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第1章第1节 空气的成分3学案
一、学习目标
了解工业制取氧气的方法（空气冷冻分离法和膜分离技术）；
掌握实验室制取氧气的方法（过氧化氢分解法）；
学习排水法收集氧气及检验氧气的方法；
通过实验探究氧气的化学性质（与木炭、铝箔的反应）；
理解催化剂的概念及其特点。
二、学习重点与难点
学习重点：
实验室制取氧气的原理、装置和操作步骤；
排水法收集氧气的方法；
氧气的化学性质（与可燃物的反应）。
学习难点：
催化剂概念的理解（"一变二不变"）；
实验装置的组装与气密性检查；
控制反应速率的方法及原理。
三、学习过程
1. 工业制取氧气
空气冷冻分离法：将空气多次压缩降温变成液态空气，然后利用氮气和氧气的沸点不同（氮气沸点-196℃，氧气沸点-183℃），低温蒸发时氮气先汽化，从而分离出氧气。
膜分离技术：在一定压力下让空气通过具有富集氧气功能的薄膜，得到含氧量较高的富集空气。通过多级分离可得到含氧90%以上的富集空气。
2. 实验室制取氧气
原理：过氧化氢（H O ）在二氧化锰（MnO ）催化下分解生成氧气和水。
实验装置：发生装置（锥形瓶、分液漏斗、双孔橡皮塞、导管等）、收集装置（水槽、集气瓶等）。
实验步骤：
组装装置：从左到右，从下到上顺序组装；
检查气密性：使用微热法（手捂法）或注水法；
加入药品：在锥形瓶中加入二氧化锰粉末和水，分液漏斗中加入过氧化氢溶液；
收集气体：待导管口气泡连续均匀冒出时，用排水法收集氧气；
验满方法：将带火星的木条放在集气瓶口，若复燃则已收集满。
注意事项：先加水是为了稀释过氧化氢浓度，防止反应过于剧烈，确保实验安全平稳。
3. 催化剂
二氧化锰在该反应中作为催化剂，其特点是"一变二不变"：
一变：改变（加快）化学反应速率；
二不变：反应前后质量和化学性质不变。
工业上催化剂又称为"触媒"。
4. 氧气的性质实验
实验内容 实验现象 结论与解释
木炭在氧气中燃烧 剧烈燃烧，发出白光 碳 + 氧气 → 二氧化碳；二氧化碳使澄清石灰水变浑浊
铝箔在氧气中燃烧 剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体 铝 + 氧气 → 氧化铝（白色固体）
注意事项：将红热的木炭伸入集气瓶时要缓慢伸入，目的是使反应平缓充分，防止氧气瞬间耗尽或瓶内气压骤变，确保实验安全和效果。
四、当堂检测
1．以下相关实验的现象或操作正确的是：①硫在空气中燃烧，发出淡蓝色火焰；②木炭在氧气中燃烧生成二氧化碳气体；③红磷在空气中燃烧，产生大量白烟；④铁丝在氧气中燃烧，火星四射，生成黑色固体；⑤实验室用高锰酸钾制取氧气时，在试管口需要放一团棉花；⑥用高锰酸钾制取氧气时，一有气泡冒出时就应马上收集，以免浪费；⑦二氧化锰可以作所有实验的催化剂。正确的是(　　)
A．①③④⑤ B．①②③④ C．②③④⑥ D．③④⑤⑦
2．思维导图是有效的思维模式，是应用于记忆、学习、思考等的思维“地图”。下图为“胜哥”所画的氧气制取的思维导图，下列说法不合理的是
A．Ⅰ、Ⅱ处分别是氧气的不同制法
B．Ⅲ处表示的是催化剂
C． 图中制取氧气的原料中都含有氧气
D．利用空气制取氧气可知液氧沸点比氮高
3．“胜哥”误将少量KMnO4当成MnO2加入KClO3中进行加热制取氧气，部分物质质量随时间变化如图所示，下列关于该过程的说法正确的是（　　）
A．c代表氧气
B．a代表高锰酸钾
C．t1时刻， KClO3开始分解
D．t3时刻，生成氧气的质量达到最大值
4．下列图像能正确反映对应关系的是（　　）
A．甲表示加热高锰酸钾制取氧气时剩余固体中氧元素的质量变化
B．乙表示加热氯酸钾 (含少量 MnO2 ) 制取氧气时固体物质种类的变化
C．丙表示双氧水 (含少量 MnO2 ) 分解时溶液中氢元素的质量分数变化
D．丁表示质量和溶质质量分数都相等的双氧水反应生成氧气的质量变化
5．“胜哥”利用氯酸钾和二氧化锰混合制取氧气直至完全反应，下列各物质的质量随反应时间变化的关系图正确的是(　　)
A． B．
C． D．
6．小科通过视频号“胜哥课程”学会的科学实验的规范操作。下列用高锰酸钾制取氧气的实验操作正确的是 (　　)
A． B．
C． D．
7．“胜哥”用氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气，混合物的质量变化情况如图所示。正确的分析是（　　）
A．反应到t1时生成了（a﹣b）g氧气
B．P点处固体成分是KCl、KClO3和MnO2
C．在反应过程中，KCl的质量分数不断减少
D．在0～t2时段，MnO2在混合物中的含量不断增大
8． 实验室制取氧气的反应原理
实验室里可用加热分解高锰酸钾或氯酸钾制取氧气，也可采用分解过氧化氢的方法来制取氧气。反应原理分别表示如下：
（1） 高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气
