第2单元 课题4-2 制取氧气（二）（教师版）-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 目标任务 01 预习导学 02 二氧化锰 M2 1．反应原理(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 2．实验装置 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 加热 二氧化锰 加热 M2 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 【答】 【详解】氯酸钾在以二氧化锰做催化剂的条件下反应生成氯化钾和氧气，由一种物质生成两种或两种以上 其它的物质的反应叫分解反应，故选。 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 【答】 【详解】、过氧化氢在二氧化锰催化剂条件下制氧气，选用固液常温型装置，加热氯酸钾制取氧气，选用 固固加热型装置，故符合题意； B、两种制法都使用二氧化锰做催化剂，故B 不符合题意； 、过氧化氢在二氧化锰催化剂条件下分解生成水和氧气，氯酸钾在二氧化锰催化剂条件下分解生成氯化钾 和氧气，反应都是一种物质生成两种物质，符合分解反应的特征，都发生分解反应，故不符合题意； D、过氧化氢在二氧化锰催化剂条件下分解生成水和氧气，氯酸钾在二氧化锰催化剂条件下分解生成氯化 钾和氧气，都生成了两种物质，故D 不符合题意。 故选：。 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 【答】B 【详解】、分解反应是一种物质反应后生成两种或两种以上的物质，反应物一定是化合物，故选项说法正 确； B、分解反应的生成物中不一定有单质，如碳酸分解生成水和二氧化碳，故选项说法错误； 、元素存在形态不是一定不变，也可能会发生改变，如过氧化氢分解生成水和氧气，氧元素由化合态变为 游离态，故选项说法错误； D、分解反应是一种物质反应后生成两种或两种以上的物质，如水电解生成氢气和氧气，氢元素和氧元素 的化合价均发生改变，故选项说法正确。 故选：B。 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 【答】 【详解】 若不使用二氧化锰做催化剂，过氧化氢在常温下也会缓慢分解产生氧气，生成氧气的速率减慢，但产生氧 气的总质量不变。 故选：。 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 【答】 【详解】、该反应为多种物质生成一种物质的反应，属于化合反应，该选项不符合题意； B、该反应的反应物和生成物均有两种，不属于分解反应，该选项不符合题意； 、该反应为一种物质生成多种物质的反应，属于分解反应，该选项符合题意； D、该反应为多种物质生成一种物质的反应，属于化合反应，该选项不符合题意。 故选：。 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 【答】 【详解】、该方法是利用分离液态空气获得氧气，空气来源广泛，符合题意； B、该分离过程，只是利用液氮和液氧沸点的不同，将其分离，无新物质生成，属于物理变化，不符合题 意； 、分离液态空气时，氮气先分离出来，说明液氮比液氧的沸点低，不符合题意； D、该液体物质是由氧气、稀有气体等混合而成，属于混合物，不符合题意。 故选：。 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___________。 【答】(1)沸点 物理 (2) 乙 22 2 + 2 【详解】(1)工业上分离液态空气制取氧气，根据液态氧和液态氮的沸点不同而分离出氧气，所以是物理变 化； (2)以绿色化学的理念，甲、乙、丙三种制取氧气的途径中乙途径更能体现化学实验的绿色化追求，因为不 需要加热，节约能源，过氧化氢在二氧化锰的催化作用下生成水和氧气，反应的符号表达式为：22 2 + 2。 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 【答】D 【详解】 、双氧水制氧气时，先加固体再加液体，说法正确； B、因氧气密度大于空气且不易溶于水，故可以用向上排空气法和排水法收集氧气，B 说法正确； 、排水法收集氧气时，刚开始排出的气体因有空气而不纯，故应导管口出现连续而均匀气泡时，再收集， M2 M2 说法正确； D、探究M2和u 对22分解的影响时，除M2和u 不一致外其他因素应该都一致，但图中还有过氧化氢溶液 的浓度不一致，故不能比较M2和u 对22分解的影响，D 说法错误； 故选D。 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 【答】 【详解】、用氯酸钾制氧气时，错把高锰酸钾当二氧化锰加入，高锰酸钾加热会反应生成锰酸钾和二氧化 锰和氧气，由于二氧化锰的生成，氯酸钾分解速率仍会加快，但是由于高锰酸钾也产生了氧气，故氧气的 质量变大，故选项符合题意； B、由选项分析可知，速率变大，故B 选项错误，不符合题意； 、由选项分析可知，产生氧气的质量变大，故选项说法错误，不符合题意； D、由选项分析可知，产生氧气且质量变大，故D 选项说法错误，不符合题意。 