資源簡介

第二十七講 氧氣的性質與制取
一、學習指引
（一）知識要點
在通常狀況下，氧氣是無色無味的氣體
物理性質 密度比空氣大
不易溶于水
C+O2CO2 木炭在氧氣中燃燒，發出白光，放出熱量，生成可使澄清石灰水變渾濁的氣體
S+O2 SO2 硫在氧氣中燃燒，發出明亮的藍紫色火焰，放出熱量，生成無色有刺激性氣味的氣體
1.氧氣 化學性質 4P+5O22P2O5 紅磷在空氣中燃燒，放出熱量，產生大量的白煙
3Fe+2O2Fe3O4 鐵絲在氧氣中劇烈燃燒，火星四射，放出熱量，生成黑色固體
2H2O2 2H2O＋O2↑
反應原理 2KMnO4 △ K2MnO4 + MnO2 + O2↑
實驗室制法 2KClO3 2KCl+3O2↑
制取裝置：①固固加熱型；②固液常溫型
收集裝置：①排水法；②向上排空氣法
檢驗方法；將帶火星的木條伸入集氣瓶中，若木條復燃，證明是氧氣
工業制法：①分離液態空氣；②膜分離技術
用途：①供給呼吸；②支持燃燒
2.空氣中氧氣含量的測定
（二）方法指導
1.可燃物能否發生燃燒反應和燃燒的劇烈程度與氧氣的濃度有關，氧氣的濃度越高，燃燒越劇烈；某些在空氣中不能燃燒的物質（如鐵絲）在純氧中可以燃燒。
2.可燃性是物質具有的可以燃燒的性質，所以氧氣沒有可燃性，只有助燃性，氧氣是助燃物，不是可燃物。
3.實驗現象與實驗結論的區別。“硫燃燒時生成一種帶有刺激性氣味的氣體”描述的是實驗現象。“硫燃燒生成二氧化硫”描述的是實驗結論。一般說來，描述實驗現象時，不能出現生成物的名稱。
4.鐵與氧氣反應分為鐵在氧氣中劇烈氧化（燃燒）及在空氣中緩慢氧化（生銹）兩種情況。它們的反應條件不同，反應的劇烈程度不同，產物也不同。
5.在理解催化劑概念時，應注意以下幾點：
（1）它能改變（加快或減慢）其他物質的反應速率，不能片面地說加快或減慢。
（2）催化劑只能改變化學反應速率，不能增大或減小生成物的質量。
（3）二氧化錳不是所有反應的催化劑，更不是專做催化劑用的，如用高錳酸鉀制氧氣時，二氧化錳是生成物。
二、典型例題
【例1】木炭、硫、磷、細鐵絲、石蠟五種物質在氧氣中燃燒能產生大量白煙的是 。
【例2】為測定空氣中氧氣的含量，小華同學打算設計如下方案：選用實際容積為40mL的試管作為反應
容器，將過量的白磷放入試管，用橡皮塞塞緊試管，通過導管與實際容積為60mL且潤滑性很好的針筒注
射器組成如圖的實驗裝置（活塞起先在20mL刻度處）。假設此實驗能夠按照小華的設想正常進行，白磷所占體積與導管內的氣體體積忽略不計，且兩個容器間的導管足夠粗，保持空氣正常流動。請回答下列問題：
（1）實驗前，打開彈簧夾，將注射器活塞前沿從20mL刻度處推至15mL刻度處，然后松開手，若活塞仍能返回至20mL刻度處，則說明　 　；
（2）若先夾緊彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，燃燒結束，等到試管冷卻后再松開彈簧夾。可觀察到的現象為：　 　；
（3）若不使用彈簧夾，用酒精燈加熱白磷，充分反應直至燃燒結束，試管冷卻。可觀察到的現象為　 　；
（4）若按小華的設想進行實驗，實際可能遇到諸多問題而發生危險，造成實驗失敗。例如：　 　。
【例3】某研究性學習小組設計了如圖所示的裝置，探究空氣中氧氣的體積分數，其中A是底面積為50cm3、高20cm的圓筒狀玻璃容器(帶密封蓋)，上面標有以cm為單位的刻度。
