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制取氧气
一、内容概述
　　通过实验研究实验室制氧气的反应原理、反应条件、所需仪器、反应装置、收集装置、操作步骤；学习催化剂的定义和作用；学习了分解反应这一基本反应类型。
二、重点知识归纳及讲解
（一）、氧气的实验室制法
1、反应原理
①加热氯酸钾制取氧气：氯酸钾氯化钾＋氧气。
②加热高锰酸钾制取氧气：高锰酸钾锰酸钾＋二氧化锰＋氧气
③分解过氧化氢制取氧气：过氧化氢水＋氧气。
2、实验装置：（以加热高锰酸钾制氧气为例，如图所示）
3、操作步骤：
①检查装置的气密性。②把药品装入试管内，使用高锰酸钾作反应物时在试管口放一团棉花。
③把试管固定在铁架台上，将集气瓶装满水并倒立在盛水的水槽中。
④点燃酒精灯，加热药品。 ⑤收集气体。 ⑥把导气管从水槽中移出水面。 ⑦熄灭酒精灯。
4、收集方法：
①排水集气法（因为氧气不易溶于水）。
操作要点：把盛满水的集气瓶（无泡）倒立在水中，排水充气，取出放置。
②向上排空气法（因为氧气的密度略大于空气）。 操作要点：使导气管尽量伸入集气瓶底便于排尽空气。
5、检验：将带火星的木条伸入集气瓶内，若木条复燃，证明瓶内气体是氧气。
氧气可以使带火星的木条复燃
6、验满：若用向上排空气法收集氧气，验满时，取一根带火星的木条，放在集气瓶口，若木条复燃，则证明氧气已集满。
7、放置：因为氧气的密度大于空气的密度，故应正放在桌面上。
8、注意事项：
①在用氯酸钾或高锰酸钾制取氧气时，试管口应略向下倾斜，原因是防止加热时药品中的湿存水倒流炸裂试管。
②铁夹应夹在距试管口1/3处，原因是利于加热。
③导管伸入试管内要刚露出橡皮塞，原因是利于排出产生的气体。
④用排水法收集氧气时，不宜立即收集，待有连续均匀的气泡产生时再收集，原因是开始的气泡是试管内的空气，若立即收集则氧气不纯。
⑤排气法收集气体时，导管要伸入接近集气瓶底部，原因是利于充分排出瓶内空气。
⑥实验结束时，先将导管移出水面，再熄灭酒精灯，原因是防止水槽中的水倒吸炸裂试管。
⑦如果用高锰酸钾制氧气时，试管口应塞一小团棉花，原因是防止高锰酸钾粉末进入导管。
（二）、正确选用气体的收集方法
　　原则：易溶于水的气体选排空气法收集，根据气体的密度定“向上”或“向下”排气，若气体的密度大于空气的密度，采用向上排空气集气法；若气体的密度小于空气的密度，采用向下排空气集气法。
排气法操作简便，排水法收集的气体较纯。
（三）、氧气的工业制法
　工业上制大量的氧气，主要是通过使空气液化，再分离液态空气而制得，这是物理方法，其主要过程为：
（四）、分解反应
　　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。例如，高锰酸钾受热时分解生成了锰酸钾、二氧化锰和氧气，这个反应就是分解反应。
化合反应和分解反应都属于反应的基本类型，这两种反应可用字母表示为：
化合反应　A＋B→AB 　　分解反应　AB→A＋B
（五）、氧化反应
　　氧化反应是指物质跟氧发生的反应，生成物一般是氧化物，例如，磷、硫、铝在氧气中反应，生成物分别是五氧化二磷、二氧化硫、氧化铝，它们都是氧化物。
不要误认为氧化反应只是物质跟氧气的反应，氧化反应还包括物质跟含氧化合物的反应。
（六）、缓慢氧化
　　某些氧化反应进行得缓慢，甚至不容易被察觉，这种氧化叫做缓慢氧化。例如，动植物的呼吸、食物的腐烂、酒和醋的酿造等都包含物质的缓慢氧化。
　　缓慢氧化与燃烧有所不同，燃烧是较剧烈的氧化反应，有发光、放热现象，但缓慢氧化时，放热，一般不发光；两者的相同点是：都是氧化反应。
三、难点知识剖析
（一）、催化剂和催化作用
　　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化学反应前后都没有变化的物质叫做催化剂（或叫做触媒），催化剂在化学反应中所起的作用叫做催化作用。
