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第2讲 氧气的制取
知识要点：
1. 制取氧气的实验原理。
2. 实验室制取氧气的发生装置、收集方法及实验的主要步骤。
3. 催化剂的作用和特点。
4. 化合反应与分解反应的区分。
思维导图：
一、氧气的制取
1. 工业制取氧气的方法（物理方法）。
（1）工业上常釆用空气冷冻分离法来制取氧气（利用液氮和液氧的沸
点不同）。
（2）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，可以得到含氧量较高的富氧空气。
实验原
理
发生装
置
收集方
法 2. 氧气的实验室制取及检验方法。
操作步
骤 ①查（检查装置气密性）；②
装（装入试剂）；③定（将试
管固定在铁架台上，试管口要
略向下倾斜）；④点（点燃酒
精灯）；⑤收（收集氧气）；
⑥离（将导管撤离水槽）；⑦
熄（熄灭酒精灯） ①查（检查装置气密性）；②
装（将二氧化锰加入锥形瓶，
向分液漏斗中加入过氧化氢溶
液）；③收（将分液漏斗的活
塞打开，让过氧化氢溶液从分
液漏斗中滴入锥形瓶并收集氧
气）；④正（给收集满氧气的
集气瓶盖上毛玻璃片，正放在
桌面上）
检验方
法 将带火星的木条插入集气瓶中，若木条复燃，则证明收集到
的气体是氧气 难点解析：（1）用排水法收集的氧气较纯净，但不够干燥，特殊用途
时需要进行干燥；用向上排空气法收集的氧气较干燥，但纯度相对较
低。（2）用排空气法收集气体时，导管必须伸到接近集气瓶底部，便
于排净集气瓶内的空气。（3）氧气的检验和验满方法的区别：检验氧
气时，将带火星的木条插入集气瓶中，观察木条是否复燃；用向上排空
气法收集氧气进行验满时，将带火星的木条放在集气瓶口即可。（4）
用固固加热型发生装置制取并利用排水法收集氧气时，收集氧气完毕
后，必须先将导管撤离水槽，再熄灭酒精灯，否则水槽中的水会倒吸入
试管，引起试管炸裂。
二、催化剂
催化剂在化学反应中能改变其他物质的反应速率，而本身的质量和化学
性质在化学反应前后都没有改变。催化剂在化学反应中的特点是“一变
二不变”。
三、化合反应和分解反应
反应类型 化合反应 分解反应
定义 由两种或两种以上物质生成
一种物质的反应 由一种物质生成两种或两种
以上物质的反应
反应物种
类 两种或两种以上 一种
通式 A+B+……→C A→B+C+……
知识点一：氧气的制取
　【聊城】实验是进行科学探究的重要途径。某研究性学习小组欲
利用如图所示的装置进行相关气体制取的探究，请分析并回答下列问
题：
（1）图中标号a的仪器名称是 　　　　　　。
（2）若用加热氯酸钾固体的方法制取并收集一瓶氧气，可选用的装置
组合是 　　　　（填字母）。
（3）实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气的主要步骤有：①检
查装置的气密性；②收集并验满气体；③装入试剂；④组装仪器。正确
的操作顺序是 　　　　　　（填序号）。
（4）装置F是密封性良好、充满空气的单气阀充气袋。现用装置F收集
一袋较纯净的氧气，则连接导管口b、c之前需进行的一项操作
