2021学年课题3 制取氧气导学案

制取氧气（提高）

【学习目标】

1.掌握实验室制取氧气的药品、反应原理、仪器装置、收集方法、验满、检验及注意事项。
2.认识分解反应，能区别分解反应和化合反应。
3.认识催化剂和催化作用。

【要点梳理】

要点一、实验室制取氧气

1.反应原理和实验装置：

（1）分解过氧化氢溶液制取氧气（实验装置如图B或C所示）

过氧化氢 水＋氧气
（2）加热高锰酸钾（紫黑色固体）制取氧气

高锰酸钾 锰酸钾＋二氧化锰＋氧气

（3）加热氯酸钾（白色固体）制取氧气（实验装置如图A所示）

　 分解过氧化氢制取氧气的发生装置也可以使用如图D所示装置，这样就可以通过调节分液漏斗的活塞来控制液体的滴加速度，从而可以控制反应速率，得到比较稳定的氧气流。

 2.收集方法：
（1）排水集气法：如图E（因为氧气不易溶于水）
（2）向上排空气集气法：如图F（因为氧气密度比空气大）
3.验满方法：
　(1)排水集气法：当有气泡从集气瓶口冒出来，说明氧气已收集满。
　(2)向上排空气集气法：把带火星的木条靠近集气瓶口，如果木条复燃，说明氧气已收集满。

4.检验方法：将带火星的小木条伸入集气瓶内，如果木条复燃，说明该瓶内气体是氧气。
　5.加热高锰酸钾制取氧气的操作步骤：

可归纳为“查、装、定、点、收、离、熄”，用谐音“茶庄定点收利息”来记。
　(1)查：检查装置的气密性。

(2)装：把药品装入试管内，塞好带导管的橡皮塞。
　(3)定：把试管固定在铁架台上，使试管口稍向下倾斜。集气瓶装满水，倒扣在水槽中。

(4)点：点燃酒精灯，均匀预热后再集中在药品部位加热。
　(5)收：导管口有连续气泡产生时再收集氧气。

(6)离：实验结束，先将导气管从水槽中取出。

(7)熄：最后熄灭酒精灯。
【要点诠释】
　1.实验室（高锰酸钾加热）制取氧气应注意的事项
　(1)药品要平铺在试管底部，使其均匀受热。
　(2)铁夹要夹在距离试管口1/3处。
　(3)试管内的导管稍伸出胶塞即可，便于气体导出。
　(4)试管口应略向下倾斜，防止加热时产生的冷凝水倒流，使试管受热不均匀而炸裂。
　(5)试管口处要放一小团棉花，防止加热时高锰酸钾粉末进入导气管。
　(6)加热前导管不能伸入集气瓶口内，当导管口产生连续气泡时才能开始收集，因开始排出的气体含有装置内的空气。

(7)收集完毕，先将导管移出水面，然后再熄灭酒精灯，防止水沿导管倒流入热的试管中而使试管炸裂。

(8)盛氧气的集气瓶应盖上玻璃片，正放，因为氧气的密度大于空气的密度，正放可减少气体的逸散。

2.制取气体时反应装置的选择

气体的反应装置包括发生装置和收集装置两部分：

(1)发生装置的选择：选择的依据是反应物的状态和反应条件（如下图所示）。

①固体反应物加热制取气体（如高锰酸钾制氧气）：固体+固体（加热型）；

②液体反应物不加热制取气体（如过氧化氢制氧气）：固体+液体（不加热型）。

(2)收集装置的选择：选择的依据是气体的密度和溶解性。

①当气体不与水反应且难溶于水或不易溶于水时（如氧气），采用排水法收集（如下图丙所示）；

②当气体不与空气中的成分反应且密度大于空气（如氧气），采用向上排空气法收集（如下图甲所示）；

③当气体不与空气中的成分反应且密度小于空气（如氢气），采用向下排空气法收集（如下图乙所示）。

要点二、催化剂和催化作用

1.催化剂：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叫做催化剂（又叫触媒）。

2.催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。
【要点诠释】
1.“改变”包括“加快”和“减慢”两种含义，不只包括“加快”。
2.在化学反应前后，催化剂的“质量”和“化学性质”不变，其物理性质可能改变。
3.在化学反应前后，催化剂的质量和化学性质不变，并不是说反应过程中也不变。
4.催化剂不能增多或减少生成物的质量。

