4.3氧气的实验室制取-2024-2025学年九年级化学鲁教版上册

第四单元 我们周围的空气 第三节 氧气的实验室制取 （2024鲁教版）九年级 上 学习目标 氧气的实验室制取 01 02 催化剂 03 高锰酸钾制氧气 自然界中，氧气大多来自植物的光合作用。我们知道，分离液态空气能得到氧气，电解水也可以得到氧气，除此之外，还可以用什么办法在实验室中制得氧气呢？ 一、氧气的实验室制取 实验室制取气体物质的思路分析 在实验室里制取一种气体时，首先要选择反应物，知道如何控制反应条件，然后要确定气体发生和收集装置，最后要审查整个反应体系是否符合环保、安全的要求。 请认真思考以下问题： 1. 你认为下列哪些物质不能作为制取氧气的反应物？依据是什么？ ① 水（H2O） ② 二氧化碳（CO2） ③ 氯化钠（NaCl） ④ 高锰酸钾（KMnO4） ⑤ 过氧化氢（H2O2） ⑥ 甲烷（CH4） 2. 某同学认为：确定实验室制取气体的化学反应时，应考虑以下几方面因素。你是否同意他的观点？你还考虑到了哪些因素？ A. 原料是否容易获得 B. 实验条件是否容易控制 C. 实验装置是否容易装配 D. 实验操作是否安全可靠 3. 选择气体发生装置和收集装置的依据分别是什么？ 适合在实验室中制取氧气的物质和方法有很多。 其中，利用催化剂分解过氧化氢制取氧气是比较符合环保、安全要求的常用方法。 实验室制取氧气的方法 取A、B两支试管，分别加入3〜5 mL过氧化氢溶液。请观察下列实验并填写实验现象。 1. 将带火星的木条伸入A试管的管口。 2. 在B试管中加入少量二氧化锰粉末，将带火星的木条伸入试管口。 3.将A试管中的过氧化氢溶液倒入B试管中，将带火星的木条伸入B试管口。 4.待B试管中的现象不明显后，小心将上部液体倒出，再加入3~5mL过氧化氢溶液，将带火星的木条伸入试管口。 讨论:对比上这实验现象，你能得出什么结论?第4步实验可以多次重复，反应后将试管中的二氧化锰干燥称量，发现反应前后质量没有改变。据此你认为，二氧化锰比反应中起什么作用? 在二氧化锰的催化作用下，过氧化氢迅速分解产生氧气和水，这一反应可表示如下： 反应中，二氧化锰起到了催化作用，它加快了过氧化氢的分解。 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反应前后都没有发生变化的物质叫作催化剂。 形形色色的催化剂 在化工生产、科学实验和生命活动中，催化剂都可大显身手。例如，硫酸生产中要使用五氧化二钒作催化剂。由氮气跟氢气合成氨气，要使用以铁为主体的多组分催化剂。在炼油厂，催化剂更少不了，选用不同的催化剂，就可以得到不同品质的汽油、煤油。汽车尾气中含有污染性气体一氧化碳和氮氧化物，利用钯、铂、铑等金属作催化剂可以迅速将二者转化为二氧化碳和氮气。酶是动物、植物和微生物体内活细胞产生的具有催化功能的生物大分子，生物体中的化学反应几乎都是在酶的催化作用下进行；酿造业、制药业等有时也要用酶作催化剂。 确定了合适的反应物、知道如何控制反应条件后，就要确定使用何种气体发生装置和收集装置来进行实验。 确定气体发生装置与收集装置 1.通常，要根据反应物和生成的的状态、反应条件来选择气体发生装置。 固体二氧化锰与过氧化氧溶液涨合制取氧气的反在不需要加热，可边用哪种实验装置?