B是帶刻度的敞口玻璃管(其他輔助裝置略)。他們的操作過程如下：
a．檢查裝置的氣密性；
b．加入水并調整B的高度，使A中的液面至刻度15cm處；
c．將過量的銅粉平鋪在惰性電熱板上。蓋緊密封蓋；
d．通電加熱銅粉，待充分反應后，冷卻到原來的狀況，調整B的高度使容器A、
B中的液面保持水平，記錄液面刻度。(注：A容器內固態物質所占的體積忽略不計)
(1)在操作a中檢查裝置氣密性的方法是_____________________________。
(2)在上述實驗中，下列物質不能代替銅粉的是____________(填字母)。
A．紅磷 B．木炭 C．鐵粉
(3)往操作d結束時，裝置A中液面的刻度約為___________cm(填整數)。如果在操作d結束時，裝置A中液面刻度在11cm處．則實驗結果比理論值_________(填“偏大”或“偏小”)。
(4)該小組中有同學提出，用木炭代替銅粉也能測定空氣中氧氣的體積分數．只要將水換成一種溶液，則該溶液是_____________ ，其原因是(用化學反應文字表達式表示) 。
【例4】“綠色化學”又稱“環境友好化學”是21世紀化學科學發展重要方向之一。如圖所示四種途徑都可以得到氧氣。
（1）甲、乙、丙三種制取氧氣的途徑中，________（填甲、乙或丙）途徑更體現化學實驗的綠色化追求；
（2）工業上利用丁途徑大量制取氧氣的過程發生________（填化學或物理）變化。
（3）請用文字表示丙途徑制取氧氣的化學反應 。
（4）某同學在選用氯酸鉀制取氧氣時，在實驗室沒有找到催化劑二氧化錳，于是用高錳酸鉀替代也能加快氯酸鉀制取氧氣，于是同學認為高錳酸鉀也能作為氯酸鉀分解反應的催化劑，你________（填：“同意”或“不同意”），你的理由是 。 21教
【例5】小嘉用H2O2溶液制取氧氣時，在燒瓶中加入50毫升水及0.5克MnO2，再往分液漏斗中加入30毫升15%的H2O2溶液。為什么要加入50毫升水呢 查閱資料發現：在不加入水時，若注入H2O2溶液速度過快，反應會過于刷烈而引發事故。
【提出問題】水是如何減緩該反應速度的呢
【建立假設】水可以降低H2O2溶液濃度，從而減緩反應速度
【實驗方案】他利用如圖裝置，在相同條件下，分別用30毫升的1%、3%和7%的H2O2溶液進行實驗， 觀察并比較。
【實驗結論】加水降低了H2O2溶液的濃度， 使反應速度變慢。
【交流反思】
（1）為了更好地比較反應的快慢，需控制三次實驗中滴加H2O2溶液的________相同。
（2）判斷產生氧氣的速度時，可以通過觀察產生氣泡的快慢，還可以比較 。
（3）【繼續探究】針對提出的問題，他又利用如圖裝置，用3%的H2O2溶液分別在0℃、20℃和60℃的條件下進行實驗。進行該實驗所基于的假設是 。
三、同步練習
第二十七講 氧氣的性質與制取 同步練習
一、基礎鞏固
1.下列實驗現象的描述正確的是（ ）
A.鐵在氧氣中燃燒生成四氧化三鐵，放熱
B.木炭在氧氣中燃燒發出白光，放熱，生成能使澄清石灰水變渾濁的氣體
C.硫在空氣中燃燒發出明亮的藍紫色火焰，放熱
D.鎂條在空氣中燃燒產生大量白霧，放熱21世紀教
2.下列有關氧氣的制取、收集、驗滿、性質的實驗中錯誤的是( )
A.制取 B收集 C.驗滿 D.性質
3.現有A、B兩種質量相等的固體，其中A為純凈的氯酸鉀，B是氯酸鉀和少量二氨化錳的混合物：將A、B分別放入試管中，并在兩個酒精燈上同時加規制取氧氣。當A、B均完全反應后，如下圖所示，得到氧氣的質量m與時間t的關系圖象中，正確的是( ) 21·世紀*教育網
