第三章
维持生命之气——氧气
3.2 制取氧气
一、知识与技能
1.了解催化剂的概念，知道二氧化锰在分解过氧化氢反应中的催化作用。
2.理解分解反应的定义及其与化合反应的区别。
3.掌握实验室制取氧气的反应原理、仪器装置、收集方法、检验及操作注意事项，了解工业上制取氧气的方法和原理。
4.掌握根据已知的化学式，计算物质的相对分子质量、元素的质量分数。
二、过程和方法
初步培养学生的实验操作能力、观察能力和思维能力。初步培养学生分析、对比和迁移知识的能力。
三、情感、态度与价值观
初步懂得用实验来探究物质性质和制备的科学方法，培养学生对化学的好奇心和探究欲，发展学习化学的兴趣。
实验室制取氧气的反应原理和操作方法，分解反应。
对催化剂和二氧化锰在分解过氧化氢反应中所起催化作用的理解。
上一节课，我们探究了氧气的化学性质，氧气有哪些化学性质?(引导学生回答)。我们在探究氧气的化学性质时，使用了许多瓶氧气，有谁能告诉老师，这些氧气是怎样制得的呢?(停顿一会儿，让学生回答)下面我们就来探究氧气的实验室制法，并学习一些相关的化学知识。
1．实验室制氧气
这些氧气用什么来制取呢？
制取氧气首先要选择含氧的物质。
1．实验室常用过氧化氢溶液或加热高锰酸钾制取氧气。
2．工业上常用分离液态空气的方法制取大量氧气。
(1)实验室用过氧化氢溶液制取氧气
①反应原理：。
实验探究：
实验编号
观察到的现象
结论
A
出现少量气泡，带火星木条没有明显现象
缓慢产生氧气
B
出现大量气泡，带火星木条复燃
快速产生氧气
C
出现大量气泡，带火星木条复燃
快速产生氧气
过氧化氢溶液在通常条件下能非常缓慢地放出氧气，在加热或加入二氧化锰等物质后会迅速地放出氧气。
②用过氧化氢溶液制取氧气的装置
实验室制取氧气的装置包括：气体的发生装置(如图甲所示)和气体的收集装置(如图乙和丙所示)。用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气，是固体与液体不需加热就能进行反应，选图甲作发生装置；收集装置选择乙(排水法)、丙(向上排空气法)。
③操作步骤
操作步骤可简记为：查→装→定→收。也可用谐音“茶庄订售”来协助记忆。
“查”：连接装置，检查其气密性；
“装”：将少量二氧化锰→适量过氧化氢溶液依次装入试管，用带导管的单孔橡皮塞塞紧试管；
“定”：将试管固定在铁架台上；
“收”：收集氧气。
(2)实验室用高锰酸钾、氯酸钾制取氧气
①反应原理
②用高锰酸钾制取氧气的装置
实验室用高锰酸钾制取氧气，是固体在加热条件下才能发生反应，选图甲作发生装置(与用过氧化氢溶液和二氧化锰制取氧气选取装置不同)；收集装置选择乙(排水法)或丙(向上排空气法)。
③操作步骤
用高锰酸钾制取氧气，并用排水法收集，其实验操作步骤可简记为：查→装→定→点→收→离→熄。也可用谐音“茶庄定点收利息”来协助记忆。
“查”：连接装置，检查其气密性；
↓
“装”：将适量高锰酸钾装入试管，在试管口放一团棉花，用带导管的单孔橡皮塞塞紧试管；
↓
“定”：将试管口略向下倾斜，试管固定在铁架台上，铁夹夹在距试管口1/3左右处；
↓
“点”：点燃酒精灯→预热→对药品进行加热；
↓
“收”：在导气管口冒出的气泡均匀且连续时，收集氧气；
↓
“离”：收集完氧气后，将导气管从水槽中移出；
↓
“熄”：熄灭酒精灯。
棉花作用：防止药品被冲入导管内，阻塞导管。
2．催化剂与催化作用
(1)催化剂的概念：在化学反应里，能改变其他物质的反应速率，而本身的质量和化学性质在化学反应前后没有发生变化的物质。
(2)催化作用：催化剂在化学反应中所起的作用。
实验探究：
实验编号
观察到的现象
结论
A
出现少量气泡，带火星木条没有明显现象
缓慢产生氧气
B
b1→b2→b3
出现大量气泡，带火星木条复燃
快速产生氧气
b4→b5
出现大量气泡，带火星木条复燃
快速产生氧气
C
c1→c2→c3
出现大量气泡，带火星木条复燃
快速产生氧气
c4→c5
出现大量气泡，带火星木条复燃
快速产生氧气
很有趣哦！若不断地向试管中加入过氧化氢溶液，反应会不断地进行下去，发像二氧化锰永远用不完。而且如果在实验前准确地称出二氧化锰的质量，实验后将二氧化锰回收、干燥、再称量，会发现它的质量没有改变。
①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。
②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，如二氧化锰在高锰酸钾制取氧气的反应中是生成物。
