第2单元 课题4-2 制取氧气（二）（学生版）-2024年初中化学同步（人教版）

第2 单元 课题4-2 制取氧气(二) 课程标准 学习目标 1 初步学习氧气的实验室制法。 2 能设计简单实验，制备并检验氧气。 3 探究过氧化氢分解反应中二氧化锰的催化作 用，知道催化剂对化学反应的重要作用。 1．比较实验室制取氧气的三种方法。 2．掌握分解反应。 3．了解氧气的工业制法。 自主梳理 二、分解过氧化氢制取氧气 1．反应原理(过氧化氢溶液是一种 无 色 液 体，二氧化锰是一种 黑 色 粉末状 固体) 文字表达式：过氧化氢 水 + 氧气 符号表达式：22 2 + 2 2．实验装置 3．实验步骤 (1)连接装置并检查装置的气密性。 (2)向锥形瓶中加入二氧化锰固体。 (3)塞好带有长颈漏斗(或分液漏斗)和导管的双孔塞。 (4)向长颈漏斗(或分液漏斗)中加入过氧化氢溶液。 (5)用排水集气法收集。 三、加热氯酸钾制取氧气 1．反应原理(氯酸钾是一种 白 色 固 体) 文字表达式：符号表达式：2．实验装置 目标任务 01 预习导学 02 高锰酸钾试管口 需要 (填“需要”或“不需要”，下同)放棉花，而氯酸钾 不需要 放棉花。 3．操作步骤：同高锰酸钾 四、催化剂与催化作用 1．催化剂 (1)定义：在化学反应中能 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。 (2)特点：“一变两不变” 一变： 其他物质的化学反应速率 ；(可以加快也可以减慢) 两不变： 本身的质量和化学性质 。(物理性质可以改变) （3）注意点： ①催化剂 不能 (填“能”或“不能”)改变生成物的质量； ②催化剂 不能 (填“能”或“不能”)控制反应的发生与停止； ③同一化学反应 不一定 (填“一定”或“不一定”)只有一种催化剂；同一物质可以在 不同 的化学反应 中起催化作用。 2．催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用。 3．验证某物质是催化剂 (1)将反应后的混合物过滤、洗净、干燥、称量，先验证物质质量反应前后相等。 (2)将反应后的物质重复原实验，发现该物质仍具有催化作用，也即化学性质反应前后不变。 五、分解反应 1．定义：由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应。分解反应属于(填“属于”或“不属于”)基 本反应类型之一。 (2)特征：一变多，通式：→B++……。 六、工业上制取氧气 1．工业生产需要考虑的因素：原料来源是否广泛、价格是否便宜、成本是否低廉、能否大量生产以及对 环境的影响等。 2．“分离液态空气”制氧气的流程 空气 液态空气 氮气 （低温） 液态氧（储存在蓝色钢瓶中） （加压） 蒸发 -196℃ 3．原理：利用了液态氮和液态氧的沸点不同，属于物理(填“物理”或“化学”)变化。 预习检测 1．实验室制取氧气的反应： ，该反应属于( ) ．分解反应 B．化合反应 ．复分解反应 D．置换反应 2．实验室常用过氧化氢和加热氯酸钾制取氧气，两者不相同的是( ) ．实验装置 B．都使用二氧化锰做催化剂 ．都发生分解反应 D．都生成了两种物质 3．关于分解反应，说法错误的是( ) ．反应物一定是化合物 B．生成物中至少有一种单质 ．各元素存在的形态一定发生变化 D．各元素的化合价可能发生改变 4 在实验室用双氧水制氧气时，不使用二氧化锰的结果是 ．不产生氧气 B．没有影响 ．产生氧气速率变慢 D．产生氧气质量减少 5 下列反应属于分解反应的是( ) ．碳+氧气 二氧化碳 B．石蜡+氧气 二氧化碳+水 ．水 氧气+氢气 D．铁+氧气 四氧化三铁 6 下图关于工业上“分离液态空气法”制氧气，说法中正确的是( ) ．