理解催化剂概念要注意几点：
1、催化剂能改变其他物质的化学反应速率，包括增大或减小两个方面。例如，在用氯酸钾或过氧化氢制取氧气时，用二氧化锰作催化剂，是增大氯酸钾或过氧化氢分解的速率，今后还会学到一类催化剂，它可以减慢化学反应的速度。
2、催化剂本身的质量和化学性质不变，这并不是指催化剂不参与化学反应，而是催化剂参与化学反应后又转变为原来的物质，催化剂是反应条件。
3、催化剂可重复使用。
4、催化剂具有选择性，只对某一个或某几个反应有催化作用。例如二氧化锰是氯酸钾分解的催化剂，但不是任何化学反应的催化剂。
5、催化剂只能改变化学反应速度，不能增加或减少生成物的质量。
（二）化合反应与氧化反应
同步练习
【基础巩固】
1.氧气制备实验：
注意事项：
瓶内水位略高于长颈漏斗末端，避免_____________。广口瓶内_____________有空气，_____________气体不收集；将_____________，用手压住漏斗口,每次加入双氧水不可太多，以免氧气产生速率_____________，用_____________法收集。
2.下列说法中正确的是（ ）
A.水能灭火是因为水能降低可燃物的着火点
B.动植物的呼吸过程是一种缓慢氧化
C.红磷易发生自燃
D.物质发生氧化反应时，都伴随着发光、放热
3.某学生在实验室设计了五种制取氧气时使用药品的方案，其中可行的是（ ）
①用氯酸钾和二氧化锰混合加热②将氯酸钾加热③将高锰酸钾加热④将高锰酸钾和氯酸钾混合加热⑤将二氧化锰加热
A.①②③ B.③④⑤
C.①③④ D.②③⑤
4.燃烧、缓慢氧化、自燃的相同点是（ ）
A.反应都很剧烈
B.反应时都发光、放热
C.都属于氧化反应
D.都需要达到着火点
5.实验室制取氧气时，必不可少的最简单的一组仪器是（ ）
A.试管、酒精灯、带导管的橡皮塞、集气瓶、铁架台
B.试管、酒精灯、水槽、集气瓶
C.集气瓶、铁架台、试管、带导管的橡皮塞
D.铁架台、烧瓶、集气瓶、玻璃片
6.图2-11所示的装置，其中收集氧气时可选用（ ）
图2-11
A.①和② B.②和③ C.①和④ D.①和⑤
7.有一瓶用排水法收集好的无色气体，如图2-12所示方法进行暂时存放。据此，请你判断与这种气体相关的物理性质除颜色、状态外，还有：_____________________________________；
_________________________________________。
图2-12
8.根据图2-13所示装置，完成下列问题：
图2-13
（1）写出图中标有字母的仪器的名称：a_________，b_________。
（2）实验室欲制取并收集氧气，应选用装置_________和装置_________或装置_________连接；或选用装置_________和装置_________或装置_________连接（填装置编号）。制取氧气反应的文字表达式为_________；_________。如果用向上排空气法收集氧气并检验氧气是否收集满，则应将带有火星的木条放在_________。
【能力提升】
1.工业上制取大量氧气的方法是 （ ）
A.加热氯酸钾 B.加热高锰酸钾
C.分离液态空气 D.加热二氧化锰
2.催化剂在化学反应中所起的作用是（ ）
A.加快化学反应速率 B.使生成物质量增加
C.改变化学反应速率 D.减慢化学反应速率
3.(经典回放)小兰同学用下图所示的装置测定空气中氧气的体积分数，实验后发现测定氧气的体积分数低于1/5。针对这一事实，你认为下列做法或想法不可取的是( )
A.查看实验装置是否漏气
B.实验中可能红磷的量不足，没有将瓶内氧气耗尽
C.实验中可能未冷却至室温就打开止水夹，使进入瓶内水的体积减少
D.将红磷改为木炭再重做实验
