第05讲 氧气的制法-2024年暑假新九年级化学自学预习精品讲义（沪教版）

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2024年暑假新九年级化学自学预习精品讲义

第05讲 氧气的制法

【学习目标】

1．了解实验室制备氧气的主要方法和原理，初步了解通过化学实验制取气体的方法；

2．练习连接仪器的操作，学习检查装置气密性的方法，练习收集气体、检验气体和验满的方法。

3．认识分解反应，催化剂和催化作用。

【重点】

1．实验室制取氧气的反应原理。

2．实验室制取氧气的发生装置和收集装置。

【难点】

1．实验室制取氧气的反应原理、仪器和装置的探讨。

2．对催化剂的概念的理解和催化作用的理解。

一、氧气的工业制法

1．分离液态空气法

注意：工业上在制取氧气的过程中，没有新物质生成，属于物理变化。

2．膜分离技术—物理变化

二、实验室制取氧气

三、催化剂

1．概念：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叫催化作用。

2．特点：“一变二不变”：改变化学反应速率（有的加快反应速率,有的减慢反应速率）;自身的质量和化学性质在反应前后均没有改变。

3．对于同一反应,催化剂不是唯一的;对于不同反应,催化剂可能相同。催化剂不能增加或减少生成物的质量。

四、分解反应：由一种物质反应生成两种或两种以上物质的反应。

如实验室制取氧气的三个反应

一、选择题

1．工业上分离空气得到氧气，是利用各组分具有不同的（    ）

A．沸点         B．密度         C．溶解性        D．熔点

2．水是生命之源，生命活动离不开水。水在化学实验中也有很多妙用。下列实验中有关水的作用，说法不正确的是（    ）

A． 集气瓶中的水：排尽空气，便于观察气体何时收集满

B． 集气瓶中的水：防止集气瓶炸裂

C． 烧杯中的水：既可以提供热量又可以使水中的白磷隔绝氧气

D． 试管中的水：作为反应物，探究水的组成

3．关于实验室制取氧气的操作，描述正确的是（    ）

A．分别取等量的氯酸钾和二氧化锰，依次加入到试管底部并混合均匀

B．由上至下，从右向左组装仪器

C．集气瓶装满水，倒放在水槽中，并将导管伸入集气瓶中

D．反应停止后，先将导管从水槽中取出，再熄灭酒精灯

4．某课题组通过数字化实验对白磷燃烧的温度变化及影响因素进行探究。将5g白磷加入试管中并将试管置于60℃热水中，t₃时，推注H₂O₂溶液，实验装置及数据曲线如图。下列说法不正确的是（    ）

A．实验前应检查装置气密性

B．t₄时温度大于t₂说明氧气浓度越大，燃烧越剧烈

C．t₃~t₄对应温度升高说明过氧化氢分解放热

D．气球的作用是调节气压和防止生成的P₂O₅污染空气

5．下列加热高锰酸钾制取氧气的部分操作示意图中，正确的是（    ）

A．检查装置气密性   B．加热立即收集   C．收满后移出集气瓶   D．结束时停止加热

6．识别图像是学习化学的必备能力。下列图像能正确反映实验设计的是：（    ）

①电解一段时间（忽略气体的溶解）     

②分别向相同的CuSO₄溶液（足量）中加入质 量相等的锌粉和铁粉

③探究质量守恒定律    

④用等质量的氯酸钾制取氧气

A．①②                            B．①④                            C．②③                            D．③④

7．实验小组探究影响H₂O₂溶液对化学反应速率的因素。

（1）用H₂O₂溶液和MnO制取较纯氧气，为使反应平稳进行，可选择的发生装置如图中的______，采用的收集方法是______，发生反应的化学方程式为______。

（2）用下图装置探究反应物浓度和温度对H₂O₂溶液反应速率的影响，记录实验现象如下表：

分析表中现象可得出：______（选填“升高”或“降低”）温度，______，都可加快H₂O₂溶液的反应速率。

（3）为探究催化剂（MnO₂和CuO）对H₂O₂溶液反应速率的影响，设计如下装置进行实验，测得反应后70秒内的O₂含量如下图所示。

I、对比分析哪两条曲线，可说明催化剂能加快H₂O₂溶液反应速率？______。

II、和CuO相比，MnO₂能使H₂O₂分解得更快，判断依据是______。

8．（2023江苏扬州市邗江区一模）氧气用途广泛，生活、生产都需要氧气。

活动一：生产、生活中制氧

（1）工业上采用分离液态空气法制取氧气，属于_______（填“物理”或“化学”）变化。

（2）为满足生产生活对氧气的需求，市场上出现多种类型制氧机。分子筛制氧机以空气为原料，空气经过分子筛时氮气被吸附，氧气通过，获得高浓度的O_2.。其微观示意图如下，请在方框中画出空气通过后的微粒图示_______。