是 　　　　　　　　　　　　。
　根据加热氯酸钾固体制取氧气为固固加热型以及氧气的性
质进行分析。
　（1）标号a的仪器名称是分液漏斗。（2）加热氯酸钾制
取氧气属于固固加热型，发生装置可选A；氧气不易溶于水，密度比空
气大，可用排水法或向上排空气法收集，收集装置可选C或E。（3）实
验时的主要步骤为④组装仪器、①检查装置的气密性、③装入试剂、②
收集并验满气体。（4）用装置F收集一袋较纯净的氧气，则在连接导管
口b、c之前需排尽充气袋内的空气。
　（1）分液漏斗　（2）AC或AE　（3）④①③②　（4）排
尽充气袋内的空气
　本题考查实验室制取氧气，掌握氧气的制取原理是解题的
关键。气体发生装置的选择与反应物的状态和反应的条件有关；气体收
集装置的选择与气体的密度和溶解性有关。
　已知高锰酸钾（KMnO4）在加热条件下分解成锰酸钾
（K2MnO4）、二氧化锰和氧气，常温下锰酸钾呈固态。取四份等质量的
KClO3，向其中三份中分别加入少量等质量的KMnO4、MnO2和Mn，分别
在某温度下加热至质量不再改变，测定产生的氧气的质量，然后将剩余
固体溶于足量水中，添加过物质的组别中均有相同组成的不溶物。测定
结果如下表所示：
组别 ① ② ③ ④
加入物质 无 KMnO4 MnO2 Mn
产生的氧气的质量
/g 0 m1 m2 m3
不溶物的质量/g 0 w1 w2 w3
已知m1>m2>m3，下列关于此实验的说法中一定不正确的是（　C　）
A. 三种物质的加入都有利于KClO3分解放出氧气
B. 残留不溶物的质量关系为w1C. KMnO4是KClO3分解制氧气效果最好的催化剂
D. 不加入其他物质时，KClO3也可以发生分解反应
C
【解析】观察表格可知，三种物质的加入都有利于KClO3分解制氧气；高
锰酸钾受热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气，二氧化锰是氯酸钾分解
的催化剂，金属锰会与生成的氧气反应生成二氧化锰，二氧化锰不溶于
水；加入等质量的KMnO4、MnO2和Mn，高锰酸钾除了分解生成二氧化
锰，还生成其他物质，而③中二氧化锰的质量不变，④中锰反应生成二
氧化锰，质量增大，故残留不溶物的质量关系为w1高锰酸钾加热分解产生部分氧气而质量减小，生成的二氧化锰用作了氯
酸钾分解的催化剂，而催化剂的质量和化学性质在反应前后均不变，所
以高锰酸钾不是催化剂；加热到一定温度时，氯酸钾也会分解产生氧气，
所以不加入其他物质时，氯酸钾也会分解。
知识点二：催化剂
　催化剂可显著提高反应效率，二氧化锰是常见的催化剂。FeCl3对
H2O2的分解也有催化作用。为比较MnO2和FeCl3对H2O2分解快慢的不同
影响，用如图甲所示的装置进行实验，启动传感器，注入H2O2溶液。氧
气的体积分数随时间变化的情况如图乙所示。
（1）初始时氧气的体积分数不为0，原因是 　　 　　。
（2）使H2O2分解得较快的催化剂是 　　　　（填“MnO2”或“FeCl3”），
判断依据是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（3）用5%的H2O2溶液制取氧气，若采用如图甲所示的装置进行实验，
