2-03制取氧气（下）（学生版）-2022-2023学年九年级上册化学讲义（人教版）

课题3制取氧气课题3制取氧气（下）知识导航知识导航课前引入生活中，许多场景下生活中，许多场景下需要用到辅助氧气瓶。比如，高海拔攀登时，空气稀薄带来的缺氧，会造成人体各项技能的全面下降，危害到攀登者；人们在潜水时，无法像鱼儿一样在水中自由呼吸；冠心病人一旦发生粥样硬化、管壁增厚、管腔变窄，就造成心脏供血不足，心肌缺血缺氧……在这种场景下，氧气瓶至关重要。那么，你知道氧气是如何制备的吗？知识精讲知识精讲一、分解过氧化氢制氧气思考与交流：过氧化氢溶液在常温下可以分解放出氧气，但是，在利用过氧化氢溶液分解制取氧气时，通常还要放入少量二氧化锰，这是为什么呢?实验探究——分解过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的作用【【实验操作】（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。实验操作实验现象现象分析（1）（2）（3）结论二、催化剂在化学反应里能__________________________，而本身的____________和____________在反应前后都没有发生变化的物质叫做催化剂(又叫触媒)。催化剂在化学反应中所起的作用叫做催化作用。硫酸铜溶液等对过氧化氢的分解也具有催化作用。催化剂在化工生产中具有重要而广泛的应用，生产化肥、农药、多种化工原料等都要使用催化剂。资料卡片——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。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。三、加热氯酸钾制氧气在实验室里还可以通过加热混有二氧化锰的氯酸钾固体制取氧气，除生成氧气外，同时还有一种叫氯化钾的物质生成。二氧化锰在这一反应中也是催化剂。这个反应可表示如下：___________________________思考与交流分析上述三个制取氧气的反应，它们有什么共同特征？与化合反应有什么不同？分析上述三个制取氧气的反应，它们有什么共同特征？与化合反应有什么不同？四、分解反应由_______反应物生成_______________其他物质的反应，叫做分解反应。五、氧气的工业制法思考与交流（（1）工业上能否用上述三种方法制备大量氧气？为什么？（2）空气中氧气约占21%，能否直接将其分离出来？资料卡片——氧气的工业制法空气中含氧气的体积约为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，因此氟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1.5×104kPa，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。总结归纳——氧气的制取11.工业制法：分离液态空气法（物理变化）2.实验室制法（化学变化）：（1）加热高锰酸钾（KMnO4）固体：（2）分解过氧化氢（H2O2）溶液：（3）加热氯酸钾（KClO3）固体：对点训练对点训练【例1】实验室用过氧化氢溶液与二氧化锰混合制取氧气，一般有以下几个步骤：①向长颈漏斗中倒入过氧化氢溶液②向容器中加入少量二氧化锰③检查装置的气密性④收集气体正确的操作顺序是()A．①②③④ B．②①④③ C．③②④① D．③②①④【变11】向一定浓度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【变12】实验室用过氧化氢溶液制取氧气并进行性质实验，下列操作错误的是（）A．加过氧化氢溶液 B．制取氧气C．收集氧气 D．铁丝燃烧题型二：分解过氧化氢制氧气的实验探究【例2】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（）A．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C．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MnO2和CuO对H2O2分解的影响【变21】为探究过氧化氢分解反应快慢的影响因素，某学习小组设计了下列实验，下列说法不正确的是实验①实验②实验③A．