你的理由是什么? 2实验查收集气体时，一般可采用排水集气法或排空气集气法: 当制取的气体难溶成微溶于水，且不与水发生化学反应时，可采用排水集气法收集。凡不与空气发生反应，且其密度与空气密度相差较大的气体，都可采用排空气集气法收集。如果要收集的气体密度比空气的密度大，可采用向上排空气集气法收集，反之，可采用向下排空气集气法收集。 根据氧气的性质，你认为可选用哪种装置收集氧气?其优缺点是什么?如何进行集气操作? 在实验室中，利用催化剂分解过氧化氢制取氧气，可采取一下装置和实验方案来进行。 氧气的制取 （1）如图所示，按照自下而上、从左到右 的顺序安装实验装置，并检查装置的气密性。 （2）先向锥形瓶中加入约0.1 g二氧化锰，再向分液漏斗中加入约15 mL过氧化氢溶液，并将盛满水的集气瓶倒扣于水槽中。 （3）打开分液漏斗的活塞，将过氧化氢溶液缓缓滴入锥形瓶中，待导管口有气泡连续、均匀产生时，再把导管口伸入集气瓶中集气。集满后用玻璃片在水面下盖住瓶口，移出水面，正放在实验台上。 在实验室中，还可以采用加热高锰酸钾的方法制取氧气。 物质在化学变化中表现出来的性质。 物质不需要发生化学变化就表现出来的性质。 物理性质 化学性质 物质性质 如可燃性、助燃性、氧化性、热不稳定性、腐蚀性、毒性等。 如颜色、状态、气味、熔点、沸点、硬度、密度等。 课堂导入 1 氧气 课堂活动 颜色 气味 状态 密度 溶解性 沸点 熔点 -183℃ -218℃ 无色 无味 气体 比空气大 不易溶于水 在标准状况 ： 氧气密度：1.429g/L 空气密度：1.293g/L 标准大气压下:1L水中只能溶解30mL氧气 液态呈淡蓝色液体，固态氧呈淡蓝色雪花状固体 思考1.为什么可以用排水法收集氧气？ 思考2.充满氧气的集气瓶为什么应瓶口向上放在桌面上？ 2 01 氧气物理性质 氧气不易溶于水 医疗上：可根据气泡产生速率，知道氧气的输出速率。 02 氧气化学性质 实验探究4-3 探究氧气的化学性质 【提出问题】氧气具有怎样的化学性质？ 【猜想与假设】氧气的化学性质： A.非常活泼 B.比较活泼 C.比较稳定 D.非常稳定 【设计并进行实验】 A.铁丝、镁条、铜丝 B.氢气（易燃易爆气体） 、木炭、红磷（燃烧产物污染空气） C.甲烷（CH4）、酒精（C2H5OH）、石蜡（组成元素：C、H） 思考：1、以上几组药品若单独使用，能否全面的体现氧气的性质？为什么？ 2、你会如何选择药品？选择的理由是什么？ 金属单质 非金属单质 化合物 A.铁丝、镁条、铜丝 B.氢气（易燃易爆气体）、木炭、红磷（燃烧产物污染空气） C.甲烷（CH4）、酒精（C2H5OH）、石蜡（组成元素：C、H） 兴趣 常见易获得 现象明显 易操作 环保 安全 典型物质 化繁为简 √ √ √ 氧气化学性质 02 分 类 法 02 氧气化学性质 实验探究4-3 探究氧气的化学性质 【提出问题】氧气具有怎样的化学性质？ 【猜想与假设】氧气的化学性质： A.非常活泼 B.比较活泼 C.比较稳定 D.非常稳定 【设计并进行实验】 1.木炭燃烧的实验步骤：用坩埚钳取一小块木炭片,放在酒精灯外焰上加热至红热时，迅速将红热的木炭由集气瓶口向下慢慢深入。待燃烧停止后加入少量澄清石灰水并震荡。 