4.某同学用氯酸钾和二氧化锰的混合物加热制取氧气时发生了爆炸，分析其可能的原因是（ ）
A.管受热不均匀 B.气体发生装置漏气
C.二氧化锰中混有可燃性杂质 D.加热温度太高
5.实验室除了用加热高锰酸钾的办法制氧气外，还常用以下两种方法制取氧气。
(1)氯酸钾在二氧化锰催化剂和加热的条件下制取氧气。
（注：催化剂能改变反应的速率，这里是加快反应速率）
(2)用双氧水在二氧化锰作催化剂的条件下制取氧气。
(注：双氧水是过氧化氢的水溶液，这里用稀溶液)
(3)研究表明，许多金属氧化物对氯酸钾的分解有催化作用。分别用下列金属氧化物作催化剂，氯酸钾开始发生分解反应和反应剧烈时的温度如下表所示：
催化剂
温度/℃
反应程度
Fe2O3
Al2O3
CuO
MgO
开始反应
470
515
305
490
剧烈反应
490
540
350
545
实验室用氯酸钾来制取氧气，在以上物质中选用催化剂，最好用（ ）
A.Fe2O3 B.Al2O3 C. CuO D. MgO
6.在实验室制取某种气体时，该气体既能用排水集气法收集，又能用向上排空气法收集。由此可肯定该气体的物理性质中有：
（1）________________________，（2）________________________。
7.以美国为首的北约军队使用一种“油气炸弹”，这种炸弹炸时首先释放出大量可燃性气体，然后可将可燃性气体引燃，这时躺在防护工事里的人即使未被炸死，也会因窒息而死亡，其原因是____________________________________________________________。
8.氧气的收集方法有：①____________法；②____________法
9.右图是某同学设计的实验室制取氧气的装置图。
(1)写出有标号的仪器名称：
①____________，②____________，③____________，④____________。
(2)改正图中的错误：
①____________________________________________________________。
②____________________________________________________________。
③____________________________________________________________。
④____________________________________________________________。
⑤____________________________________________________________。
10.如图所示：
(1)写出①②两种仪器的名称：①____________,②____________。
(2)实验室室制取氧气，应将气体发生装置____________和收集装置____________（只填排空气法）连接（填字母代号）。
【中考模拟】
1.可用推拉注射器活塞的方法检查图2-14装置的气密性。当缓慢拉活塞时，如果装置气密性良好，可观察到（ ）
图2-14
A.长颈漏斗下端口产生气泡 B.瓶中液面上升
C.长颈漏斗内有液面上升 D.注射器内有液体
2.实验室常用加热无水醋酸钠和碱石灰固体的方法制取甲烷气体，已知甲烷难溶于水，比空气的密度小，制备甲烷气体需要_________装置，要想收集更纯净的甲烷气体，最好用_________法收集。
3.为保证长时间潜航，在潜水艇里要配备氧气再生装置，有以下几种制氧气的方法：①加热高锰酸钾，②电解水，③在常温下过氧化钠固体与二氧化碳反应生成碳酸钠和氧气。
（1）写出方法③的文字表达式__________________。