对比实验①和②，可研究常温下，MnO2对反应快慢的影响B．对比实验①和③，可研究常温和50℃对反应快慢的影响是否相同C．对比实验②和③，可研究MnO2和50℃的温度对反应快慢的影响是否相同D．综合实验①、②和③可知，5%过氧化氢溶液最适合用于实验室制取氧气【变22】实验室部分常见仪器或装置如图所示，同学们可用于制取和收集氧气，并验证氧气的性质。回答下列问题：（1）请写出图中标号仪器的名称：①______。（2）实验室里用高锰酸钾制取一定质量的氧气的文字表达式为______。为完成硫在氧气燃烧实验，收集氧气的装置为______（填序号）。（3）多功能瓶E可替代气体收集装置F，步骤如下：①将广口瓶正放。②瓶中注满水。③氧气从______（填“a”或“b”）端通入。（4）某化学小组在学习氧气的实验室制法时，发现过氧化氢溶液在分解过程的反应速率，与多个因素有关。该小组进行如下探究。探究：探究催化剂的用量对过氧化氢分解速率的影响图1装置中产生氧气的量利用压强传感器测出。（在等温条件下，产生氧气体积与装置内压强成正比，反应放热忽略不计）写出装置图1中发生反应的文字表达式为______。图2是“不同质量的二氧化锰与相同体积的3%过氧化氢溶液混合”的实验结果，从图2中可以看出______。题型三：催化剂【例3】下列关于催化剂的说法正确的是A．催化剂都是加快反应速率的B．加入催化剂可以增加生成物的质量C．催化剂在化学反应中性质和质量不改变D．二氧化锰不是过氧化氢分解的唯一催化剂【变31】下列有关催化剂的说法正确的是（）A．在化学反应中能加快其他物质的反应速率，而本身的质量和性质在化学反应前后都没有改变的物质称为催化剂B．二氧化锰是一切化学反应的催化剂C．催化剂只能改变化学反应速率，不能增加或减少生成物的质量D．要使过氧化氢溶液分解出氧气必须加入二氧化锰，否则就不能发生分解反应【变32】下列有关催化剂的说法错误的是A．催化剂在化学反应前后质量和性质不发生改变B．催化剂只对某些反应有催化作用C．某一反应的催化剂可能不止一种D．催化剂不能增多或减少生成物的量【变33】小明同学欲通过实验探究“过氧化氢分解制取氧气中二氧化锰的作用”，他设计并完成了如下实验。实验一：将5mL约5%的过氧化氢溶液加入试管中，伸入带火星的木条，观察到木条不能复燃。实验二：试管中加入少量二氧化锰，伸入带火星的木条，观察到木条不能复燃。实验三：将5mL约5%的过氧化氢溶液和少量二氧化锰一起加入试管中，伸入带火星的木条，观察到木条迅速复燃了。由此小明同学得出二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂。（1）在小明同学的探究实验中，实验一和实验二起的作用是______。（2）小英同学认为仅由上述实验还不能完全得出结论“二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂”，于是她补充设计了两个方面的探究实验，第一方面的实验是在实验前称量二氧化锰的质量，实验结束后，再次称量二氧化锰的质量，这样做的目的是______；第二方面的实验目的是要证明在反应前后二氧化锰的______没有发生改变。题型四：加热氯酸钾制氧气【例4】实验室用氯酸钾和二氧化锰的混合物制氧气，充分反应后，为回收催化剂，将试管里剩下的物质进行处理，实验步骤正确的是①溶解②结晶③过滤④蒸发⑤洗涤⑥干燥A．①③⑤⑥ B．①③②⑤ C．①③④⑤ D．①③④②【变41】小华采用加热氯酸钾的方法制取氧气，错把高锰酸钾当作二氧化锰放入氯酸钾内，其结果与只加等量氯酸钾相比，正确的是A．反应速率不变，生成氧气的质量不变B．反应速率加快，生成氧气的质量不变C．反应速率加快，生成氧气的质量增加D．反应速率不变，生成氧气的质量增加【变42】在氯酸钾分解的实验研究中，某同学进行了系列实验并记录如下，相关分析正确的是（）实验现象①加热固体M（如图所示）少量气泡溢出后，不再有气泡产生②加热氯酸钾至其熔化有少量气泡产生③加热氯酸钾使其熔化后迅速加入固体M有大量气泡产生④加热氯酸钾与固体M的混合物（如图所示）未见固体熔化即产生大量气泡A．实验①说明M也能受热分解产生气体B．实验①②④说明加入M后，在较低温度下反应就可以发生C．