初中科学 中考专题复习 氧气的性质与制取

 氧气的性质与制取

一、学习指引

（一）知识要点

在通常状况下，氧气是无色无味的气体

物理性质  密度比空气大                      

                     不易溶于水                      

                     C+O2CO2 木炭在氧气中燃烧，发出白光，放出热量，生成可使澄清石灰水变浑浊的气体

S+O2 SO2  硫在氧气中燃烧，发出明亮的蓝紫色火焰，放出热量，生成无色有刺激性气味的气体

   1.氧气 化学性质  4P+5O22P2O5  红磷在空气中燃烧，放出热量，产生大量的白烟

                    3Fe+2O2Fe3O4 铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出热量，生成黑色固体

                               2H2O2 2H2O＋O2↑

                     反应原理  2KMnO4 △ K2MnO4 + MnO2 + O2↑                                    

          实验室制法           2KClO3 2KCl+3O2↑  

                     制取装置：①固固加热型；②固液常温型

                     收集装置：①排水法；②向上排空气法

                     检验方法；将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，证明是氧气

           工业制法：①分离液态空气；②膜分离技术

            用途：①供给呼吸；②支持燃烧

2.空气中氧气含量的测定

（二）方法指导

1.可燃物能否发生燃烧反应和燃烧的剧烈程度与氧气的浓度有关，氧气的浓度越高，燃烧越剧烈；某些在空气中不能燃烧的物质（如铁丝）在纯氧中可以燃烧。

2.可燃性是物质具有的可以燃烧的性质，所以氧气没有可燃性，只有助燃性，氧气是助燃物，不是可燃物。

3.实验现象与实验结论的区别。“硫燃烧时生成一种带有刺激性气味的气体”描述的是实验现象。“硫燃烧生成二氧化硫”描述的是实验结论。一般说来，描述实验现象时，不能出现生成物的名称。

4.铁与氧气反应分为铁在氧气中剧烈氧化（燃烧）及在空气中缓慢氧化（生锈）两种情况。它们的反应条件不同，反应的剧烈程度不同，产物也不同。

5.在理解催化剂概念时，应注意以下几点：

（1）它能改变（加快或减慢）其他物质的反应速率，不能片面地说加快或减慢。

（2）催化剂只能改变化学反应速率，不能增大或减小生成物的质量。

（3）二氧化锰不是所有反应的催化剂，更不是专做催化剂用的，如用高锰酸钾制氧气时，二氧化锰是生成物。

二、典型例题

【例1】木炭、硫、磷、细铁丝、石蜡五种物质在氧气中燃烧能产生大量白烟的是          。

【例2】为测定空气中氧气的含量，小华同学打算设计如下方案：选用实际容积为40mL的试管作为反应

容器，将过量的白磷放入试管，用橡皮塞塞紧试管，通过导管与实际容积为60mL且润滑性很好的针筒注

射器组成如图的实验装置（活塞起先在20mL刻度处）。假设此实验能够按照小华的设想正常进行，白磷所占体积与导管内的气体体积忽略不计，且两个容器间的导管足够粗，保持空气正常流动。请回答下列问题：

（1）实验前，打开弹簧夹，将注射器活塞前沿从20mL刻度处推至15mL刻度处，然后松开手，若活塞仍能返回至20mL刻度处，则说明　                     　；

（2）若先夹紧弹簧夹，用酒精灯加热白磷，燃烧结束，等到试管冷却后再松开弹簧夹。可观察到的现象为：　                    　；

（3）若不使用弹簧夹，用酒精灯加热白磷，充分反应直至燃烧结束，试管冷却。可观察到的现象为　                            　；

（4）若按小华的设想进行实验，实际可能遇到诸多问题而发生危险，造成实验失败。例如：　                                    　。

【例3】某研究性学习小组设计了如图所示的装置，探究空气中氧气的体积分数，其中A是底面积为50cm3、高20cm的圆筒状玻璃容器(带密封盖)，上面标有以cm为单位的刻度。

B是带刻度的敞口玻璃管(其他辅助装置略)。他们的操作过程如下：

a．检查装置的气密性；

b．加入水并调整B的高度，使A中的液面至刻度15cm处；

c．将过量的铜粉平铺在惰性电热板上。盖紧密封盖；

d．通电加热铜粉，待充分反应后，冷却到原来的状况，调整B的高度使容器A、

B中的液面保持水平，记录液面刻度。(注：A容器内固态物质所占的体积忽略不计)

(1)在操作a中检查装置气密性的方法是_____________________________。

(2)在上述实验中，下列物质不能代替铜粉的是____________(填字母)。

A．红磷    B．木炭    C．铁粉

(3)往操作d结束时，装置A中液面的刻度约为___________cm(填整数)。如果在操作d结束时，装置A中液面刻度在11cm处．则实验结果比理论值_________(填“偏大”或“偏小”)。

