第二节 性质活泼的氧气
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知识梳理
一、认识氧气的性质
1.氧气的物理性质
通常状况下，氧气是一种______、________的气体，密度稍_______空气，氧气_______溶于水，通常状况下，水中能溶解30 mL氧气。
氧气有三态变化，在加压降温时，氧气可变成_________色的液体，甚至可变成雪花状________色的固体。
答案:无色 无味 大于 难 淡蓝 淡蓝
2.氧气的化学性质
小结：氧气是一种化学性质比较_____的气体，许多物质可与氧气发生反应。在某些条件下，物质与氧气的反应比较剧烈；而在另一些条件下，物质与氧气会发生缓慢的氧化反应，如动植物的新陈代谢、金属器皿的锈蚀、食物的腐烂、有机肥的腐熟等变化过程都包含有_____作用。
答案:呼吸 燃烧 分离液态空气
二、氧气的用途
1.供给______。
2.支持______。
3.空气中的氧气来自植物的光合作用。
4.工业上采用______的方法获得。
答案:呼吸 燃烧 分离液态空气
三、实验室制氧气
在试验室里可用______溶液来制取氧气
1.用过氧化氢制氧气
(1)原理：（用文字表达式来表示）
过氧化氢______+______
实验探究二氧化锰的作用：
若在实验前准确称出二氧化锰的质量，试验后将二氧化锰回收、干燥、再称量，会发现它的质量改变_______。
结论：二氧化锰可使过氧化氢溶液在常温下迅速分解，作催化剂。
催化剂：在化学反应中能改变反应速率，但本身的______和______在反应前后都没有发生变化的物质。
答案:氧气 水 没有 质量 性质
(2)实验装置（发生装置、收集装置）：
①发生装置的选择：由于过氧化氢_______是，二氧化锰是________，且反应不需要______，故采用锥形瓶作为反应容器，配双孔胶塞，一孔插入分液漏斗，另一孔插入导管。
②收集装置的选择：由于氧气不易溶于水且不和水反应，故要制取较纯净的气体，需采用________法，又由于氧气的密度比空气的平均密度大，故要制取较干燥的气体时，需采用________排空气法。
图2-4
答案:液体 固体 加热 排水 向上
（3）检验方法：
将带火星的木条伸入集气瓶中，如果_______，说明该瓶内的气体是氧气。
答案:木条复燃
（4）验满方法：
用排水法收集时，当气泡从_________冒出时，说明该瓶内的气体已满。
②用向上排空气法收集时，将带火星的木条放在处_________，如果木条复燃，说明该瓶内的气体已满。
答案:集气瓶 集气瓶口
（5）实验步骤：
①检查装置的________；
②加药品（先加固体，后加液体）；
③组装装置；
④收集氧气。
答案:气密性
2.在实验室中也可以用高锰酸钾来制取氧气
（1）原理：高锰酸钾______+______+氧气
答案:二氧化锰 锰酸钾
（2）实验装置（发生装置、收集装置）：
图2-5
(3)实验室用高锰酸钾制取氧气并用排水法收集的步骤。
实验室用高锰酸钾制取氧气并用排水法收集，其步骤可总结为“三先三后”（即①先检查装置_______，后装入________；②先预热，后集中在药品的部位加热；③先将导管从_______，后熄灭酒精灯），也可缩记为：“查”“装”“定”“点”“收”“离”“熄”，再利用谐音来理解记忆为：茶荘定点收利息。
答案:气密性 药品 水槽中取出
疑难突破
1.怎样选择制取气体的发生装置？