（2）你认为最适合在潜水艇里制氧气的方法是（填序号）__________，与其他两种方法相比，这种方法的两条优点是____________________。
4.某班级的探究小组同学在学习了催化剂的知识后，上网查阅，获得以下信息： (1)氯酸钾氯化钾+氧气
(2)碳+氧化铜铜+二氧化碳
(3)黑色氧化铜不溶于水，氯化钾、氯酸钾易溶于水
他们想研究氧化铜能否在氯酸钾的受热分解反应中起催化剂的作用，设计了以下的对比实验和后续操作。
①任取两份氯酸钾，分别放入两支相同的试管中，在其中一份中加入精确称量的n g氧化铜粉末。
②将两份氯酸钾同时在相同条件下正确加热，将放出的气体通入水中，观察放出气体的快慢。
③停止加热，冷却，将原来混有氧化铜的反应后的混合物加水溶解，小心过滤，得出滤出物，洗涤并干燥。
④观察滤出物的状态和颜色。
⑤将滤出物和炭粉混合，在密闭容器中高温加热，将反应后产生的气体通入澄清石灰水中，并观察实验象。
（1）以上实验步骤，有一步不够严密，请你指出是哪一步？_________。
（2）要达到实验目的，除改进不严密的实验步骤外，还必须增加一个实验步骤，这个实验步骤是_________________________。
（3）实验⑤的目的是什么？为达到此目的，我们还可如何操作？
5．实验室制取氧气是初中化学阶段的重要实验。小元同学准确称取7.9g纯净的高锰酸钾加热一段时间后，收集到氧气580mL（标准状况）。
（1）请写出两个实验室用固体反应物制取氧气的化学方程式：
、 。
（2）意外发现：根据化学方程式计算，7.9g高锰酸钾完全分解，应生成氧气560mL（标准状况）。小元通过数据分析，意外发现收集到的氧气体积和理论计算的氧气体积不相符合，并且在实验中还意外发现锰酸钾溶液呈墨绿色。
（3）提出假设：小元取实验后的少量固体残渣再次加热，经检验又产生了氧气。根据小元发现的问题和上述实验结果可以做出如下假设：
假设1：二氧化锰也可以受热分解产生氧气
假设2：锰酸钾也可以受热分解产生氧气
假设3：二氧化锰和锰酸钾受热都可以放出氧气
假设4： （只填一种）
（4）设计实验：小元用最初加热所得的残渣及必要的实验用品，设计了如下实验流程验证假设2。请在下面实验流程方框中的相应位置填写各步骤的实验操作名称。


请简要叙述步骤5的操作
。
（5）得出结论：若观察到 ，则假设2成立；若观察到 ，则假设2不成立。
6.下图是实验室制取干燥氧气的装置：
（提示：分液漏斗可以防止气体外逸）
（1）写出图中标号d的仪器名称 。
（2）a中的药品是 ；c中试剂的作用是 。
（3）请说明如何改正装置中的两处错误 、 。
制取氧气答案
同步练习
【基础巩固】
1、思路解析:本题考查过氧化氢分解法制备氧气的实验原理。
答案：产生的氧气逸出　不能残存　反应刚开始产生的　塞子塞紧　太快　排水
2、思路解析：着火点是物质的本身属性，不可改变。水能够灭火，主要是因为水蒸发吸收大量的热，使火焰的温度迅速降低到可燃物的着火点以下；动植物吸入氧气，呼出二氧化碳，使体内的有机物氧化分解释放能量，属于氧化反应，也可说是缓慢氧化；红磷着火点很高，不容易发生自燃，白磷则容易自燃，因为白磷的着火点很低；物质发生氧化反应，不一定都发光，但可以发热。
答案：B
3、思路解析：氯酸钾直接加热，很难分解；二氧化锰加热不分解，无法产生氧气。故②⑤不可能。
答案：C
4、思路解析：燃烧、缓慢氧化、自燃，三者的共同点都是与氧气反应，都属于氧化还原反应。
答案：C
5、思路解析：解该题必须首先掌握用哪些药品和方法制取氧气，然后根据药品和仪器的性能去选答案。若用固体物质（如高锰酸钾、氯酸钾）加热制取氧气，只能选A组；若用液体（如过氧化氢）常温制取氧气，可选C组。根据题干要求，答案为C。
答案：C
6、思路解析：根据氧气不易溶于水，且不与水反应，可用排水法收集；在通常情况下，氧气比空气略重，且不与空气中的其他成分反应，可用向上排空气法收集，收集时，导管口应接近集气瓶瓶底，便于将集气瓶内的空气排尽。故答案为D项。