活动二：实验室制氧

（3）写出图中标号的仪器名称：①_______，②_______。

（4）用双氧水制取氧气时发生反应的化学方程式是_______，二氧化锰的作用是_______，应选择的发生装置是_______（选填“A”或“B”）。

（5）收集较纯净的氧气可选择装置_______（选填“C”“D”或“E”），某同学利用空塑料输液袋（图G）收集制得的氧气，氧气应从_______（填“a”或“b”）端进入。

9．氧气在冶炼工艺、化学工业、国防工业、医疗保健等方面有着十分重要的作用。

（1）工业制氧

①分离空气制氧：通过将空气加压、降温、蒸发可以制得大量氧气。从微观角度分析，将空气加压降温成液态空气时，主要改变的是______。

②膜分离制氧：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（含90%以上氧气）。富氧空气支持燃烧，能起到节能和减少碳排放的作用。富氧空气比普通空气更节能的原因是______。

10．实验室制取气体时常见装置如下图所示，请回答下列问题。

（1）装置B中a仪器的名称是______，使用分液漏斗的优点是______。

（2）装置A制取氧气的化学方程式______，若用D装置收集氧气，气体应从______（填m或n）端口进入。

（3）若用双氧水和二氧化锰制取并收集较为纯净的氧气，应选择的装置组合是______。（填序号）

11．小组同学利用如下装置制取O₂和CO₂，回答下列问题。

（1）仪器B的名称______，实验室制取CO₂可用仪器______组合。

（2）氯酸钾制取O₂还需要补充的仪器为______，其化学方程式为______。

（3）某同学发现用排水法也能收集到较纯净的CO₂，这是因为：______。

12．下列是实验室制取氧气和氧气性质实验常用的装置，请回答下列问题。

（1）装置图中标号a仪器的名称是_____________。

（2）若选择A装置制取氧气，发生反应的文字表达式为_____________，收集一瓶干燥的氧气应选择装置____________（填字母序号），检验氧气是否收集满的正确操作是______（选填“F”或“G”）；若选择B装置制取氧气，所用的药品是____________。

（3）若用高锰酸钾制取并收集氧气，应选择的装置是________（填字母序号），该装置还需要进行改进的是________________，小明在实验过程中发现试管裂，请你帮他分析可能的原因是__________（答一点即可）。

（4）某化学兴趣小组通过实验探究分解氯酸钾制氧气的反应中二氧化锰的作用。

【设计实验】用图 1 所示装置进行实验，步骤如下：

步骤Ⅰ：检查装置气密性；

步骤Ⅱ：按照如图 1 装入药品；

步骤Ⅲ：加热右侧支管，用带火星的木条在导管口检验生成的气体；

步骤Ⅳ：冷却后，将装置倾斜，使左侧支管中的药品进入右侧支管，再加热右侧支管，用带火星的木条在导管口检验生成的气体。

【实验现象】步骤Ⅲ和步骤Ⅳ中，一段时间后都能观察到带火星的木条复燃，但不同的是_________。

【交流反思】要想确认分解氯酸钾制氧气的反应中二氧化锰是催化剂，还需通过实验证明二氧化锰的__________________________在反应前后都没有发生变化．

【拓展探究】在老师的指导下，该小组同学利用图 2所示装置继续进行深入探究。以氧气的体积分数为纵坐标，温度为横坐标，得到图 3所示曲线（图中的“1：2”、“1：1”、“2：1”、“3：1”、“4：1”、“5：1”指氯酸钾和二氧化锰的质量比）

【实验分析】根据图3，氯酸钾的分解温度随氯酸钾和二氧化锰的质量比变化的大致规律是__________。分解氯酸钾制氧气的反应中二氧化锰起催化作用，可能是因为二氧化锰能________。

1．下列有关加热高锰酸钾制取氧气的实验操作正确的是（   ）

A．组装仪器        B．检查气密性       C．加热固体        D．氧气验满

2．下图是实验室制取气体的常用装置，请回答下列问题：

（1）写出标号仪器的名称：①______，②______。

（2）实验室用高锰酸钾制取氧气，写出该反应的化学方程式：______，可选用的发生装置是______（填字母序号）。用F装置收集氧气，停止实验时，应先______，再熄灭酒精灯。

（3）实验室用锌粒和稀硫酸制取氢气，可选用C装置作为发生装置，该装置的优点是______，锌粒应该放在______。

（4）通常情况下，甲烷是一种无色、无味的气体，密度比空气小，难溶于水。实验室制取甲烷可选用的收集装置是______（填字母序号，写一种即可）。

3．某小组用高锰酸钾制取氧气。下图是实验室中常见仪器，回答下列问题。                                                    

（1）仪器①的名称是______。

（2）高锰酸钾制氧气的文字表达式为__________________。组装氧气的收集装置，可选用______（填序号）。

（3）某同学用排水法收集氧气时，发现水槽中的水变红了，可能是未使用______（填实验用品名称）。若该同学收集的氧气不纯，原因可能是______（写出1点即可）。