实验②③说明固体M的加入增加了气体产生的量D．固体M一定是氯酸钾分解的催化剂【变43】将ag氯酸钾和bg二氧化锰共热，至反应不再放出气为止，剩余固体cg，剩余固体有__，它们的质量分别是___.【变44】根据如图的实验装置，回答下列问题：（1）用过氧化氢和二氧化锰制取并收集氧气可采用的装置组合是_____，二氧化锰在反应中所起的作用是_____反应的文字表达式为：_____。（2）实验室用氯酸钾制取氧气的发生装置应选择_____，反应的文字表达式为_____，属于什么基本反应类型_____．实验过程中，装药品前应该先进行_____（填操作步骤）；实验结束时，应先_____再_____．不这样做的后果是_____．（3）在A中装入高锰酸钾制取氧气，试管口应放_____，以防止_____．用排水法收集气体时，当_____时再才能开始收集．题型五：基于制取氧气的图像信息题【例5】已知氧化铜也可以催化过氧化氢的分解，现向一定量的过氧化氢的水溶液中加入适量的氧化铜粉末，充分反应（忽略水的挥发）。下列图象不正确的是（）A． B． C． D．【变51】等质量的两份固体，a为纯净的氯酸钾，b为混有一定量二氧化锰的氯酸钾。分别将a和b加热制取氧气，以下图中能正确表示产生氧气的质量与反应时间关系的是（）A． B． C． D．【变52】下列图象能正确反映其对应操作中各量变化关系的是A．加热一定量高锰酸钾固体B．密闭容器中燃烧一定量的红磷C．加热一定量的氯酸钾和二氧化锰的混合物D．在少量二氧化锰中加入一定量双氧水题型六：分解反应【例6】下列反应中，属于分解反应的是（）A．钠+水→氢氧化钠+氢气 B．铝+氧气→氧化铝C．硫酸铜+氢氧化钠→硫酸钠+氢氧化铜 D．碳酸→水+二氧化碳【变61】下列反应既不属于分解反应也不属于化合反应的是A．B．C．D．【变62】下列化学反应中既不是化合反应也不是分解反应的A．B．C．D．题型七：工业制氧气【例7】下列关于氧气说法正确的是A．鱼类能在水里生存，说明氧气极易溶于水B．液氧可以做火箭的助燃剂C．分离液态空气获得氧气是化学变化D．植物呼吸作用吸收二氧化碳放出氧气【变7】下列有关空气的说法错误的是A．工业上可用分离液态空气的方法制取氧气B．稀有气体可制成多种用途的电光源C．CO2是引起温室效应的主要气体，不属于空气污染物D．空气的成分按质量计算，氧气约占21%题型八：制取氧气综合【例8】实验室制取氧气必须满足的条件是A．一定要加入催化剂 B．反应物中一定有液体C．反应物中一定有含氧化合物 D．反应一定需要加热【变81】从安全、环保、节能、简便等方面考虑，实验室制取氧气的最佳方法是A．氯酸钾受热分解 B．高锰酸钾受热分解C．氧化汞受热分解 D．过氧化氢催化分解【变82】如图所示四种途径都可以得到O2（反应条件已省略），下列说法错误的是A．根据绿色化学理念，甲途径是实验室制O2的最佳方案B．为了使甲、乙两种途径更快地得到O2，均需加入催化剂C．甲、乙、丙途径中均发生化学变化D．工业上采用途径丁制取O2，主要是利用了N2和O2的密度不同【例9】如图是有关氧气的知识结构图（部分反应条件省略，参加反应的氧气为足量）请回答下列问题：（1）反应①中二氧化锰起______作用；（2）反应②的文字表达式是______；（3）反应③完全分解后试管内的剩余固体是______；（4）证明有④生成的实验操作是______；（5）写出生成⑤的实验现象______；（6）上述6个反应属于化合反应的有______（填序号，下同），属于分解反应的有______。【例10】下面是几种实验室制取气体的发生装置和收集装置。请回答下列问题：(1)指出图中标有数字的仪器名称：①_______；②_______。(2)实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气时应选用发生装置____(填字母)，写出该反应的文字表达式：____，二氧化锰在反应中作____；若要收集较为干燥的氧气可选用收集装置____(填字母，从A～E中选择)；若A装置用于高锰酸钾制氧气的发生装置，则还缺少的实验用品是____，加热高锰酸钾固体发生的反应的文字表达式为____。(3)实验室用A和D装置来制取氧气，则实验结束后正确操作顺序是____。