则上述两种催化剂中较为合适的是 　　　　。
　（1）根据装置内空气中含有氧气分析即可。（2）比较
MnO2和FeCl3对H2O2分解快慢的曲线图进行分析。（3）结合实验装置可
知，实验中需控制H2O2的分解速度，以得到平稳的氧气流，据此进行分
析。
　（1）由于装置内空气中含有氧气，所以初始时氧气的体
积分数不为0。（2）比较图乙中的两曲线可知，当氧气体积分数都达到
32%时，用MnO2作催化剂所需的时间为9 s，用FeCl3作催化剂所需的时
间大于60 s，所以使H2O2分解得较快的催化剂是MnO2。（3）用如图甲
所示的装置制取氧气不能控制反应速度，由（2）中的分析可知，用
MnO2作催化剂时H2O2分解得更快，所以选择FeCl3作催化剂可以使H2O2
的分解速度适中，以得到平稳的氧气流。
　（1）装置中含有空气，空气中约含21%氧气　（2）MnO2　
MnO2作催化剂时，产生等量氧气所需的时间比FeCl3更短　（3）FeCl3
　理解催化剂的特点和作用，学会分析图像，结合所学知识
进行解答。
　某同学查阅资料得知高锰酸钾（KMnO4）固体加热分解能
产生氧气，同时生成锰酸钾（K2MnO4）和二氧化锰，且锰酸钾常温下呈
固态。某次实验时，他将少量KMnO4当成MnO2加入KClO3中进行加热制
取氧气，部分物质的质量随时间的变化情况如图所示。下列关于该过程
的说法中正确的是（　D　）
D
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
【解析】由题图可知，b物质的质量较小，则b是高锰酸钾，那么a是氯
酸钾。t1时刻，高锰酸钾开始分解，生成氧气；t2时刻，氯酸钾开始分
解生成氯化钾和氧气，所以c是氯化钾。t3时刻之前，高锰酸钾已经完全
分解；t3时刻之后，氯化钾的质量不再增加，说氯酸钾已完全分解，所
以t3时刻，生成氧气的质量达到最大值。
知识点三：化合反应与分解反应
　下列反应中，属于分解反应的是 　　　　　　（填字母，下
同），属于氧化反应的是 　　　　　　，属于化合反应的
是 　　　　　　，既属于化合反应又属于氧化反应的
是　 　　　　　　，属于氧化反应但不属于化合反应的
是 　　　　　　。
A. 铜+氧气氧化铜　 B. 氨气+氧气一氧化氮+水
C. 氢气+氧气水　 D. 甲烷+氧气水+二氧化碳
E. 碳酸二氧化碳+水　 F. 一氧化碳+氧气二氧化碳
　分解反应：由一种物质生成两种或两种以上物质的反应，
其特点可总结为“一变多”；化合反应：由两种或两种以上物质生成一种
物质的反应，其特点可总结为“多变一”；物质与氧气发生的化学反应是
氧化反应。据此进行分析判断。
　E符合“一变多”的形式，符合分解反应的特征，属于分解反
应；ABCDF都是物质与氧气发生的化学反应，属于氧化反应；ACF符合
“多变一”的形式，符合化合反应的特征，属于化合反应；BD的反应生成
物是两种，不符合“多变一”的形式，不属于化合反应。
　E　ABCDF　ACF　ACF　BD
　本题考查化学反应的类型，掌握分解反应的特征（“一变
多”）、化合反应的特征（“多变一”）、氧化反应的特征是解题的关
键。
　如图所示为某反应前后分子种类变化的微观示意图。下列
说法中不正确的是（　A　）
A
A. 该反应属于化合反应
B. 图中共出现4种分子
C. 甲中氮、氢原子的个数比为1∶3
D. 生成的丙与丁都是氧化物
　小明发现混入部分空气的氧气也能使带火星的木条复燃，可见并
非只有纯氧才能使带火星的木条复燃。将不同比例的氧气和空气混合，
再将带火星的木条伸入其中，结果可能不同。
（1）小明往100 mL集气瓶中加入50 mL水，用排水法收集氧气，集气瓶
内的氧气约占总体积的 　　　　%，实验后发现该瓶气体不能使带火星
的木条复燃，其原因
是 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。
（2）为了研究氧气的体积分数对木条复燃的影响，小明用如图所示的
装置制取氧气并进行相关实验。选择下列器材，写出本实验的步骤（建
议将实验分成4个步骤）。
实验材料：溶质质量分数为7.5%的H2O2溶液、MnO2粉末、水、量筒、
木条、100 mL的集气瓶若干个及其他需要的实验器材。
　（1）集气瓶中氧气的体积由空气中氧气的体积和收集到
的氧气体积两部分组成，再根据氧气的体积分数=×100%
进行计算即可。带火星的木条不能复燃与氧气的体积分数有关。（2）