4．如图是氧气的实验室制取与性质实验。

（1）试管口棉花的作用是________________________。

（2）检验氧气集满的方法是________________________。

（3）制取氧气的主要步骤如下，正确的顺序是___________（填序号）。

①装入药品，开始加热    ②停止加热    ③收集气体       ④组装仪器，检查气密性

（4）硫在氧气中燃烧的现象是_________。

5．如图是实验室的部分实验装置，请回答有关问题：

（1）请写出图A中一种实验仪器的名称_______。

（3）实验室选用高锰酸钾和装置A制取O₂，装置A的试管口还缺少_______。用C装置收集O₂，当导管口的气泡_____放出时，再将导管口伸入盛满水的集气瓶。检验O₂的方法是_____。

6．为做好实验室制取氧气的实验活动和评价，某班级师生讨论并确定如下评价标准。

你是某小组成员，参与完成下列实验活动。

（1）选择实验方案。实验室可提供三种制取氧气的方案。

A．加热高锰酸钾

B．加热混有二氧化锰的氯酸钾

C．催化分解过氧化氢

你所选方案对应反应的化学方程式为_______。

小组讨论决定选用A方案。

（2）进行实验活动。小组同学分工协作完成如下任务

①同学甲负责选择组装制取气体装置的仪器。她选择了铁架台、带有导管的橡胶塞、水槽、试管，还应根据下图所提供的仪器，选择_______、_______（填仪器名称）。

②同学乙负责取用药品。他先检查装置气密性，再用纸槽小心地把高锰酸钾粉末送至试管_______（填“中部”或“底部”）后直立试管，抽出纸槽。

③同学丙负责组装仪器。他按“从下到上、从左到右”的顺序组装制取装置，固定试管时注意到试管口应略_______。

④你负责排水法收集氧气。开始收集的时机是_______。收集到两瓶气体，均呈红色。

⑤实验结束，待试管冷却，将残余物倒入指定容器，用_______（填仪器名称）洗涤试管；整理实验台，报告老师后离开实验室。

（3）评价与反思。小组同学都认为体验到了实验活动的乐趣，但因实验过程存在不足，同意本次活动表现评价为“有待改进”。针对存在的不足，你提出的一条实验改进意见是_______。

7．催化剂可显著提高反应效率，二氧化锰是常见的催化剂。

（1）实验室用H₂O₂溶液制取氧气，常用MnO₂作催化剂反应的化学方程式是________________；用排水法收集氧气，是因为氧气_______（选填“易”或“不易”）溶于水；将带火星的木条伸入盛有氧气的集气瓶中，现象是__________________________________________。

（2）FeCl₃对H₂O₂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，用下图左装置进行实验：启动传感器，注入H₂O₂溶液。氧气体积分数随时间变化情况如下：

i．初始时氧气的体积分数不为0，原因是________________________________。

ii．写出使H₂O₂分解较快的催化剂及判断依据：______________________________。

iii．用5% H₂O₂溶液制取氧气，若采用下图所示装置进行实验，上述两种催化剂中较为合适的是___________。

8．（8分）实验室欲用H₂O₂溶液制备氧气，并进行铁丝在氧气里燃烧的实验。回答下列问题：

（1）若用溶质质量分数为30%的H₂O₂溶液和MnO₂制备氧气，反应速率太快。为获得平稳的气流，下列发生装置（如图1）最合适的是_______（填标号）；发生反应的化学方程式为______________。

（2）已知：用H₂O₂制取氧气时，也可用铂丝代替MnO₂作催化剂。如图1中甲装置可通过铂丝的上下移动控制反应的发生与停止，若制备过程中体系内压强过大，则安全管中的现象是______________，此时应将铂丝抽离过氧化氢溶液，使反应停止。

（3）用图2中乙装置进行铁丝在氧气里燃烧的实验，可观察到的现象是______________；反应的化学方程式为______________。

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参考答案

一、选择题

1．A

【解析】

工业上分离氮气和氧气时，是在低温条件下加压，使空气转变为液态，然后蒸发，由于液态氮的沸点比液态氧的沸点低，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；故填A。

2．D

【解析】

A、收集气体实验，集气瓶中的水的作用是把集气瓶中的空气排出且便于观察气体何时集满，故选项说法正确；

B、铁丝在氧气中燃烧时，为防止生成物熔化溅落下来使瓶底炸裂，集气瓶的底部应放少量的水或铺一层细沙，则集气瓶中的水能冷却溅落的熔融物，防止集气瓶炸裂，故选项说法正确；

C、探究可燃物燃烧条件，热水的作用是使铜片上白磷的温度达到着火点，既可以提供热量又可以使水中的白磷隔绝氧气，故选项说法正确；

D、水电解时试管中的水是观察氢气和氧气的体积，故选项说法错误。

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