③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、硫酸铜溶液及红砖粉末等作催化剂。
④催化剂只能改变化学反应速率，并不能增加生成物的质量。
⑤在化学反应前后催化剂的物理性质可能发生了变化，但可以重复使用。
⑥催化剂参加了化学反应，既不是反应物也不是生成物，应算作反应条件，故写反应表达式时放在箭头的上方，如过氧化氢水＋氧气。
3．分解反应
(1)定义：由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应叫做分解反应。
(2)特征：“多变一”，可用通式：AB→A＋B表示。
4．工业制氧气
(1)分离液态空气制取氧气
①操作过程：
空气液态空气(约－200
℃
②分离液态空气制取氧气的微观解释
小贴士：液氮的沸点－196
℃，液氧的沸点－183
℃。液氧存放于蓝色钢瓶里。
(2)膜分离技术制取氧气
操作过程：空气含氧气较多的富氧空气含氧90%以上的富氧空气。
空气是一种混合物，工业上以空气为原料制取氧气的本质就是将氧气与空气中的其他成分分离开来，并没有生成新的物质，发生的是物理变化，不是分解反应。
5．装置气密性的检查
装置的连接和装置气密性的检查是保证成功制取气体的前提。
检查装置气密性的原理是：通过气体发生器与附设的液体构成封闭体系，依据改变体系内的压强所产生的现象(如气泡的产生、水柱的形成或上升、液面的下降与升高等)来判断气密性的好坏。根据制取气体装置的不同，检查装置气密性的方法主要有：
(1)空气热胀冷缩法：如下图所示，此装置的检验方法是：连接好装置，把导管的一端浸入水中，用手紧握试管外壁，导管口若有气泡冒出，并且当松开手后，水又回升到导管中形成一段水柱，则证明该装置的气密性是良好的。
(2)注水法：如下图所示，连接好装置，将止水夹夹在胶皮管处，从长颈漏斗注水，一段时间后，液面不下降，说明装置气密性好。
6．氧气的检验和验满
(1)氧气的检验就是根据氧气的特性，把带火星的木条插入集气瓶中，根据带火星的木条复燃来进行确定。
(2)氧气的验满是判断集气瓶内是否已经收集满氧气。收集方法不同验满的方法也不同：用排水法收集氧气把集气瓶扶正，瓶口逸出气泡→已收集满；向上排空气法收集氧气把带火星的木条放在集气瓶口，带火星木条复燃→已收集满。
氧气的检验和验满都用带火星的木条，但放到的位置不同：检验→插入瓶中；验满→放在瓶口。
7．分解反应与化合反应的关系
分解反应和化合反应都属于基本反应类型，它们是一对相反的过程。判断、区分抓特征。
区别
联系
化合反应
“多变一”，一种生成物
都属于反应基本类型，两者是并列的关系，互不从属
分解反应
“一变多”，一种反应物
明确化学反应的分类依据，理解化合反应、分解反应、氧化反应的概念，明晰它们之间的关系。
8．实验室制取氧气时如何选择装置
实验室通常用过氧化氢溶液、加热高锰酸钾的方法来制取氧气。由于反应物状态的不同和反应条件的不同，就决定了反应发生装置不同。
(1)实验室常用制取氧气的发生装置有两类：固液(或液液)常温(不加热)型装置(如图AB所示)和固体加热型装置(如图C所示)。
选择装置方法：
解答有关制取气体装置问题时，首先分清反应物状态和反应条件，然后选择适当的装置。
9．控制变量，探究化学反应中催化剂性质
当研究多个因素之间的关系时，往往先控制其他几个因素不变，集中研究其中一个因素的变化所产生的影响，这种方法叫控制变量法。通过控制变量可以对影响实验结果的多个因素逐一进行探究，然后再总结出结论。
催化剂不是化学反应的必要条件，它只改变化学反应的速率，而不能决定能否发生化学反应。在化学反应前后，催化剂的物理性质(如形状)在化学变化前后往往会发生改变，但是催化剂的质量和化学性质在化学变化前后是不变的。
探究化学反应中催化剂性质，需要证明该物质的三点：(1)能改变某一反应的速率；(2)在化学反应前后质量保持不变；(3)在化学反应前后化学性质保持不变。影响化学反应快慢的因素除催化剂的种类外，还有温度、浓度等，要想证明某一种因素的影响，要依据控制变量法，在同样条件下，设计对比实验来验证。
一、催化剂
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化学反应前后都没有变化的物质叫做催化剂，如在实验室用过氧化氢制备氧气时所用的二氧化锰。
二、实验室制氧气
1．反应原理
2．装置要点
(1)试管口应稍向下倾斜；
(2)导管不宜伸入试管内过长；
(3)铁夹要夹在距试管口1／3处；
(4)药品要平铺在试管底部。
3．操作步骤
(1)检：检查装置的气密性；