(4)该小组中有同学提出，用木炭代替铜粉也能测定空气中氧气的体积分数．只要将水换成一种溶液，则该溶液是_____________ ，其原因是(用化学反应文字表达式表示)                               。

【例4】“绿色化学”又称“环境友好化学”是21世纪化学科学发展重要方向之一。如图所示四种途径都可以得到氧气。

（1）甲、乙、丙三种制取氧气的途径中，________（填甲、乙或丙）途径更体现化学实验的绿色化追求；   

（2）工业上利用丁途径大量制取氧气的过程发生________（填化学或物理）变化。   

（3）请用文字表示丙途径制取氧气的化学反应                                           。   

（4）某同学在选用氯酸钾制取氧气时，在实验室没有找到催化剂二氧化锰，于是用高锰酸钾替代也能加快氯酸钾制取氧气，于是同学认为高锰酸钾也能作为氯酸钾分解反应的催化剂，你________（填：“同意”或“不同意”），你的理由是                                 。   

【例5】小嘉用H2O2溶液制取氧气时，在烧瓶中加入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。为什么要加入50毫升水呢?查阅资料发现：在不加入水时，若注入H2O2溶液速度过快，反应会过于刷烈而引发事故。

【提出问题】水是如何减缓该反应速度的呢?

【建立假设】水可以降低H2O2溶液浓度，从而减缓反应速度

【实验方案】他利用如图装置，在相同条件下，分别用30毫升的1%、3%和7%的H2O2溶液进行实验， 观察并比较。

【实验结论】加水降低了H2O2溶液的浓度， 使反应速度变慢。

【交流反思】

（1）为了更好地比较反应的快慢，需控制三次实验中滴加H2O2溶液的________相同。

（2）判断产生氧气的速度时，可以通过观察产生气泡的快慢，还可以比较                         。   

（3）【继续探究】针对提出的问题，他又利用如图装置，用3%的H2O2溶液分别在0℃、20℃和60℃的条件下进行实验。进行该实验所基于的假设是                                         。 

三、同步练习

第二十七讲  氧气的性质与制取   同步练习

一、基础巩固

1.下列实验现象的描述正确的是（    ）           

A.铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁，放热

B.木炭在氧气中燃烧发出白光，放热，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体

C.硫在空气中燃烧发出明亮的蓝紫色火焰，放热

D.镁条在空气中燃烧产生大量白雾，放热

2.下列有关氧气的制取、收集、验满、性质的实验中错误的是(      )           

A.制取                    B收集               C.验满               D.性质

3.现有A、B两种质量相等的固体，其中A为纯净的氯酸钾，B是氯酸钾和少量二氨化锰的混合物：将A、B分别放入试管中，并在两个酒精灯上同时加规制取氧气。当A、B均完全反应后，如下图所示，得到氧气的质量m与时间t的关系图象中，正确的是(      )           

A.                      B.                       C.                  D.

4.某同学误将少量KMnO4当成MnO2加入KClO3中进行加热制取氧气，部分物质质量随时间变化如图所示。下列关于该过程的说法正确的是（      ） 

A.C代表氧气                    B.t1时刻，O2开始产生    

C.t2时刻，KMnO4开始分解        D.KMnO4是催化剂

5.化学是一门以实验为基础的科学，根据下列图示回答问题。 

（1）仪器a的名称是________；   

（2）实验室用高锰酸钾制取氧气的化学方程式为                               ；所选用的发生装置是________(选填字母序号)；若用E装置收集氧气，实验完毕后，先将导管从水槽中移出，再熄灭酒精灯的目的是                               ；   

（3）图一、图二分别是木炭在氧气中燃烧实验、铁丝在氧气中燃烧实验的示意图。 

①振荡B集气瓶，可观察到的现象是                                           ；

②指出C集气瓶中的不合理之处：                                             ；

（4）[问题与交流] 

如果某同学用排水法收集的氧气浓度较低，你认为可能的原因是什么？               (回答一点即可)。

6.空气中氧气含量测定的再认识。

【实验回顾】图9是实验室用红磷燃烧来粗略测定空气中氧气含量的装置。

(1)写出红磷燃烧的化学反应化学方程式                          。

(2)实验原理：由于红磷燃烧消耗空气中的氧气，使瓶内__________减小，烧杯中水倒吸到集气瓶。若装置的气密性良好，操作规范，用量筒测量进入瓶中水的体积，能粗略测得空气中氧气的含量。