剖析：确定实验的发生装置主要依据反应物的状态和反应条件。①利用固体物质加热制取气体的发生装置用如下图中左图所示。②如果反应物是液体和固体而且不需加热制取气体时发生装置可采如下图中右图所示。
图2-6
2.利用高锰酸钾制氧气时怎样检查装置的气密性？
剖析：先把导气管的一端放入水里，然后两手紧贴容器外壁，如果装置不漏气，里面的空气受热膨胀，导管口有气泡冒出。松开两手，使它冷却，导管中就会形成一段水柱。
问题探究
问题:通常状况下，氨气是一种无色、有刺激性气味的气体，密度比空气小，极易溶于水，形成的溶液是氨水。实验室常用加热氯化铵和消石灰的固体混合物制取氨气，请回答：(1)实验室制取氨气的发生装置应选择什么发生装置？(2)收集氨气，应采用的装置是什么？
探究：确定实验的发生装置主要依据反应物的状态和反应条件。若反应物是固体和固体，而且需要加热，就采用和利用高锰酸钾制氧气的发生装置；若反应物是固体和液体而且不需加热，就采用和利用过氧化氢溶液制氧气的发生装置。
而收集装置的选择主要依据生成物的性质，如密度是否比空气大，是否溶于水等。难溶于水或不易溶于水且不与水发生化学反应的气体适用于排水集气法；密度比空气大且不与空气中任何成分反应的气体适用于向上排空气法；密度比空气小且不与空气中任何成分反应的气体适用于向下排空气法。
典题精讲
例1::下列关于催化剂的叙述正确的是( )
A.能加快物质的化学反应速率的是催化剂，减慢化学反应速率的不是催化剂
B.加入二氧化锰可以使过氧化氢产生更多的氧气
C.催化剂在催化过程中所有的性质不变
D.同一个反应可以选用不同的催化剂
思路解析
对催化剂概念的理解是出错率最多的地方，很多同学往往把握不住催化剂定义的实质。根据催化剂的定义可知：“改变其他物质的化学反应速率”，“改变”既包括“加快”，也包括“减慢”之意，故A不对；在化学反应中，催化剂只能“改变其他物质的化学反应速率”，而对生成物的质量多少没有关系，故B错误；“二不变”是指催化剂在化学反应的过程中，质量和化学性质不变，而不是“性质”不变，因为物理性质可能改变，所以C不正确；同一个反应可以选用不同的催化剂，分解过氧化氢时还可以选用氧化铁、硫酸铜溶液作催化剂。
答案:D
例2:过氧化氢（化学式H2O2）溶液在二氧化锰作催化剂的条件下能迅速分解生成氧气和水。分液漏斗可以通过调节活塞控制液体的滴加速度。
图2-7
完成下列问题：
（1）分液漏斗中应放入的物质是_____，锥形瓶中应放入的物质是_____。
（2）写出该方法制取氧气的文字表达式__________，要收集一瓶纯净的氧气，应选择装置_____（填字母）。
（3）某同学在观察到锥形瓶内有大量气泡时，开始用B装置收集O2，过一段时间后，用带火星的木条伸入瓶口、瓶中、瓶底，都未见木条复燃。其原因是_________。
（4）若实验时用以代替高锰酸钾加热制取氧气，优点是_____（填编号）。
①生成物只有氧气 ②不需加热 ③需加热
（5）装置A中反应很剧烈，据此提出实验安全注意事项是_____（填编号）。
①控制液体的滴加速度 ②用体积较小的锥形瓶 ③加热反应物
思路解析
该题考查在掌握理解气体制备原理和操作的基础上，根据所给材料及要求进行实验的操作能力。解此题的关键是理解气体制备原理和操作方法、步骤。
答案:（1）过氧化氢溶液 二氧化锰
（2）过氧水＋氧气 D（或AD）
（3）实验装置气密性不好
（4）② （5）①
知识导学
学习氧气时注意
由于氧气的密度比空气大，所以氧气在收集时可用向上排空气法；又由于氧气不易溶于水，所以氧气可用排水法收集。
水中的生物是依靠溶解在水中的氧气生存的。
氧气在气态时是无色的，在固态和液态时是淡蓝色。