此方法制氧气的原料来源广泛 B．该分离过程是化学变化 ．说明液氧比液氮沸点低 D．该液体物质是纯净的氧气 7 在学习中我们了解到常用制取氧气的方法有如图所示的四种： 请回答问题： (1)工业上常采用途径丁来制取氧气，根据氮气和氧气的______不同，这种方法是________(填“物理”或 “化学”)变化。 (2)以绿色化学的理念，你认为甲、乙、丙三种制取氧气的途径中，___________(填“甲”、“乙”或 “丙”)途径更能体现化学实验的绿色化追求。写出该反应的符号表达式___________。 8 氧气是生命活动的必需气体。下列关于氧气的性质、制备说法不正确的是( ) ．双氧水制取氧气时，先加固体二氧化锰，再加液体双氧水 B．可用向上排空气法或排水法收集氧气 ．排水法收集氧气，待导管口出现连续而均匀气泡时，再将导管伸入瓶口收集气体 D．利用上图装置可比较M2和u 对22分解的影响 9 用氯酸钾制氧气时，错把高锰酸钾当二氧化锰加入，其结果是( ) ．速率加快，生成氧气量变大 B．速率不变，生成氧气量变大 ．生成氧气的质量不变 D．不生成氧气 10．根据如图实验装置，请回答： (1)仪器的名称是______。 (2)检查装置气密性的方法是夹紧止水夹_______则气密性良好。 (3)用22制取氧气，选择的发生装置为______(填字母)，反应的符号表达式为_______。 (4)用装置F 和量筒连接可以收集并测量2体积，在F 中气体应从导管_____(选填“b”或“”)端通入。 ►环节一 探究催化剂的作用 问题探究1 分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的作用 探究提升 03 【资料】催化剂的作用 催化剂在化工生产过程中有重要作用，有的反应如果没有催化剂就不能进行，大多数化工生产都有催化 剂的参与。例如，在石油炼制过程中，用高效催化剂生产汽油、煤油等；在汽车尾气处理中用催化剂促 进有害气体的转化；酿造工业和制药工业都要用酶作催化剂，某些酶制剂还是宝贵的药物。 实验操作 实验现象 现象分析 (1)在试管中加入5mL5%过氧化氢溶 液，把带火星的木条伸入试管，观察现 象。 (2)向上述试管中加入少量二氧化锰， 把带火星的木条伸入试管，观察现象。 (3)待上述试管中没有现象发生时，重 新加入过氧化氢溶液，并把带火星的木 条伸入试管，观察现象。待试管中又没 有现象发生时，再重复上述操作，观察 现象。 结论 要点归纳 二、分解过氧化氢制取氧气 过氧化氢溶液是一种无色液体，二氧化锰是一种黑色粉末状固体 文字表达式：过氧化氢 水 + 氧气 符号表达式：22 2 + 2 三、加热氯酸钾制取氧气 氯酸钾是一种白色固体 文字表达式：氯酸钾 氯化钾 + 氧气 符号表达式：Kl3 Kl + 2 四、催化剂与催化作用 1．催化剂 二氧化锰 M2 加热 二氧化锰 加热 M2 (1)定义：在化学反应中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。 (2)特点：“一变两不变” 一变：其他物质的化学反应速率 ；(可以加快也可以减慢) 两不变：本身的质量和化学性质 。(物理性质可以改变) 2．催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用。 3．验证某物质是催化剂 (1)将反应后的混合物过滤、洗净、干燥、称量，先验证物质质量反应前后相等。 (2)将反应后的物质重复原实验，发现该物质仍具有催化作用，也即化学性质反应前后不变。 典例精讲 【例1】结合如图实验，下列说法正确的是( ) ．实验①带火星的木条不复燃，说明没有产生氧气 B．