(KMnO4) (　 　)(　 　) (O2)
（2）氯酸钾氯化钾+氧气
(KClO3) (　 　)(O2)
（3）过氧化氢水+氧气
(H2O2) (　 　)(O2)
9．工业制氧有多种方法，空气冷冻分离法是常用方法之一，流程如图所示。
空气冷冻分离法
（1）利用空气冷冻分离法来获取氧气，主要是利用了液氧与液氮哪一物理性质的差异 　 　。
（2）下列关于氧气的说法，正确的是（　　）
A．液氧用于火箭发射时利用氧气的可燃性
B．空气从气态变成液态后氧气的质量分数增大
C．液氧与氧气化学性质相同
10．实验室常用下列A-D装置来制取和收集氧气。
（1）若用双氧水和二氧化锰来制取氧气，应选择的发生装置和收集装置分别是图甲中的　 　。
（2）小科利用如图乙所示装水的装置收集氧气时，气体应从　 　(选填“a”或“b”)管通入；但收集到的氧气不纯，原因可能是　 　(多选)。
A.瓶中水没有排干净 B.导管口刚有气泡时开始收集氧气
C.收集前未将集气瓶灌满水 D.收集满氧气的集气瓶正放在桌面上
（3）在完成制取并收集氧气后，小科进行了检验氧气化学性质的实验，他取一根光亮的细铁丝绕成螺旋状，一端系上一根火柴，另一端系在一根粗铁丝上，点燃火柴，待火柴将要烧完时，立即伸进一瓶预留少量水的盛有氧气的集气瓶中，可以观察到的现象：　 　。
11．“胜哥”发现食品中常用还原铁粉作抗氧化剂。为探究其原理，用图示的装置制取氧气。
（1）图中仪器a的名称：　 　．
（2）“胜哥”用氯酸钾制取氧气反应方程式为　 　，用乙装置收集氧气应从　 　口进入。
（3）“胜哥”在制得两瓶氧气中分别加入等质量的还原铁粉和铁钉，连接氧气传感器，通过数据处理软件实时绘出氧气体积分数随时间变化曲线，如图丙所示。
①查阅资料：铁粉与氧气发生化合反应生成价的铁的化合物，写出化学方程式　 　。
②根据曲线判断用还原铁粉作食品抗氧化剂的原因是　 　。
12．“胜哥”进行氧气的制取和性质的教学演示。
（1）“胜哥”采用加热氯酸钾和二氧化锰混合物来制取氧气，图甲是两位同学组装好的仪器，其中正确的是　 　(填“A”或“B”)。实验开始后，在装药品之前需完成的步骤是　 　。
（2）收集到2瓶相同体积的氧气后，同学们进行图乙中的实验。点燃系在铁丝上的火柴，待火柴　 　时，用不同的速度将铁丝伸入集气瓶，发现C中铁丝燃烧时间短且现象不明显。查阅资料后得知，快速伸入会使瓶内部分气体受热膨胀逸出，导致C中参与反应的氧气较D中　 　(选填“多”或“少”)。
13．利用氯酸钾分解制氧气是实验室常用的一种方法，“胜哥”利用如图所示的装置进行了实验，步骤如下：
实验一：收集纯净的氧气
①检查装置的气密性；
②在试管中装入一定质量的氯酸钾和二氧化锰；
③点燃酒精灯，收集满氧气后熄灭酒精灯。
实验二：测定剩余固体中氯酸钾的质量
④换用另一个装满水的量筒继续实验，重新点燃酒精灯收集氧气，待塑料软管口不再产生气泡时，共收集到343毫升氧气。
⑤利用收集到的氧气，计算剩余固体中氯酸钾的质量。
请回答：
（1）实验中二氧化锰的作用是　 　；
（2）步骤③④中收集气体最合理的时机分别是____(选填字母)；
A．冒出气泡时；气泡连续均匀冒出时
B．气泡连续均匀冒出时；冒出气泡时
C．均为冒出气泡时
D．均为气泡连续均匀冒出时
（3）查阅数据可知，标准大气压下343毫升氧气的质量为0.48克。
若不计实验过程中气体损失，由实验二得出剩余固体中含有氯酸钾　 　克。
五、学习总结
通过本节课的学习，我们掌握了工业制取氧气的两种方法，重点学习了实验室用过氧化氢和二氧化锰制取氧气的原理、装置和操作步骤。同时，通过实验探究了氧气的化学性质，理解了催化剂的概念和特点。在实验操作中，要注意安全规范，学会控制反应速率，仔细观察并记录实验现象。
知识网络图：
工业制氧：空气冷冻分离法、膜分离技术
实验室制氧：
原理：过氧化氢 →（二氧化锰）→ 水 + 氧气
装置：发生装置、收集装置（排水法）
步骤：组装→查密→加药→收集→验满
催化剂：一变（反应速率）二不变（质量、化学性质）
氧气性质：
与木炭反应：碳 + 氧气 → 二氧化碳
与铝箔反应：铝 + 氧气 → 氧化铝
答案
1．A 2．C 3．D 4．B 5．A 6．A 7．B
8．（1）K2MnO4；MnO2 （2）KCl （3）H2O
9．（1）沸点 （2）C
10．（1）BD （2）b；BC
（3）剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体，并放出大量的热
11．（1）分液漏斗
（2）2KClO32KCl＋3O2↑；c
（3）4Fe+3O2＝2Fe2O3；还原性铁粉能更多的吸收氧气
12．（1）A；检查装置气密性
（2）快燃尽；少
13．（1）催化
（2）B
（3）1.225
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