重点会描述木炭、硫、铝、磷、铁等在氧气中燃烧的实验现象，知道做实验时的注意事项，并会写有关反应的文字表达式。描述物质在氧气中燃烧的现象时，一般从四方面来描述：①物质原来的颜色；②对产生的光（火焰或火星）加以描述；③放出热量；④对生成物加以描述。
夹木炭的坩埚钳应由上而下慢慢伸入瓶中，如果很早伸入集气瓶的底部，集气瓶中的氧气被热的气体赶出来，木炭燃烧会不旺。
硫的用量不能过多，防止对空气造成污染，实验时应在通风橱中进行。
光一般指固体燃烧产生的现象，如镁条燃烧、木炭燃烧等只产生光，不产生火焰；火焰是指气体燃烧或达到沸点的固体或液体的蒸气燃烧产生的现象，如硫、酒精、气体燃烧等产生的现象。
无氧化二磷是固体，现象应描述为产生白烟。烟是指固体小颗粒，雾是指液体小液滴。
铝在空气中不燃烧，在氧气中燃烧时，把铝箔的一端固定在粗铁丝上，另一端裹一根火柴。
为了防止生成物把集气瓶炸裂，在集气瓶底部先放一些沙子，放少量凉水。
细铁丝绕成螺旋状；铁丝一端系一根火柴；集气瓶内预先装少量水或铺一层细砂。
蜡烛燃烧时盛氧气的集气瓶要干燥，可观察到水雾。
缓慢氧化是指进行很缓慢的氧化反应，也要放出热量。如果放出的热量使温度达到可燃物的着火点，就可以引起自发燃烧，也就是自燃。缓慢氧化也可以向剧烈氧化反应转化。
供给呼吸主要用于：医疗、登山、潜水、宇航。
支持燃烧主要用于氧炔焰用于焊接和切割，炼钢，作火箭助燃剂。
植物的光合作用吸收二氧化碳，放出氧气。
工业上根据氧气和氮气的沸点不同分离出氧气。
在低温条件下加压，使空气转变为液态空气，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，剩下的主要是液态氧。
重点掌握氧气的实验室制法的反应原理和仪器装置，能够按照操作步骤制取氧气。
二氧化锰作催化剂，是反应条件之一，故写在箭头的上方。
学习催化剂时注意：
①能改变其他物质的化学反应速率，这里的“改变”包括加快或减慢两种含义。
②催化剂的化学性质在化学反应前后没有改变，但是物理性质可能改变。
③催化剂是针对具体的反应而言的，如二氧化锰在过氧化氢分解制取氧气时，能够起催化作用，是催化剂；但二氧化锰不是所有化学反应的催化剂。
④在某个化学反应中，可以选择不同的物质作为催化剂。如利用过氧化氢分解制取氧气时，既可以选择二氧化锰作为催化剂，也可以选择氧化铁、硫酸铜溶液作催化剂。
⑤催化剂并不能增加产物的质量
⑥催化剂可简单地理解为“一变二不变”。一变是指能改变其他物质的化学反应速率，这里的“改变”包括加快或减慢两种含义；二不变是指本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有改变，但是物理性质可能改变。
实验时要注意：长颈漏斗下端管口要插入液面以下；导气管伸入锥形瓶内不要太长，只要露出橡皮塞少许即可；加药品时先加固体药品再加液体药品。
收集装置的选择主要依据生成物的性质，如密度是否比空气大，是否溶于水等。
①排水集气法：适用于难溶于水或不易溶于水且不与水发生化学反应的气体。此法收集的气体较为纯净；当有大气泡从集气瓶口边缘冒出时，表明气体已收集满。
②向上排空气法：适用于相同状况下，密度比空气大且不与空气中任何成分反应的气体。操作时应注意将导管口伸到接近集气瓶底处，便于将集气瓶内的空气尽快地排尽。同时应在集气瓶的瓶口处盖上玻璃片，以便稳定气流。此法收集的气体较为干燥，但纯度较差，需要验满。
③向下排空气法：适用于相同状况下，密度比空气小且不与空气中任何成分反应的气体。操作时应注意将导管口伸到接近集气瓶底处，便于将集气瓶内的空气排尽。此法收集的气体较为干燥，但纯度较差，需要验满。