   5.用过氧化氢或者氯酸钾制氧气时常加入催化剂二氧化锰（黑色粉末），但能用作催化剂的物质不仅仅是二氧化锰一种。

6.在有些反应中，二氧化锰不是催化剂。如高锰酸钾分解的反应中，二氧化锰是生成物。　

7.催化剂的特点：“一变二不变”，“一变”是改变反应速率，“二不变”是反应前后质量不变，化学性质不变。　　

要点三、化合反应与分解反应

【要点诠释】
　 1.化合反应和分解反应都属于基本反应类型，而氧化反应不属于基本反应类型。

2.判断时要抓住其特点：化合反应是“多变一”，分解反应是“一变多”。

要点四、氧气的工业制法

工业上采用分离液态空气法制取氧气。具体做法是：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（-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。
【要点诠释】
　 1.实验室制取氧气发生了化学变化，工业制取氧气发生的是物理变化。
　 2.实验室制取氧气具有反应快、操作简便、便于收集等优点，但成本高，无法大量生产；而氧气的工业制法是利用廉价、易得的空气为原料，成本低,可以大量生产。

【典型例题】

类型一、考查实验室制取氧气

1.（2015•南宁中考）向一定质量的过氧化氢溶液加入少量二氧化锰，立即有大量的氧气产生，下列说法正确的是（　　）

A. 过氧化氢中含有水和氧气      

 B. 过氧化氢能使二氧化锰分解放出氧气     

 C. 二氧化锰能加快过氧化氢分解生成水和氧气      

D. 该反应中有过氧化氢和二氧化锰两种反应物，不属于分解反应

【思路点拨】根据实验室分解过氧化氢制取氧气的反应原理：过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气，据此进行分析解答。

【答案】C

【解析】过氧化氢中不含水和氧气，故A选项说法错误；过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气，二氧化锰能加快过氧化氢分解生成水和氧气，故B选项说法错误；过氧化氢在二氧化锰的催化作用下分解生成水和氧气，二氧化锰能加快过氧化氢分解生成水和氧气，故C选项说法正确；该反应中二氧化锰作催化剂，反应前后质量不变，该反应的反应物是过氧化氢，生成物是水和氧气，符合“一变多”的特征，属于分解反应，故D选项说法错误。

【总结升华】掌握实验室分解过氧化氢制取氧气的反应原理、催化剂的概念是正确解答本题的关键。

2. （2016春•临沂校级期中）请根据下图所示仪器装置回答问题：

（1）仪器的名称①_________，⑤__________。

（2）给仪器③中的液体进行加热时，液体体积不能超过其容积的_________。

（3）实验室用高锰酸钾加热制氧气的装置应选_________（填序号，下同）。

（4）实验室用过氧化氢和少量二氧化锰混合制氧气，发生装置应选_________；反应后可以用________的方法分离混合物中的二氧化锰，实验中除用到上述玻璃仪器②外，还需________；其中仪器②在分离操作中所起的作用是________。

（5）这四套装置中有的有错误，你选出其中的__________（用字母表示）。

【思路点拨】（1）解答本题须熟记常用仪器的名称。

（2）给试管中的液体加热时，液体体积不应超过试管容积的1/3。

（3）实验室用高锰酸钾制氧气需选用“固+固”加热型装置，装置中的试管口应略向下倾斜；实验室用过氧化氢和少量二氧化锰混合制氧气需选用“固+液”不加热型装置，装置中的长颈漏斗下端管口应位于液面以下，以防止气体从长颈漏斗逸出。

（4）实验室中可用过滤的方法实现固液混合物的分离，用到的仪器有漏斗、烧杯和玻璃棒。

【答案】（1）①量筒   ⑤烧杯  （2）1/3   （3）B 

（4）D   过滤    ④和⑤    引流

（5）AC

【解析】（1）熟记常见仪器可知：①为量筒；⑤为烧杯。

（2）给试管中的液体加热时，液体体积不应超过试管容积的1/3。

（3）实验室用高锰酸钾制氧气需选用“固+固”加热型装置，故答案为B。

（4）实验室用过氧化氢和少量二氧化锰混合制氧气需选用“固+液”不加热型装置，故答案为D；将固液混合物分离可用过滤操作，故答案为过滤；过滤需用到的仪器有漏斗、烧杯和玻璃棒，除玻璃棒外，还需漏斗和烧杯，故答案为④和⑤；玻璃棒在过滤操作中的作用是引流，故答案为：引流。