实验③带火星的木条复燃且二氧化锰质量减少 ．该实验证明氧气可以支持燃烧 D．实验①的反应速率比实验③的快 【例2】(广西南宁市武鸣区2022-2023 学年八年级下学期期末)某同学阅读课外资料得知：实验室制取 氧气除了用二氧化锰还可以用氧化铜等物质作催化剂，于是就对氧化铜产生了探究兴趣。 【提出问题】氧化铜是否也能作氯酸钾分解的催化剂？它是否比二氧化锰催化效果更好？ 【查阅资料】氧化铜为黑色固体，不溶于水。 【设计实验】以生成等体积的氧气为标准，设计了下列三组实验(其他可能影响实验的因素均忽略)。 【进行实验】 实验序号 Kl3质量 其他物质质量 待测数据 ① 12g ② 12g 氧化铜05g ③ 12g 二氧化锰05g (1)上述实验应测量的“待测数据”是收集等体积氧气所需的________。 (2)若实验②比实验①的“待测数据”更________(填“长”或“短”)，说明氧化铜能加快氯酸钾的分解速 率。 (3)从实验②反应后的固体中，分离出氧化铜，若称得氧化铜质量仍为05g，说明氧化铜的________在化 学反应前后保持不变。再将该氧化铜放入试管中，加入过氧化氢溶液，若观察到________，说明氧化铜的 ________在化学反应前后保持不变。 【预期结论】 (4)氧化铜________(填“能”或“不能”)作氯酸钾分解的催化剂。 ►环节二 探究氧气的工业制法 问题探究1 氧气的工业制法 【资料】 空气中含氧气的体积约为21%，这是制取氧气的廉价、易得的原料。 怎样才能把氧气从空气中分离出来呢？我们知道，任何液态物质都有一定的沸点。 科学家们正是利用了物质的这一性质，在低温条件下加压，使空气转变为液态，然后蒸发。由于液态氮的 沸点是-196℃，比液态氧的沸点(-183 ℃)低，因此氮气首先从液态空气中蒸发出来，剩下的主要就是液 态氧了。为了便于贮存、运输和使用，通常把氧气加压到15×104kP，并贮存在蓝色的钢瓶中。 近年来，膜分离技术得到迅速发展。利用这种技术，在一定压力下，让空气通过具有富集氧气功能的薄 膜，可得到含氧量较高的富氧空气。利用这种膜进行多级分离，可以得到含90%以上氧气的富氧空气。 富氧膜的研究在医疗、发酵工业、化学工业、富氧燃烧等方面得到重要应用。 工业上制取氧气主要有下列步骤： (1)从步骤②可以得出液态氮的沸点比液态氧的沸点 ______(填“高”或“低”)。 (2)贮存在蓝色钢瓶里的“工业液氧”是 ______(填“纯净物”或“混合物”)。 (3)工业上采用该方法制氧气，这一变化属于______变化(填“物理”或“化学”)；而实验室可用过氧化氢 分解制氧气，请写出有关符号表达式：______，其基本反应类型是______。 要点归纳 氧气的制取 1 工业制法：分离液态空气法(物理变化) 空气 液态空气 氮气 （低温） 液态氧（储存在蓝色钢瓶中） （加压） 蒸发 -196℃ 2 实验室制法(化学变化)： (1)加热高锰酸钾(KM4)固体： 加热 高锰酸钾 KMnO4 锰酸钾+二氧化锰+氧气 K2MnO4 O2 MnO2 (2)分解过氧化氢(22)溶液： 过氧化氢 水+ 氧气 二氧化锰 H2O2 H2O O2 (3)加热氯酸钾(Kl3)固体： 氯酸钾 氯化钾+ 氧气 二氧化锰 KClO3 KCl O2 加热 典例精讲 【例3】(山东省泰安市岱岳区2022-2023 学年八年级下学期期中)工业制氧气采用分离液体空气法，先 将空气液化，然后逐渐升温，关于这个过程的描述不正确的是 属于物理变化 B 有新物质氧气生成 先收集到的氮气沸点较低 D 利用了物质的沸点不同 【例4】(江苏省昆山市、太仓市、常熟市、张家港市2021-2022 学年九年级上学期期末化学试题)人类 从测定空气中的氧气含量到获取氧气进行了无数次实验。 (1)空气中氧气体积分数的测定。 实验装置如图1，实验步骤如下： ①将集气瓶的容积划分为5 等份，并做好标记； ②在燃烧匙中装人过量红磷，将导管上的止水夹夹紧，点燃红磷，并迅速伸入集气瓶内，塞紧橡皮塞； ③待集气瓶冷却至室温，打开止水夹。 甲同学进行该实验，测出的空气中氧气的体积分数低于1/5。经检查步骤①无误，分析造成误差的原因可 能是_______(写出3 点)。 (2)氧气的工业制法。 “深冷法”(如图2)是分离净化后的液态空气获得氧气的方法。生产过程中，先控制温度t 的范围 为-196℃<t<-186℃，目的是_______。 (3)氧气的实验室制法。 ①要组装一套制取2的发生装置，从图3 中可选的仪器为______(填字母)，用此装置制取氧气的化学方程 式为_______。 ②相同条件下2密度比空气大，利用该性质可以通过______法收集2。 ③若用图4 所示装量测量生成2的体积，2应从______(填“”或“b”)端通入。 二、分解过氧化氢制取氧气 反应原理 实验装置 实验步骤 文字表达式： (1)连接装置并检查装置的气密性。 课堂总结 04 过氧化氢水 + 氧气 符号表达式： (2)向锥形瓶中加入二氧化锰固体。 (3)塞好带有长颈漏斗(或分液漏斗)和导管的双孔 塞。 (4)向长颈漏斗(或分液漏斗)中加入过氧化氢溶 液。 (5)用排水集气法收集。 三、加热氯酸钾制取氧气 反应原理 实验装置 实验步骤 文字表达式： 符号表达式： 高锰酸钾试管口需要(填“需要”或“不需 要”，下同)放棉花，而氯酸钾不需要放棉 花。 同高锰酸钾 四、催化剂 定义：在化学反应中能 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。催化剂在化学反应中所起的作用。 ①催化剂不能改变生成物的质量；②催化剂不能控制反应的发生与停止； 五、分解反应 定义：由一种反应物生成两种或两种以上其他物质的反应。分解反应属于基本反应类型之一。 六、工业上制取氧气 空气 液态空气 氮气 （低温） 液态氧（储存在蓝色钢瓶中） （加压） 蒸发 -196℃ 原理：利用了液态氮和液态氧的沸点不同，属于物理(填“物理”或“化学”)变化。 1 (2023 年山西省中考)实验室用加热氯酸钾和二氧化锰混合物的方法制取氧气，有关操作如下，正确的 一项是 强化训练 05 试管口应该倾斜 B 用酒精灯火焰加热 气泡连续放出时开始收集 D 收集前集气瓶应装满水 2 (湖北省宜昌市枝江市实验中学等学校2022-2023 学年九年级上学期期中)下列有关催化剂的说法中正 确的是 催化剂就是二氧化锰 B 催化剂总是能加快其他物质的化学反应速度 在化学反应前后催化剂的质量和性质都没有改变 D 生成物的质量与催化剂无关。 3 (湖南省衡阳市2022-2023 学年九年级上学期期中模拟)如图所示四种途径都可以得到2(反应条件已省 略)，下列说法错误的是 根据绿色化学理念，甲途径是实验室制2的最佳方 B 为了使甲、乙两种途径更快地得到2，还需要加入催化剂 甲、乙和丙途径中发生化学变化的基本反应类型都是分解反应 D 工业上采用途径丁制取大量2，主要是利用了2和2的密度不同 4．(2023 年陕西省中考)氧气是维持生命的重要物质。下列说法不正确的是 ．自然界绿色植物的光合作用产生氧气，同时消耗大气中的二氧化碳 B．工业上分离液态空气制氧，利用的是液氧、液氮的沸点不同 ．家用制氧机有的是通过吸附空气中的氮气得到较纯的氧气，该过程氧分子未发生变化 D．