利用高锰酸钾制氧气时注意问题：
①试管口要略向下倾斜，防止药品中的水分受热后变成水蒸气，再冷凝成水珠倒流回试管底部，使试管炸裂。
②导气管伸入试管内不要太长，只要露出橡皮塞少许即可，这样便于气体导出。
③药品不能聚集在试管底部，应平铺在试管底部，使之均匀受热。
④铁夹应夹在距离试管口约1/3处。
⑤要用酒精灯的外焰对准药品部位加热。加热时先进行预热，即先将酒精灯在试管下方来回移动，让试管均匀受热，然后对准药品部位加热。
⑥用排水法收集氧气时，导管口有气泡冒出时，不宜立即收集。因为刚开始排出的是空气，当气泡均匀连续地冒出时，才能收集。
⑦加热高锰酸钾制取氧气时，不要忘掉在试管口处放上一团松软的棉花，以免高锰酸钾小颗粒进入导气管，堵塞导气管。
⑧实验开始前，不要忘记检查装置的气密性。
⑨实验结束时，先把导气管从水槽中取出，再移走酒精灯，防止水倒流入试管底部炸裂试管。
⑩收集满氧气的集气瓶要盖好玻璃片，正放在桌子上（因为氧气的密度比空气大）。
疑难导析
要知道在初中阶段，制取气体的发生装置主要有哪些，确定实验的发生装置主要依据什么。
先要确定加热固体物质来制取气体，一般用什么反应容器，怎样连接，用什么仪器来加热，怎样固定反应容器。
然后确定反应物是液体和固体而且不需加热，一般用什么反应容器，怎样连接。
要说明检查装置的气密性关键是先后顺序一定不能颠倒；然后说明怎样连接仪器，如何操作；最后说明要注意什么问题，否则会造成怎样的结果。
问题导思
关于确定实验的发生装置，要说明主要依据什么确定，分以下两种情况描述：
一是若反应物是固体和固体而且需要加热，要用什么发生装置。
二是反应物是固体和液体而且不需加热，要用什么发生装置。
关于收集装置的选择，要说明主要依据什么确定，分以下三种情况描述：
一是难溶于水或不易溶于水且不与水发生化学反应的气体适用于什么方法。
二是密度比空气大且不与空气中任何成分反应的气体适用于什么方法。
三是密度比空气小且不与空气中任何成分反应的气体适用于什么方法。
典题导考
黑色陷阱
催化剂有的可加快化学反应，有的可减慢化学反应，这个地方比较容易出错；在化学反应中，催化剂只能“改变其他物质的化学反应速率”，而对生成物的质量多少没有关系；同一个反应可以选用不同的催化剂。
典题变式
下列有关催化剂的叙述正确的是( )
A.在化学反应里能加快其他物质的化学反应速率，而本身质量和性质在反应前后都没改变的物质叫催化剂
B.二氧化锰是一切化学反应的催化剂
C.在过氧化氢的分解反应前后，二氧化锰的质量和化学性质都没有发生改变
D.要使过氧化氢分解放出氧气，必须要加入二氧化锰，否则就不能发生反应
答案:C
绿色通道
氧气的实验室制法，是初中化学制取气体的典型代表，考查内容包括选用药品、化学反应原理、所属反应类型、仪器、实验装置的选择、操作注意事项、收集方法及检验方法等。
典题变式
根据图2-8完成下列问题：
（1）用H2O2和MnO2制取氧气时采用的装置组合是_____，反应的文字表达式为：_____，其中二氧化锰所起的作用是_____。
（2）用KMnO4制取氧气的文字表达式：__________，用A装置进行实验时，试管口应放_____,以防止加热时高锰酸钾粉末进入导管。
（3）用大理石和稀盐酸制取二氧化碳适应采用的发生装置是_____。
图2-8
答案:（1）B、C或B、D
过氧化氢水＋氧气 催化作用
（2）高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气一团棉花
（3）B