化与跨学科拓展【难点】【素养提升】  （一）关于催化剂本质的微观理解（化学视角）  从微观反应机理看，催化剂通过降低化学反应的活化能，使更多反应物分子成为活化分子，从而加快反应速率。它可能参与反应中间过程，但最终又将其“释放”出来，因此质量和化学性质不变。例如，在过氧化氢分解中，MnO₂可能先与H₂O₂反应生成中间产物，中间产物再分解释放出O₂并重新生成MnO₂。这一理解有助于学生建立“变化观念与平衡思想”的学科核心素养。  （二）制气装置的气密性检验原理（物理视角压强变化）  无论是哪种装置，检查气密性的核心原理都是通过改变装置内气体的温度（如手捂）或体积（如注水），造成装置内外产生压强差，并通过观察液柱、气泡等现象来判定气密性是否良好。这体现了化学与物理学科中气体压强知识的融合。  （三）实验设计与控制变量法（科学探究方法）  在探究影响反应速率的因素（如催化剂、温度、浓度）时，必须采用控制变量法。即只改变一个条件，其他条件完全相同，通过对比实验得出结论。这是科学探究中最重要的方法之一，也是中考实验探究题的必考内容。  （四）物质制备中的“绿色化学”理念（STSE教育）  过氧化氢法制氧气，因其产物是水，无污染，且不需要加热，节约能源，被称为“绿色化学”工艺。这引导学生关注化学与可持续发展，培养环保意识和社会责任感。  五、常见题型与解题策略  （一）实验装置图辨析题  例题：下图是实验室制取气体的常用装置。  （给出A固体加热型、B固液不加热型、C向上排空气法、D排水法、E向下排空气法等装置图）  问题1：实验室用高锰酸钾制取氧气，应选用的发生装置是____，收集装置是____（或____）。原因是____。  解题策略：抓住“高锰酸钾”“加热”关键信息，确定发生装置为固体加热型；抓住“氧气密度比空气大且不易溶于水”，确定收集装置可以是向上排空气法或排水法。  问题2：用B装置制取氧气，反应的化学方程式为____。若将长颈漏斗换成分液漏斗，其优点是____。  解题策略：B装置对应固液不加热型，即过氧化氢制氧气。化学方程式：2H₂O₂→(MnO₂)2H₂O+O₂↑。分液漏斗有活塞，可以控制液体滴加速度，从而控制反应速率。  （二）实验步骤排序题  例题：加热高锰酸钾制氧气，正确的操作顺序是____。  ①点燃酒精灯加热②检查气密性③装药固定④收集气体⑤熄灭酒精灯⑥将导管撤离水面  解题策略：牢记“茶庄定点收利息”口诀，对应顺序为：②③①④⑥⑤。  （三）催化剂探究实验设计题  例题：小明同学欲探究氧化铜能否作为过氧化氢分解的催化剂，进行了如下实验。请你帮他完成实验报告。  实验步骤：  1.取A、B两支试管，各加入5mL5%的过氧化氢溶液，向B试管中加入ag氧化铜粉末。观察现象。  2.待B试管中不再产生气泡后，过滤、洗涤、干燥，称量所得固体质量为bg。  3.将所得固体重新加入到盛有5mL5%过氧化氢溶液的试管中，观察现象。  实验现象与分析：  1.A试管产生气泡慢，B试管产生气泡快。结论：氧化铜能____。  2.b____a（填“>”“<”或“=”）。结论：反应前后氧化铜的____不变。  3.观察到____。结论：反应前后氧化铜的____不变。  解题策略：分步证明催化剂的“一