A先熄灭酒精灯，再移出导管B先移出导管，再熄灭酒精灯C操作顺序没有限制(4)若用F装置收集氧气，则气体应从____(填“a”或“b”)进入F中。【例11】某化学兴趣小组的同学利用下列实验装置，开展氧气的实验室制取和有关性质的研究。请结合如图所示实验装置，回答有关问题。（1）图中仪器名称是①______②______。（2）若用高锰酸钾制氧气，则应选择的发生装置为______（填序号，下同），反应文字或符号表达式为______。装置B与装置C比较，具有的优点为______（写一点即可）。（3）小明用注射器组装成图G所示装置制取氧气，装置中反应的文字或符号表达式为______，此反应属于的基本反应类型是______反应；（4）用F装置收集氧气时，当______时再开始收集；用D装置收集氧气时，验满的方法是______；若用图2装置盛满水收集氧气，则气体应从______填“a”或“b”）端通入；（5）氢气密度小于空气，难溶于水，要制取纯净的氢气应该选择的收集装置______（填序号）；（6）细铁丝在H装置中燃烧，其反应的文字或符号表达式______，H装置中水的作用______。提分特训提分特训【题1】在实验室用双氧水制氧气时，不使用二氧化锰的结果是A．不产生氧气 B．没有影响 C．产生氧气速率变慢 D．产生氧气质量减少【题2】过氧化氢在催化剂作用下可迅速分解成水和氧气，按入图所示进行实验，量筒中涌出柱状的泡沫，可形象地称为“大象牙膏”。下列说法正确的是A．该实验可以用洗洁精作发泡剂 B．产生的泡沫可用于灭火C．反应前后催化剂的性质不变 D．没有催化剂过氧化氢不会分解【题3】下列关于空气的说法错误的是A．空气的成分按体积计算，氧气约占21%B．二氧化碳排放过多会引起温室效应，所以二氧化碳属于空气污染物C．工业上利用分离液态空气制取氧气，这一过程属于物理变化D．为改善空气质量，提倡“绿色出行”，以公共交通工具为主【题4】下列说法不正确的是（）①催化剂能改变化学反应速率，但不增加生成物的质量②氧气的化学性质活泼，能与所有物质发生化学反应③固体物质受热变为气体，可能是物理变化，也可能是化学变化④将一定量的氯酸钾和少量的高锰酸钾混合加热一段时间后，试管中只剩余三种固体物质⑤燃烧和缓慢氧化的过程都放出热量⑥高锰酸钾、氯酸钾、双氧水、分离液态空气，这四种制取氧气的方法都属于分解反应⑦有氧气参加的反应都是化合反应A．①③⑤ B．②⑥⑦ C．②④⑥⑦ D．③④⑥⑦【题5】5mL5%H2O2溶液中加入少量橙红色重铬酸钾(K2Cr2O7)溶液，发现产生大量气泡，溶液变为绿色(Cr3+)后又迅速变为淡橙红色，伸入带火星木条，木条复燃，下列推测错误的是A．若重铬酸钾质量和化学性质反应前后不变，则为催化剂B．催化剂不能参与化学反应C．产生气泡变快可能是重铬酸钾和H2O2反应造成的D．可能是反应生成了水稀释重铬酸钾，导致其溶液颜色变淡【题6】某同学用少量的二氧化锰和30ml5%双氧水制备氧气，下列图像错误的是：A． B．C． D．【题7】小慧同学在一次实验中误把高锰酸钾当成了二氧化锰加入氯酸钾中，加热时，氯酸钾的分解速率明显加快。于是她惊奇地告诉同学小华：高锰酸钾也可以做氯酸钾分解的催化剂。小华同学经过思考后，认为小慧同学得出的结论不科学。（1）小华的理由是未验证反应前后高锰酸钾________和________不变（2）如何证明高锰酸钾不是氯酸钾分解的催化剂：________。（3）高锰酸钾能加快氯酸钾分解速率的原因是________。【题8】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）写出图中标号仪器的名称：①________，②________。（2）某兴趣小组把所学知识进行整理，得到如图2四种方案都可以得到氧气：①写出实验室中通过甲途径制取氧气的文字表达式________。②通过方案甲制取氧气对环境较为友好，可选用的发生装置为________（填字母），用C装置收集氧气，检验气体已收集满的方法是________。③欣淇通过丙途径选用AE装置制取并收集氧气，下列操作正确是________。（填字母）A取好高锰酸钾后检查装置的气密性B当导管口有气泡冒出时迅速收集气体C实验结束时，先熄灭酒精灯再将导管移出水面D从水中取出集气瓶后正放在桌面（3）卓宜要收集一瓶氧气供硫粉在氧气中燃烧的实验使用，最好选择的气体收集装置是_______（填字母），理由是_______。