（5）A中的试管口向上倾斜了，C中的长颈漏斗下端管口没有位于液面以下，故答案为：AC。

【总结升华】熟记常用仪器的名称、理解混合物的分离及制取氧气实验装置是解答此题的关键。

　举一反三：

【变式1】（2014•湖南中考）下列关于氧气的说法中，不正确的是（    ）

    A．液氧用于火箭发射是利用氧气的可燃性

    B．氧气约占空气总体积的

    C．实验室可用加热高锰酸钾的方法制取氧气

    D．氧气可用于医疗急救

【答案】A 

【解析】氧气能支持燃烧，具有助燃性，不能燃烧，无可燃性，故A错误；空气中氧气的体积分数约为21％，故B正确；高锰酸钾加热分解可生成氧气，这是实验室制取氧气的常用方法，C正确；氧气可供给呼吸，D正确。

【变式2】化学是一门以实验为基础的科学。结合下列实验装置图回答问题：
　　　　
　　(1)写出带有序号仪器的名称：①            ，　②             。
　　(2)下面四种途径都可以得到氧气：
　　　　　　　　 　　　
　　写出实验室中通过甲、乙两种途径制取氧气的文字表达式：
　　甲：                                              ；
　　乙：                                              。
　　(3)实验室用高锰酸钾制取氧气时，可选用的发生装置是         (填字母代号)。用排水收集氧气完毕后，停止加热时的操作顺序是先                  ，然后              ，以防止水倒吸入热的试管中，造成试管破裂。
【答案】
　　(1)试管　 集气瓶
　　(2)甲：过氧化氢 水+氧气
　　　 乙：高锰酸钾　 锰酸钾+二氧化锰+氧气
　　(3)A　 把导管移出水面　 熄灭酒精灯

类型二、考查分解反应和化合反应

3. 以下各反应中，属于化合反应的是         ，属于分解反应的          ，属于氧化反应的是         ，既是化合反应又是氧化反应的是         。
　A．铁+氧气四氧化三铁　　　 B．二氧化碳+水碳酸
　C．过氧化氢水+氧气　 　D．甲烷+氧气二氧化碳+水
　E．碳+氧气二氧化碳　     　F．氧化汞　　 汞＋氧气

【答案】　 ABE　    CF  　 ADE　   AE
【解析】ABE都是由两种物质生成一种物质，属于化合反应；CF是由一种物质生成两种物质，属于分解反应； ADE 是物质跟氧发生的反应，属于氧化反应； AE既是化合反应又是氧化反应。
【总结升华】 化合反应是“多变一”；分解反应是“一变多”；氧化反应是物质与氧（包括氧气）发生的反应，即反应物中如果有氧气参加的反应就是氧化反应。　

举一反三：
【变式】下列反应中，属于分解反应的是           。
　　①高锰酸钾 锰酸钾＋二氧化锰＋氧气
　　②氧化汞　　 汞＋氧气
　　③碳+氧气二氧化碳

    ④过氧化氢 水+氧气

【答案】①②④

类型三、考查催化剂和催化作用 

4．下列关于催化剂的说法正确的是（　 ）

A．用过氧化氢制氧气时，加入催化剂可使生成氧气的质量增加
　　B．必须能加快其他反应速率的物质才是催化剂
　　C．二氧化锰只能用作催化剂
　　D．加入催化剂，过氧化氢发生分解的温度降低并且放出氧气的速率加快
【思路点拨】正确理解催化剂的概念。

【答案】D

【解析】催化剂是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都不变的物质。改变不只是加快也可能减慢；加入催化剂能改变反应速率，但不能增加生成物的质量；一个反应的催化剂在其他反应中不一定是催化剂，二氧化锰在过氧化氢分解时是催化剂，而在高锰酸钾分解时是生成物。过氧化氢中加入催化剂可以使分解的温度降低并且放出氧气的速率加快。故D是正确的。
【总结升华】催化剂的特点：“一变二不变”，一变是改变反应速率，二不变是反应前后质量不变，化学性质不变。　　

举一反三：

【变式】“神州七号”太空舱利用镍铁氧体（NiFe2O4 ）将航天员呼出的二氧化碳转化为氧气，而镍铁氧体本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化。你认为镍铁氧体在这一反应中是作（　 ）
　　A．反应物 　   B．生成物　　   C．催化剂　    D．消毒剂
【答案】C