A. B. C. D.c-
4.某同學誤將少量KMnO4當成MnO2加入KClO3中進行加熱制取氧氣，部分物質質量隨時間變化如圖所示。下列關于該過程的說法正確的是（ ）
A.C代表氧氣 B.t1時刻，O2開始產生
C.t2時刻，KMnO4開始分解 D.KMnO4是催化劑
5.化學是一門以實驗為基礎的科學，根據下列圖示回答問題。
（1）儀器a的名稱是________；
（2）實驗室用高錳酸鉀制取氧氣的化學方程式為 ；所選用的發生裝置是________(選填字母序號)；若用E裝置收集氧氣，實驗完畢后，先將導管從水槽中移出，再熄滅酒精燈的目的是 ；
（3）圖一、圖二分別是木炭在氧氣中燃燒實驗、鐵絲在氧氣中燃燒實驗的示意圖。
①振蕩B集氣瓶，可觀察到的現象是 ；
②指出C集氣瓶中的不合理之處： ；
（4）[問題與交流]
如果某同學用排水法收集的氧氣濃度較低，你認為可能的原因是什么？ (回答一點即可)。
6.空氣中氧氣含量測定的再認識。
【實驗回顧】圖9是實驗室用紅磷燃燒來粗略測定空氣中氧氣含量的裝置。
(1)寫出紅磷燃燒的化學反應化學方程式 。
(2)實驗原理：由于紅磷燃燒消耗空氣中的氧氣，使瓶內__________減小，燒杯中水倒吸到集氣瓶。若裝置的氣密性良好，操作規范，用量筒測量進入瓶中水的體積，能粗略測得空氣中氧氣的含量。
【問題提出】有實驗資料表明：燃燒過程中當氧氣體積分數低于7%時，紅磷就無法繼續燃燒，因此通過上述實驗，測置結果與理論值誤差較大。
【實驗改進】
Ⅰ．鐵生銹原理：鐵與氧氣、水作用生成鐵銹。根據鐵在空氣
中生銹的原理設計圖10實驗裝置，再次測定空氣中氧氣含
量。裝置中飽和食鹽水、活性炭會加速鐵生銹。
Ⅱ．測得實驗數據如下表
【交流表達】
(1) 鐵生銹過程發生復雜的化學反應，首先是鐵與氧氣、水反應生成氫氧化亞鐵
寫出該反應的文字表達式__________ _______________________________。
(2) 根據下表數據計算，改進實驗后測得的空氣中氧氣的體積分數是___________(計算結果精確到0.1%)。
測量項目 實驗前 實驗后
燒杯中水的體積 燒杯中剩余水的體積 集氣瓶（扣除內容物）和導管的容積
體積/ml 80.0 54.5 126.0
(3) 從實驗原理角度分析，改進后的實驗結果比前者準確度更高的原因是：
①____________________________________________________；
②____________________________________________________。
二、能力拓展
7．人類的生存離不開氧氣，但人類認識并分離氧氣，卻經歷了漫長的過程。
（1）1774年，法國化學家拉瓦錫把少量的汞放入如圖所示的曲頸瓶中，連續加熱12天后，發現銀白色的液態汞變成了紅色的粉末，容器中空氣的體積大約減少了1/5，隨后他又將產生的紅色粉末收集于另一容器中并加強熱，發現又生成了汞和另一種氣體。這種氣體的體積恰好等于之前曲頸瓶中空氣減小的體積。1777年，他將這種氣體正式命名為“氧氣”。已知紅色粉末是HgO，請寫出曲頸瓶中反應的文字表達式式 。拉瓦錫的實驗能夠粗測空氣中氧氣的體積分數，得益于以下哪些原因　 　。
A．汞能和氧氣發生反應而不與空氣中其他氣體反應
B．生成的氧化汞常溫下呈固態
C．氧化汞分解的溫度高于汞和氧氣發生反應的溫度