故选：。 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。 【答】(1)长颈漏斗 (2)从长颈漏斗中倒入水至浸没长颈漏斗的下端管口，使长颈漏斗中形成一段水柱，过一会，水柱不下降 (3) 22 2 + 2 (4) 【详解】(1)仪器的名称是长颈漏斗。 (2)检查装置气密性的方法是夹紧止水夹，从长颈漏斗中倒入水至浸没长颈漏斗的下端管口，使长颈漏斗中 形成一段水柱，过一会，水柱不下降，则气密性良好。 (3)用22制取氧气，选择固液常温型发生装置，反应的符号表达式为：22 2 + 2 。 M2 M2 (4)用装置F 和量筒连接可以收集并测量2体积，当剩余的水较少时，水易从b 端排出，则在F 中气体应从 导管端通入。 ►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 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 【答】带火星的木条不复燃 过氧化氢溶液在常温下分解缓慢，放出的氧气很少 木条复燃 过氧化氢溶液中加入少量二氧化锰，分解加速 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。 现象一致 二氧化锰没有被消耗，可以持续加速反应 过氧化氢在二氧化锰催化下，分解生成水和氧气：过氧化氢 水+氧气 22 2 2 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 (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( ) 二氧化锰 二氧化锰 M2 加热 二氧化锰 加热 M2 ．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 【答】 【详解】、实验①带火星的木条不复燃，说明氧气浓度不足，并不能说明没有产生氧气，错误； B、催化剂反应前后质量不变，故二氧化锰质量不变，错误； 、该实验证明氧气可以支持燃烧，正确； D、由图可知，实验①的反应速率比实验③的慢，错误； 故选：。 【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。 【答】(1)时间 (2)短 (3) ①质量 ② 有较多气泡产生 ③ 化学性质 (4)能 【解析】 (1)比较催化效果可以比较产生氧气的速度，速度越快效果越好。则可以比较相同时间内收集氧气的体积或 比较收集等体积氧气所需的时间，所以上述实验应测量的“待测数据”是收集等体积氧气所需的时间。 (2)收集等体积氧气所需时间越短，产生氧气速度越快。氧化铜能加快氯酸钾的分解速率，则②所用时间更 短，所以若实验②比实验①的“待测数据”更短，说明氧化铜能加快氯酸钾的分解速率。 (3)催化剂能改变物质的反应速率，反应前后质量和化学性质不变。上步已经验证了能改变反应速率，则此 时需要验证的是质量和化学性质是否改变。实验②加入05g 氧化铜，反应后氧化铜的质量仍为05g，所以 氧化铜的质量在化学反应前后保持不变。化学性质不变，过氧化氢可以用作过氧化氢的催化剂，加速过氧 化氢分解，则将分离得到的氧化铜加入过氧化氢溶液中依然会加速过氧化氢分解。所以加入氧化铜后观察 到有较多气泡产生，说明氧化铜的化学性质在化学反应前后保持不变。 (4)氧化铜能加快过氧化氢分解的速度，且反应前后质量和化学性质不变，所以氧化铜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______。 【答】(1)低 (2)混合物 (3)物理 22 2 + 2 分解反应 【详解】(1)步骤②中，首先蒸发出的是氮气，说明氮气的沸点比氧气的沸点低。 (2)由图示知，储存在蓝色钢瓶里的“工业液氧”中含有氧气、稀有气体、二氧化碳等，属于混合物。 (3)工业上制取氧气采用的分离液态空气法，是利用液态氧与液态氮的沸点不同，将氮气分离出来，由于分 离过程中没有生成其他物质，属于物理变化。实验室可用过氧化氢在二氧化锰的催化下分解为水和氧气， 符号表达式为22 2 + 2，在该反应中反应物只有一种，生成物有两种，属于分解反应。 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)： M2 M2 (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 【答】B 【详解】、工业制氧气先将空气液化，然后逐渐升温，过程中没有新物质生成，属于物理变化，选项正确； B、空气中含有氧气，工业制氧气没有新物质生成，属于物理变化，选项错误； 、先将空气液化，然后逐渐升温，氮气沸点较低先收集到，选项正确； D、工业制氧气就是利用氮气和氧气