答案：D
7、思路解析：此题主要涉及氧气的物理性质，旨在考查识图能力以及分析问题与解决问题的?能力。
答案：（1）密度比空气小
(2)难溶于水
8、思路解析：本题主要考查氧气的实验室制法。实验室里常采用加热高锰酸钾和分解过氧化氢的方法制取氧气，根据反应物的状态和反应条件，发生装置可选用A、B，根据氧气不易溶于水，密度比空气大，收集装置可选用C、D。氧气的检验和验满不同，检验氧气时，应将带火星的木条伸入集气瓶中，用向上排空气法检验氧气是否收集满时，应将带火星的木条放在集气瓶口处。
答案：（1）酒精灯 试管 （2）A C D B C D
高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气 过氧化氢水+氧气 D瓶口处
【能力提升】
1、思路解析：大量氧气的制备即工业制备氧气，一般采用分离液态空气法。A、B都是实验室制备少量氧气的方法；D无法得到氧气。
答案：C
2、思路解析：催化剂可以改变化学反应速率，在生产上我们一般要求加快反应速率，在其他领域则需要用催化剂降低化学反应速率；如食品的防腐、橡胶的防老化等领域。
答案：C
3、思路解析:本题旨在探究实验室测定空气中氧气体积的方法。用题给实验方法测定空气中氧气的体积分数若低于1/5，则造成误差的原因可能有三种。一是红磷不足量；二是装置漏气；三是未等瓶内气体冷却就打开了止水夹。这三个方面，无论哪一个方面出问题，所测O2体积分数都会低于1/5。因此，应从这三方面去检查失误原因，切不可用木炭代替红磷再做实验。因木炭燃烧产生的是CO2，CO2填充了所耗O2的体积，瓶内气体压强基本不变，实验目的更难达到。所以用题给实验方法测定空气中氧气体积时，所选可燃物应满足两个条件：①能在空气中燃烧；?②燃烧的产物是固体。
答案：D
4、思路解析：由于加热时体系温度比较高，且产生了大量氧气，只要有可燃物，就可能发生爆炸。
答案：C
5、思路解析：本题考查氧气的制备过程中催化剂的作用。催化剂能够改变（一般指加快）化学反应速率，但自身质量不发生变化。根据上述表格得知：选择催化剂最佳依据是在条件最低但催化效果最好。
答案：C
6、思路解析：排水法收集气体，要求气体在水中的溶解度很小，或者是难溶于水；能用向上排气法收集，要求该气体密度比空气的大。
答案：(1)难溶于水　(2)比空气重
7、思路解析：汽油炸弹在爆炸后大量燃烧消耗空气中的氧气，使得防御工事中的士兵窒息死亡。
答案：汽油炸弹在爆炸后大量燃烧消耗空气中的氧气，使得防御工事中的士兵窒息死亡
8、思路解析：根据氧气的性质，可以用排水法收集氧气，也可以用向上排空气法收集氧气。
答案：①排水　②向上排空气
9、思路解析：该装置错误分析：对固体加热，应该使得试管管口向下倾斜，以防止固体中含有的水蒸汽冷凝后回流，炸裂试管；导气管管口应该紧贴橡皮塞，不应该伸入试管太长；应该用酒精灯的外焰加热，不能使用焰心加热；铁夹不应该夹在试管的中部，而应该夹在离管口处；导气管应该深入到集气瓶瓶底，不应该在集气瓶瓶口。
答案：(1)①酒精灯　②试管　③铁架台　④集气瓶
(2)①应该使得试管管口略向下倾斜　②导气管应拽出一部分　③应该用酒精灯的外焰加热　④铁夹应该夹在试管口三分之一处　⑤导气管应该插入到集气瓶瓶底
10、思路解析：本题考查氧气的实验室制法，包括气体发生、收集装置。
答案：(1)①锥形瓶　②长颈漏斗　(2)A　D
【中考模拟】
1、思路解析：解此题的关键是理解原理，分析装置内外气压的大小变化。从而推理出可以观察到的现象：注射器缓慢拉活塞时，锥形瓶内气压将逐渐减小，小于外界大气压强，外界空气就将由长颈漏斗进入锥形瓶内，锥形瓶底部注有水，长颈漏斗下端口产生气泡，现象非常明显。
答案：A