根据实验室中制取氧气与收集氧气的步骤来设计实验。
　（1）集气瓶内的氧气约占总体积的体积分数为
×100%=60.5%。发现该瓶气体不能使带火星的木条复燃，其原因是氧气
的体积分数过低。（2）设计实验时要注意装置的组装及气密性检查、
用水的体积控制氧气体积设置分组、正确用排水法收集气体、重复实
验、数据处理。
　（1）60.5　氧气的体积分数过低　（2）①按如图所示的
装置组装仪器，检查装置的气密性；②取100 mL的集气瓶4个，分别加
入60 mL、70 mL、80 mL、90 mL的水；③将导管末端放入水中，往装置
中装入试剂，打开活塞，待气泡连续、均匀地冒出后，用排水法将各集
气瓶中的水恰好排尽；④将带火星的木条伸入集气瓶中，观察带火星的
木条是否复燃；⑤分析数据，得出氧气的体积分数对带火星木条复燃的
影响的结论。
　掌握氧气体积分数的计算方法以及实验室制取氧气的发生
装置和收集装置是解题的关键。
1. 从安全、环保、节能、简便等方面考虑，实验室制取氧气的最佳方案
是（　B　）
C. 氯酸钾加热分解：氯酸钾氯化钾+氧气
B
2. 下列反应中，既不属于化合反应，也不属于分解反应的是（　D　）
D
3. 下列收集装置中可以用来收集氧气的是（　D　）
A. ①③ B. ①②③⑥
C. ①⑤⑥ D. ①②③④
D
4. 加热一定质量的氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气时，下列图像中
不能正确反映其对应变化关系的是（　B　）
A. B. C. D.
B
5. 如图所示，将过氧化氢溶液滴入集气瓶中可观察到的现象是
（　C　）
A. 气球胀大，红墨水左移 B. 气球缩小，红墨水右移
C. 气球缩小，红墨水左移 D. 气球胀大，红墨水右移
C
6. 如图所示为便携式制氧器原理示意图，下列关于便携式制氧器的说法
中不正确的是（　C　）
A. 加湿过滤仓利用氧气不易溶于水的性质来保持氧气湿润
B. 这个仪器可以在夏天给鱼缸的鱼供氧，夏天鱼缸中溶解氧下降
C. 此仪器可用于医疗急救，也可用产生的气体作燃料切割金属
D. 可根据加湿过滤仓中气泡的多少来说明氧气排出的快慢
C
7. 工业制取氧气主要有如图所示的步骤，请据图回答下列问题：
（1）工业制取氧气属于 （填“物理”或“化学”）变化。
（2）从步骤②可以得出氮气的沸点比氧气的沸点 （填“高”或
“低”）。
（3）储存在蓝色钢瓶里的“工业液氧”是 （填“纯净物”或“混
合物”）。
（4）液氧和氧气属于同一种物质的原因是 。
物理
低
混合物
都是由氧分子构成的
8. 小金为了探究温度对H2O2分解反应速率的影响，借助如图所示的
实验装置（夹持装置略去）进行了两次实验，两次实验的部分设计
如下表所示：
实验1 实验2
MnO2的质量/g 0.5 0.5
5%的H2O2溶液的体积/mL 40
水浴温度/℃ 20 80
（1）实验2中应加入5%的H2O2溶液 mL。
40
（2）在两次实验中，可通过 来
比较H2O2分解反应速率的大小。
（3）实验2中水浴温度控制在80℃时，测定的反应速率会比真实值大，
其原因除锥形瓶内气体受热膨胀外，还有
。
（4）实验结束后，若要将MnO2从混合物中分离出来，则可采取的方法
是 。
相同的时间内注射器内气体的体积
温度较高时水蒸发成水蒸
气
过滤、洗涤、干燥
9. 如图所示，用“W”形玻璃管进行微型实验，将注射器中的过氧化氢溶
液推入管中与二氧化锰接触。下列说法中错误的是（　A　）
A. 二氧化锰可以增大过氧化氢分解生成的氧气的质
量
B. 若a处粉末是木炭粉，则能看到有白光产生
C. 若a处粉末是硫粉，则b处应接有尾气处理装置
D. 用“W”形玻璃管进行微型实验可以节约试剂、减
少污染
A
10. 如图所示装置的气密性检查中，气密性不好（漏气）的是（　D　）
A. 装置①，用手捂住试管一段时间，放开手后一会儿，导管中水面高于
烧杯内水面
B. 装置②，通过长颈漏斗加一定量的水，液面高度保持图示位置不变
C. 装置③，用双手捂住烧瓶一段时间，长导管A内形成一段水柱
D. 装置④，向上移动a管后，a、b两管内的液面始终保持相平
D
11. 用一定量的过氧化氢溶液和二氧化锰混合制取氧气，下列分析中不
正确的是（　D　）
A. 用如图甲所示的装置制取氧气时，长颈漏斗的末端应伸到液面以下
B. 如图乙所示的实验，A处带火星的木条不复燃，C处带火星的木条复燃