【问题提出】有实验资料表明：燃烧过程中当氧气体积分数低于7%时，红磷就无法继续燃烧，因此通过上述实验，测置结果与理论值误差较大。

【实验改进】

Ⅰ．铁生锈原理：铁与氧气、水作用生成铁锈。根据铁在空气

   中生锈的原理设计图10实验装置，再次测定空气中氧气含

 量。装置中饱和食盐水、活性炭会加速铁生锈。

Ⅱ．测得实验数据如下表

【交流表达】

(1) 铁生锈过程发生复杂的化学反应，首先是铁与氧气、水反应生成氢氧化亚铁

写出该反应的文字表达式__________       _______________________________。

(2) 根据下表数据计算，改进实验后测得的空气中氧气的体积分数是___________(计算结果精确到0.1%)。

(3) 从实验原理角度分析，改进后的实验结果比前者准确度更高的原因是：

①____________________________________________________；

②____________________________________________________。

二、能力拓展

7．人类的生存离不开氧气，但人类认识并分离氧气，却经历了漫长的过程。

（1）1774年，法国化学家拉瓦锡把少量的汞放入如图所示的曲颈瓶中，连续加热12天后，发现银白色的液态汞变成了红色的粉末，容器中空气的体积大约减少了1/5，随后他又将产生的红色粉末收集于另一容器中并加强热，发现又生成了汞和另一种气体。这种气体的体积恰好等于之前曲颈瓶中空气减小的体积。1777年，他将这种气体正式命名为“氧气”。已知红色粉末是HgO，请写出曲颈瓶中反应的文字表达式式                                    。拉瓦锡的实验能够粗测空气中氧气的体积分数，得益于以下哪些原因　   　。

A．汞能和氧气发生反应而不与空气中其他气体反应

B．生成的氧化汞常温下呈固态

C．氧化汞分解的温度高于汞和氧气发生反应的温度

D．汞受热后易挥发，变成汞蒸气

E．汞与氧化汞的颜色、状态有差别，易于判断反应物是否过量

（2）近年来，人们利用膜分离技术，可以从空气中得到含氧量较高的富集氧气。其原理是在一定的压力下，将空气压向薄膜，使其中的氧气透过薄膜，从而达到分离空气的目的。据此推测氧分子的体积比氮分子的体积　   　（选填“大”或“小”）。

8.化学是一门以实验为基础的科学，根据下列图示回答问题：

（1）仪器a的名称是________。   

（2）实验室用高锰酸钾制取氧气的文字表达式为                                   ；选择的装置组合是________（填序号）。   

（3）实验室用锌粒和稀硫酸制取氢气，若要控制反应的发生或停止，应选择的发生装置是________（填序号），利用D装置收集氢气的理由是                                    。   

（4）某化学兴趣小组设计如下表所示的对比实验来比较MnO2、CuO对过氧化氢分解的催化效果，所用实验装置如图所示。

①实验1中制取氧气的化学反应表达式为                         。

②实验需要测量并记录的数据有：氧气体积和                       。

③实验时，分别将过氧化氢溶液一次性注入盛有催化剂的小试管中，测量并记录数据，实验过程中发现U型管内右侧液面上升，原因是                                                   。

④结论：MnO2对过氧化氢分解的催化效果比CuO好，得出该结论的依据是                         。

9.榕榕利用如图装置进行空气中氧气含量的测定实验，实验步骤如下：

①连接仪器并检查装置气密性。

②在集气瓶里装入适量的水，测量液面到底部的高度为a。

③燃烧匙里放足量的白磷，在酒精灯上把玻璃棒下端加热，把加热过的玻璃棒迅速按下与白磷接触。白磷立即着火燃烧产生大量白烟，同时放热。

④待完全反应后，集气瓶完全冷却到室温，测量出集气瓶中液面到底部的高度为b，整个集气瓶的高度为c。

⑤根据a、b、c三个数据，计算出空气中氧气的体积分数。

根据以上信息，回答下列问题：

（1）实验之前需要检查气密性，图中装置的气密性检查方法为　                         。

（2）若实验成功，请写出a、b、c三个数据应满足的一个等式关系　                  。

（3）若步骤②中装入集气瓶中的水过少，将对测量的氧气体积有何影响？请说明理由　                              

                                                                                                                                                          　。

10.建构合理的思维模型 既能促进深度学习，又能提高思维品质。小科建构了“两组份混合物含量测定”的思维模型。

运用该模型对教材中“测定空气中氧气含量”的实验进行了再探究:忽略含量很低的其它物质，空气可以看成由氮气和氧气组成的两组份混合物。

【探究一】根据沸点低的组份先汽化的性质，测定混合物中某组份的含量。

（1）将空气转变为液态空气，液氛先汽化。从建模角度分析，该操作属于上述思维模型中的__

【探究二】根据混合物中某组份发生化学反应，测定混合物中某组份的含量。

（2）按装置测定空气中氧气含量时，止水夹最合理的打开时间是                               (填“反应刚结束时”或“冷却到室温时”)。

该实验中，红磷要足量的目的是                ，红磷燃烧的文字表达式为                       。

【交流评价】

（3）已知:在空气中点燃石蜡，会生成水和二氧化碳等物质。小科用足量石蜡替换红磷，规范操作后，测得的氧气含量将                    (填“偏大”、“偏小”或“不变”)。

【继续探究】

（4）运用上述思维模型，小科又设计了图乙的实验装置，简述其“测定空气中氧气含量”的原理      

                                                                     。