2、思路解析：此题是确定气体发生装置以及收集方法的信息题。选择气体发生装置，主要考虑制备气体的反应物状态及反应条件。由题中所给信息，我们不难看出制取甲烷与用高锰酸钾制氧气在某些方面（如反应物状态、条件）具有相似性，即反应物为固体，反应条件为“加热”。因此可选类似装置。选择气体收集方法，主要考虑气体的某些物理性质（如水溶性、密度），题目中给出的甲烷难溶于水，密度比空气小的信息可帮助我们选择排水集气和向下排空气的方法来收集甲烷。由于气体的散逸性，要想收集到较纯的气体，最好采用排水集气法。
答案：加热高锰酸钾制取氧气的 排水集气
3、思路解析：本题是探索型信息迁移题。做此类题时，要注意寻找题目所给出的相同和不同点，从而找到答案。分析三种方法可找出这三种方法的不同在于：①条件不同；②反应物不同。三个变化中，只有方法③是在常温进行的，而①需要加热，②需要通电，它们都要消耗能源。为能保证长时间潜航，在潜水艇这个特定的环境中，节约能源显然是极其重要的。在这三个变化中，方法③是以空气中的二氧化碳为原料制取氧气的，它能保证潜水艇中二氧化碳和氧气的循环，在长时间潜航时，能保证艇上人员的安全。
答案：（1）过氧化钠+二氧化碳→碳酸钠+氧气
（2）③ 不需要消耗能源，在制得氧气的同时处理掉了人呼吸产生的二氧化碳。
4、思路解析：这是一道研究化学原理知识的探究题，重在考查对某化学原理——氯酸钾分解反应中催化剂作用的理论认识，以及通过较规范的实验探讨此认识的能力。
首先，要有对催化剂概念确切的把握。能够改变其他物质反应的速率，而本身的质量和化学性质在反应前后不发生改变，这样的物质叫做催化剂。催化剂的基本特点有两条：一是改变其他物质化学反应速率；二是反应前后本身的质量和化学性质不改变。以实验探讨氯酸钾分解反应中氧化铜能否起催化作用，要求实验设计必须包含以下内容：比较相同温度等条件下，纯净氯酸钾和相同质量的混有氧化铜粉末的氯酸钾反应速率是否相同，要通过放出氧气的快慢（如冒气泡的速率），从现象上加以确证。要对反应前和反应后的氧化铜的质量分别进行称量，以确定其质量是否改变；要对反应后的氧化铜的化学性质（如能否与碳反应）进行实验，从现象上加以确证。
对照所给的实验方案，发现步骤①任取两份氯酸钾，做对比实验时，该方法不够严密；此方案的最大问题是没有称量反应前后氧化铜的质量，无法证明反应前后氧化铜质量不改变，从而无法全面、准确地认识氧化铜在氯酸钾分解反应中起催化作用。实验第⑤步做碳还原氧化铜的实验并观察黑色粉末变为亮红色，以及澄清石灰水变浑浊的现象，旨在证明氧化铜仍有在高温下与碳发生反应的性质。即化学反应前后，氧化铜的化学性质未改变。我们可以将过滤干燥过的氧化铜放入另一份质量相同的氯酸钾中，重复②的操作，证明氧化铜的化学性质在反应前后不变的事实。
答案：（1）第①步 （2）精确称量滤出物的质量（3）将③步得到的氧化铜加入氯酸钾中，重复②的操作。
5、答案：
（1）
（3）MnO2可以催化K2MnO4受热分解产生O2（或“K2MnO4可以催化MnO2受热分解产生O2”或“KMnO4在不同温度下以其它方式分解产生更多氧气”或“升高温度K2MnO4和MnO2相互反应产生O2”）（合理假设均给分）
（4）溶解 过滤 蒸发
取干燥后的固体于试管中充分加热，将带火星的木条（或燃烧的木条）插入试管中，未表达出“充分加热”的含义扣1分，其它合理答案给分）
（5）带火星的木条复燃（木条燃烧更旺） 带火星的木条没有复燃（木条没有燃烧更旺）
6、答案：（1）集气瓶 （2）过氧化氢溶液（“双氧水”、“过氧化氢”、“H2O2”均给分）
干燥氧气（“吸收氧气中的水蒸气”、“干燥”、“吸水”等合理答案均给分）
（3）装置c中的左边导管插入液面下（或“装置c中的进气导管插到液面下”）
用向上排空气法收集（或“用瓶口向上排空气法收集”）

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