C. 如图乙所示的实验不能证明二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂
D. 图乙所示实验的图像如图丙所示
D
【解析】为了避免气体外逸，长颈漏斗的末端应伸到液面以下，以保持
装置的气密性；A内过氧化氢反应速率小，产生氧气少，不足以使木条
复燃，C内过氧化氢反应速率大，产生氧气多，可以使木条复燃；催化
剂还需验证反应前后的质量和化学性质是否改变，因此题图乙所示的实
验无法得出二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂；过氧化氢反应后生成
水，反应结束后过氧化氢的质量为零。
12. 二氧化锰可以催化过氧化氢分解产生氧气和水，重复使用的二氧化
锰是否会影响催化效率呢？小明按如图甲所示的装置进行实验，将二氧
化锰放在“茶叶袋”中，用铜丝悬挂在容器里，拉动铜丝可以调节“茶叶
袋”的高度（“茶叶袋”仅液体和气体能通过）。实验步骤如下：①取0.5 g
二氧化锰放在“茶叶袋”里，用注射器吸取20 mL 15%的过氧化氢溶液，
往容器里加入20 mL蒸馏水，连接装置，如图甲所示。②将过氧化氢溶
液全部注入容器中，固定注射器活塞，使“茶叶袋”浸没在溶液里。采集
数据，绘制实验曲线如图乙所示。③取出“茶叶袋”，反复用水冲洗，烘
干。用冲洗并烘干过的二氧化锰和等量的试剂重复实验步骤①和②。④
比较二氧化锰的使用次数和气压变化快慢的关系，得出结论。
（1）写出第一次实验时可观察到的一个现象：
。
（2）小明认为步骤③中的操作“反复用水冲洗，烘干”是多余的，你对
小明观点的评价及理由是

。
（3）若二氧化锰的使用次数越多，催化效率越低，请在图乙中画出第
二次实验的大致图形。
【答案】（3）如图所示。
溶液中有气泡冒
出
小明的观点错误，实验目的是探究重复使用
的二氧化锰是否会影响催化效率，所以步骤③中的操作“反复用水冲
洗，烘干”是有必要的
13. 下列图像中与对应的描述相符的是（　D　）
A. 图甲表示加热KClO3和MnO2的混合物制取氧气时，随着反应的进行，
固体中MnO2的质量分数的变化情况
B. 图乙表示a、b两试管中分别装有等质量的过氧化氢溶液，并向a试管
中放入催化剂后，随着反应的进行，生成的氧气质量的变化情况
C. 图丙表示用过氧化氢溶液制取氧气时，随着反应的进行，试管中水的
质量的变化情况
D. 图丁表示用过氧化氢溶液制取氧气时，随着加入过氧化氢溶液的质量
的变化，生成氧气的质量的变化情况
D
【解析】加热KClO3和MnO2的混合物制取氧气时，随着反应的进行，固
体中MnO2的质量分数不断增大，当KClO3完全分解后，固体中MnO2的质
量分数不再改变，A错误；a、b两试管中分别装有等质量的过氧化氢溶
液，并向a试管中放入催化剂，因此a试管中反应的速率较快，但最终生
成氧气的质量相等，B错误；用过氧化氢溶液制取氧气时，随着反应的
进行，试管中水的质量不断增大，但反应前溶液中就含有水，所以水的
质量不是从0开始增大的，C错误；用过氧化氢溶液制取氧气时，随着加
入过氧化氢溶液的质量的增大，生成氧气的质量不断增大，D正确。
14. 【金华】某款市售制氧杯具有供氧快、便携带、易操作、成本低的
特点。如图甲所示为制氧杯实物图，如图乙所示为制氧杯内部结构剖面
示意图，如图丙所示为制氧剂的相关信息。利用该制氧杯制氧，产生的
氧气可以在剧烈运动后即时补氧，也可以供老人、孕妇等在家中和户外
急救补氧。
【使用步骤】
Ⅰ.取下杯盖，在a杯中加入A、B两种制氧剂，再加入清水至相应水位。
Ⅱ.取下与杯盖相连的b杯，在b杯中加入适量清水，将b杯装回杯盖的中
央正下方。
Ⅲ.将带有b杯的杯盖和a杯旋紧，形成一个如图甲所示的整体。
Ⅳ.待出气孔②处有氧气逸出时，通过医用导气管供人呼吸补氧。
请回答下列问题：
（1）在b杯中加入清水的作用是 。
（2）在a杯中加入清水至相应水位，清水除了溶解制氧剂A并使制氧反
应发生以外，还具有的作用是
。
（3）请运用所学知识，并结合以上信息，解释该制氧杯能快速产生氧
气并能从出气孔②快速逸出的原因。
【答案】（3）制氧剂A放入水中反应产生过氧化氢，过氧化氢在二氧化
锰的催化作用下分解产生氧气，氧气不易溶于水，能从出气孔②中快速
逸出。
观察氧气产生的速率、润湿氧气
使二氧化锰与水形成悬浊液，增大反应
物之间的接触面积

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