(2)装：把药品装入试管内，使之平铺在试管底部;
(3)固：把试管固定在铁架台上；
(4)点：点燃酒精灯加热；
(5)集：收集气体；
(6)移：将导气管移出水面；
(7)熄：熄灭酒精灯。
4．收集方法
(1)排水法：因为氧气不易溶于水；
(2)向上排空气法：因为氧气的密度比空气稍大。
5．验满的方法
取一带火星木条，放在集气瓶口，若木条复燃，则证明氧气已集满。
6．操作要点
(1)实验结束，应先移去导气管，后移酒精灯，以防水倒流造成试管炸裂；
(2)如果所用药品为高锰酸钾，通常要在试管口塞一团玻璃棉，防止加热时高锰酸钾随氧气溅入导管；
(3)制备出的氧气应瓶口向上正立放置在桌面上。
催化剂的作用非常大，它可以改变化学反应的速度，而本身的质量和化学性质在化学反应前后没有发生变化的物质。从今天的实验中，我们发现二氧化锰参加了反应，形成易分解的中间产物，反应后二氧化锰又恢复原先的组成，性质及质量都没有改变，但加快了氯酸钾的分解速度。加热氯酸钾与二氧化锰的混合物时，用排水法收集，反应中可能有少量氯气逸出，因而使制得的氧气带有刺激性气味。
例1下列有关实验室用过氧化氢溶液制取氧气的说法中，正确的是(B)
A．过氧化氢中含有水和氧气
B．过氧化氢可以在二氧化锰催化下快速发生化学反应生成氧气
C．过氧化氢溶液只有加入二氧化锰才会产生氧气
D．加热能使过氧化氢迅速产生氧气，所以用过氧化氢溶液制取氧气时，必须用酒精灯加热
例2下列变化中不属于分解反应的是(A)
A．分离液态空气制氧气
B．加热高锰酸钾制氧气
C．加热过氧化氢制取氧气
D．加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气
例3下列有关工业制取氧气的叙述中，错误的是(B)
A．分离液态空气制取氧气是利用液氧和液氮沸点的不同，控制温度使其分离
B．发生的是分解反应
C．制取过程中没有生成新物质
D．工业制得的氧气加压储存在蓝色的钢瓶里
例4用如图所示装置制取氧气,回答下列问题:
(1)向试管中装入固体粉末时,可先使试管平放,用纸槽（或药匙）把药品小心地送至试管底部。
(2)组装该装置时,下列仪器与用品的组装顺序是②④③①(填序号)。
①试管②铁架台③酒精灯④木块
解析:将粉末状固体加入试管时,可利用药匙或纸槽；组装装置时,一般从下到上,铁架台可固定仪器,先放好,然后将木块放在铁架台上,放上酒精灯,以利用酒精灯外焰加热为标准,固定试管。
1．实验室用过氧化氢和二氧化锰制取氧气。下列说法正确的是(D)
A.反应物是过氧化氢和二氧化锰
B．过氧化氢和二氧化锰发生化合反应
C不加二氧化锰过氧化氢就不能分解生成氧气
D．二氧化锰能使过氧化氢在较低温度下迅速分解放出氧气
2．下列关于催化剂的说法错误的是(D)
A.在化学反应中改变其他物质的化学反应速率
B．化学反应前后其化学性质不变
C.化学反应前后其质量不变
D．使用催化剂可增加产物的质量
3．实验室用过氧化氢和二氧化锰制取氧气。实验前取2g二氧化锰，实验结束后，从剩余物中能回收二氧化锰的质量为(C)
A．大于2g
B．小、于2g
C等于2g
D．无法判断
4.下面是某同学探究二氧化锰对过氧化氢分解制氧气的催化作用和催化剂催化特点所做的实验，请你帮他完成实验报告。
I．实验步骤：
(1)在试管中加入5mL
5％的过氧化氢溶液，带火星的木条伸人试管；
(2)加热实验(1)的试管，把带火星的木条伸人试管；
(3)在另一支试管中加入5mL
5％的过氧化氢溶液，并加入2g二氧化锰，把带火星的木条伸入试管；
(4)待实验(3)的试管内液体不再有现象发生时，重新加入3mL
5％的过氧化氢溶液，把带火星的木条伸入试管；(该步骤实验可以反复多次)
(5)实验后将二氧化锰回收、干燥、称量。
Ⅱ．实验现象及解释：
实验编号
实验现象
现象解释
(1)
带火星木条未复燃
过氧化氢常温下不易分解
(2)
带火星木条复燃
过氧化氢在加热的条件下能迅速分解
(3)
带火星木条复燃
二氧化锰能使过氧化氢在常温下迅速分解
(4)
带火星木条复燃
二氧化锰仍能使过氧化氢在常温下迅速分解，二氧化锰可以重复使用
Ⅲ．实验结论：
(1)二氧化锰对过氧化氢分解反应所起的作用是使过氧化氢在常温下迅速分解，二氧化锰在反应过程中，其质量和化学性质都不发生改变；
(2)在化学反应中，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发生改变的物质，叫做催化剂。
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