实验室电解水制氧气，生成氢气和氧气的质量比为2 1 ∶ 5 (山东省淄博市周村区2022-2023 学年八年级下学期期末)如图是氧气的制取和性质的相关知识络(反应 条件部分省略)，下列有关说法不正确的是 反应④⑤⑥均属于氧化反应 B 反应①③中M2的作用均为催化作用 反应①②③均属于分解反应 D 反应④⑤⑥都可以用来测定空气中氧气的含量 6 (湖南省衡阳市2022-2023 学年九年级上学期期中模拟)下列图像中有关量的变化趋势正确的是 ①图：加热等质量的两份氯酸钾，一份加入二氧化锰，一份不加入二氧化锰 B ②图：一定量的硫粉与过量的氧气在密闭容器内点燃并充分反应 ③图：向一定质量的二氧化锰中加入过氧化氢溶液 D ④图：加热一定质量高锰酸钾固体产生氧气至完全分解 7．(2023 年江西省中考)下图是氧气的实验室制取与性质的有关实验示意图。 (1)图一中仪器①的名称是_______。 (2)实验室用装置制取氧气的化学方程式为_______。加热药品前使试管均匀受热的具体操作是_______。 (3)欲收集一瓶干燥的氧气，可从图一中选择的收集装置是_______(填序号)。 (4)图二为木炭在氧气中燃烧的实验。为检验产物二氧化碳，Ⅳ中倒入的试剂为_______。对比步骤Ⅰ和Ⅱ 的木炭燃烧情况，得出可燃物燃烧的条件之一是_______。 8 (2023 年四川省内江市中考)下图是实验室制取气体常用的发生和收集装置，请回答有关问题。 (1)写出图中标注仪器的名称：①_______；②_______。 (2)实验室选用装置BD 组合制取并收集氧气，其反应的化学方程式为_______，当D 中集气瓶里的水排完 后，在水里用玻璃片_______(填“磨砂”或“光滑”)一面盖住集气瓶口，将集气瓶移出水面，_______(填 “正放”或“倒放”)在桌面上。 (3)用加热高锰酸钾固体的方法制取并收集氧气，可选_______装置和E 装置，验满的方法是_______。 (4)实验室若用装置制取二氧化碳，加盐酸时液面高度至少应该在_______(填“”或“b”)处以上：检验二 氧化碳时，将气体通入澄清石灰水变浑浊的化学方程式为_______。 9．(2023 年山东省滨州市中考)化学是一门以实验为基础的学科。根据下列实验装置图，回答问题： (1)仪器①的名称是___________； (2)若小滨同学在实验室中用过氧化氢溶液和二氧化锰制取并收集一瓶干燥的氧气，应选用的装置组合是__ _________(填字母序号)。该反应中二氧化锰起___________作用，发生反应的化学方程式为___________。 10．(2023 年四川省眉山市中考)根据下图所示实验回答问题。 (1)中反应的化学方程式为_____，其基本反应类型是_____。 (2)B 中铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，生成_____色固体。 (3)中连接电源正、负两极玻璃管内产生的气体体积比约为_____。 11．(2023 年江苏省苏州市中考)在实验室和生活中选择合适的药品和装置可以制取氧气。 Ⅰ、实验室用图-1 所示装置制取并收集氧气。 (1)用 作催化剂， 加热分解得到 和Kl。该反应的化学方程式为______。 (2)装置中仪器X 的名称为______。收集干燥氧气应选取的收集装置为______(选填字母)。 (3)搭建如图-2 所示装置时，需要调整试管的倾斜角度，可松开______(选填“ ”、“ ”或“ ”)处 的螺丝，待调整后再拧紧。 (4)实验结束时，下列两步操作中先进行的是______(填序号)。 ．移走并熄灭仪器X b．断开试管与洗气瓶之间的连接 Ⅱ、某款家用制氧机利用过碳酸钠( )和二氧化锰同时加入水中制取氧气。 已知：①过碳酸钠易溶于水，遇水分解为 和 。 ② 可以将K 转化为2。 (5)制氧机制氧说明(部分)见下表，其中、B 剂的成分是过碳酸钠或二氧化锰。 剂 B 剂 平均供氧量(毫升/分钟) 供氧时间(分钟