【题9】以下是研究实验室制取气体的装置图，请按要求回答下列问题。（1）写出图中标号仪器的名称：①______；②______。（2）使用A装置制取气体时试管口略向下倾的原因是______。（3）实验室用B装置制取氧气的文字表达式为______；连接B、C装置，关闭分液漏斗活塞，用手捂住B容器外壁，若导管口______，说明该装置的气密性良好。（4）小亮同学选用C装置来收集一瓶氧气，利用的氧气的性质是______，使用该方法收集氧气，当导管口有______的气泡冒出时可以开始收集。小亮用收集到的氧气做铁丝燃烧的实验时，他预先在集气瓶内留有少量的水，这样做的目的是______，该实验中观察到的现象之一是生成了______固体，反应的文字表达式为______。（5）小红同学利用E装置收集氧气时，检验气体是否集满的方法是______。（6）氨气（NH3）是一种无色有刺激性气味的气体，密度比空气小且极易溶于水。实验室采用加热氯化铵和消石灰固体混合物的方法获得氨气，应选用上述装置______（填序号）组合来制取并收集该气体。【题10】如图所示为实验室中常见的气体制备和收集装置，请回答下列问题。（实验一）气体的制备（1）仪器①的名称为___________。（2）请指出装置B中存在的一处错误___________，若选用C做发生装置，你认为选用C的优点是___________。（3）欲使用装置E用排水法收集氧气，先将瓶中装满水，再将气体从___________（选填“a”或“b”）端通入。（4）甲烷是最简单的有机物类的气体，实验室常用加热醋酸钠与氢氧化钠固体混合物来制得。实验室制取甲烷应选用的发生装置是___________。（填序号）（实验二）对KClO3分解反应的催化剂进行探究某兴趣小组对KClO3分解反应的催化剂进行研究，在相同的加热条件下，用上图中的装置完成表中实验。编号KClO3质量/g催化剂催化剂质量/g收集50mLO2所需时间/s实验15——171实验25MnO20.549实验35Fe2O30.558实验45KCl0.5154（5）表中所列3种催化剂的催化效果最佳的是____________。（6）由实验1和实验4可知，KCl对KClO3分解____________（选填“有”或“无”）催化作用。（7）要比较KClO3分解反应中不同催化剂的催化效果，除了测量收集50mLO2所需时间外，还可以测量相同时间内____________。提分作业【练提分作业A．二氧化锰促进过氧化氢分解出氧气和水B．过氧化氢使二氧化锰分解产生氧气C．过氧化氢中含有水和氧气D．反应物有过氧化氢和二氧化锰两种物质【练2】实验室置取氧气的装置如图所示，下列有关叙述合理的是（）A．锥形瓶里加入少量MnO2粉末，分液漏斗里盛放双氧水B．锥形瓶里加入石灰石，分液漏斗里盛放稀盐酸C．集满氧气的集气瓶从水槽里取出后倒放在桌面上D．当发生装置中的液体与固体一接触产生了气泡即可收集氧气【练3】某同学在实验室设计了４种制取氧气的方案：①用过氧化氢和二氧化锰混合；②使高锰酸钾受热；③高锰酸钾和氯酸钾混合加热；④使二氧化锰受热；判断这四种方法（）A．全正确 B．全不正确 C．只有④不正确 D．只有①②正确【练4】加热氯酸钾制取氧气时，常用到二氧化锰，二氧化锰的作用是()A．反应物 B．生成物 C．催化剂 D．既是反应物又是催化剂【练5】过氧化氢溶液分解反应的催化剂很多．化学兴趣小组同学设计如图四组实验，比较两种物质的催化效果，其中观察效果较差的是（）A．第一组同时实验，观察比较反应过程中两个气球体积变化的快慢B．第二组同时实验，观察比较反应过程中两者产生气泡的快慢C．第三组分两次实验，观察木条能否复燃D．第四组分两次实验，观察比较在相同时间内量筒收集气体的体积大小【练6】下列图示中的错误实验操作与选项中对应的可能产生的后果不一致的是A．KC1O3会进入导气管B．有发生火灾的危险C．药品被污染D．无法检验装置气密性A．A B．B C．C D．D【练7】下列图像能正确反映其对应变化关系的是（）A．向一定量的过氧化氢溶液中加入一定量二氧化锰B．加热一定量的高锰酸钾固体C．a为固体氯酸钾，b为混有少量二氧化锰的固体氯酸钾，且a和b的质量相等D．利用红磷燃烧测定空气中氧气的含量（打开止水夹前）【练8】下列有关催化剂的说法正确的是()A．在化学反应后其质量增加