D．汞受熱后易揮發，變成汞蒸氣
E．汞與氧化汞的顏色、狀態有差別，易于判斷反應物是否過量
（2）近年來，人們利用膜分離技術，可以從空氣中得到含氧量較高的富集氧氣。其原理是在一定的壓力下，將空氣壓向薄膜，使其中的氧氣透過薄膜，從而達到分離空氣的目的。據此推測氧分子的體積比氮分子的體積　 　（選填“大”或“小”）。
8.化學是一門以實驗為基礎的科學，根據下列圖示回答問題：
（1）儀器a的名稱是________。
（2）實驗室用高錳酸鉀制取氧氣的文字表達式為 ；選擇的裝置組合是________（填序號）。
（3）實驗室用鋅粒和稀硫酸制取氫氣，若要控制反應的發生或停止，應選擇的發生裝置是________（填序號），利用D裝置收集氫氣的理由是 。 21教育網
（4）某化學興趣小組設計如下表所示的對比實驗來比較MnO2、CuO對過氧化氫分解的催化效果，所用實驗裝置如圖所示。
實驗序號 過氧化氫溶液 催化劑
實驗1 5mL 4% 粉末狀MnO20.2g
實驗2 5mL 4% 粉末狀CuO0.2g
①實驗1中制取氧氣的化學反應表達式為 。
②實驗需要測量并記錄的數據有：氧氣體積和 。
③實驗時，分別將過氧化氫溶液一次性注入盛有催化劑的小試管中，測量并記錄數據，實驗過程中發現U型管內右側液面上升，原因是 。21cnjy.com
④結論：MnO2對過氧化氫分解的催化效果比CuO好，得出該結論的依據是 。
9.榕榕利用如圖裝置進行空氣中氧氣含量的測定實驗，實驗步驟如下：
①連接儀器并檢查裝置氣密性。
②在集氣瓶里裝入適量的水，測量液面到底部的高度為a。
③燃燒匙里放足量的白磷，在酒精燈上把玻璃棒下端加熱，把加熱過的玻璃棒迅速按下與白磷接觸。白磷立即著火燃燒產生大量白煙，同時放熱。
④待完全反應后，集氣瓶完全冷卻到室溫，測量出集氣瓶中液面到底部的高度為b，整個集氣瓶的高度為c。
⑤根據a、b、c三個數據，計算出空氣中氧氣的體積分數。
根據以上信息，回答下列問題：
（1）實驗之前需要檢查氣密性，圖中裝置的氣密性檢查方法為　 。
（2）若實驗成功，請寫出a、b、c三個數據應滿足的一個等式關系　 。
（3）若步驟②中裝入集氣瓶中的水過少，將對測量的氧氣體積有何影響？請說明理由　
　。
10.建構合理的思維模型 既能促進深度學習，又能提高思維品質。小科建構了“兩組份混合物含量測定”的思維模型。
運用該模型對教材中“測定空氣中氧氣含量”的實驗進行了再探究:忽略含量很低的其它物質，空氣可以看成由氮氣和氧氣組成的兩組份混合物。
【探究一】根據沸點低的組份先汽化的性質，測定混合物中某組份的含量。
（1）將空氣轉變為液態空氣，液氛先汽化。從建模角度分析，該操作屬于上述思維模型中的__
【探究二】根據混合物中某組份發生化學反應，測定混合物中某組份的含量。
（2）按裝置測定空氣中氧氣含量時，止水夾最合理的打開時間是 (填“反應剛結束時”或“冷卻到室溫時”)。
該實驗中，紅磷要足量的目的是 ，紅磷燃燒的文字表達式為 。
【交流評價】
（3）已知:在空氣中點燃石蠟，會生成水和二氧化碳等物質。小科用足量石蠟替換紅磷，規范操作后，測得的氧氣含量將 (填“偏大”、“偏小”或“不變”)。
【繼續探究】
（4）運用上述思維模型，小科又設計了圖乙的實驗裝置，簡述其“測定空氣中氧氣含量”的原理
。

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