2.蜡烛燃烧的实验步骤：在空气中点燃一根蜡烛，然后用燃烧匙将其由集气瓶口向下慢慢深入。待燃烧停止后加入少量澄清石灰水并震荡。 3.铁丝燃烧的实验步骤：取一段螺旋状的普通细铁丝铁丝，将火柴棒塞入铁丝中并固定；用镊子将铁丝夹住，然后将整个铁丝放在酒精灯上点燃，等火柴完全烧尽时将铁丝由集气瓶口向下慢慢深入。 实验前 实验中 实验后 　 在空气中点燃 　 　 在氧气中点燃 　 碳 + 氧气 二氧化碳 点燃 C O2 CO2 文字表达式： 木炭为黑色 持续红热，无烟、无焰 剧烈燃烧，发出白光，放出热量 产生的气体能 使澄清的石灰 水变浑浊 氧气化学性质 02 实验前 实验中 　 在空气中点燃 　 在氧气中点燃 　 铁 + 氧气 四氧化三铁 点燃 Fe O2 Fe3O4 文字表达式： 铁丝为 银白色 铁丝红热，不燃烧 ①剧烈燃烧②火星四射③放出热量④生成黑色固体 氧气化学性质 02 实验前 实验中 实验后 　 在空气中点燃 　 　 在氧气中点燃 　 石蜡 + 氧气 二氧化碳 + 水 点燃 O2 CO2 H2O 文字表达式： 蜡烛为白色 ①燃烧②产生黄色火焰③放出热量 ①剧烈燃烧②发出白色火焰③放出热量④集气瓶内壁出现水雾 产生的气体能 使澄清的石灰 水变浑浊 氧气化学性质 02 02 氧气化学性质 实验探究4-3 探究氧气的化学性质 【提出问题】氧气具有怎样的化学性质？ 【猜想与假设】氧气的化学性质： A.非常活泼 B.比较活泼 C.比较稳定 D.非常稳定 【设计并进行实验】 【获得结论】 1.木炭燃烧的实验步骤：用坩埚钳取一小块木炭片,放在酒精灯外焰上加热至红热时，迅速将红热的木炭由集气瓶口向下慢慢深入。待燃烧停止后加入少量澄清石灰水并震荡。 2.蜡烛燃烧的实验步骤：在空气中点燃一根蜡烛，然后用燃烧匙将其由集气瓶口向下慢慢深入。待燃烧停止后加入少量澄清石灰水并震荡。 3.铁丝燃烧的实验步骤：取一段螺旋状的普通细铁丝铁丝，将火柴棒塞入铁丝中并固定；用镊子将铁丝夹住，然后将整个铁丝放在酒精灯上点燃，等火柴完全烧尽时将铁丝由集气瓶口向下慢慢深入。 氧气的化学性质比较活泼 【反思与交流】 1、对探究过程的反思 铁丝燃烧实验：①火柴的作用： ②将铁丝绕成螺旋状： ③待火柴即将燃尽时再将铁丝伸入氧气瓶中： ④实验时向下慢慢深入： ⑤预先在集气瓶中装少量水或在瓶底铺一薄层细沙： ⑥生锈的铁丝不能在氧气中燃烧的原因： 02 氧气化学性质 引燃铁丝。 增大铁丝的受热面积。 防止火柴燃烧消耗过多的氧气。 为了使铁丝和氧气充分反应。 防止燃烧产物落下,炸裂集气瓶。 铁丝表面生锈，影响了铁丝与氧气接触。 【反思与交流】 2、有待进一步研究的问题 ①木炭、铁丝、蜡烛在空气中反应与在氧气中反应剧烈程度明显不同，原因是什么？ ②木炭、铁丝、蜡烛与氧气的反应中有什么共同的特征？ ③氧气的化学性质比较活泼，能与很多物质发生反应。但通常情况下，有些物质却能和氧气“和平共处”，这是为什么呢？ ④如果空气的组成不是现在的样子，而是氧气占78%，氮气占21%，世界会是什么样？ 02 氧气化学性质 木炭在空气中燃烧 木炭在氧气中燃烧 02 氧气化学性质 ①木炭、铁丝、蜡烛在空气中反应与在氧气中反应剧烈程度明显不同，原因是什么？ 宏观：物质与氧气发生化学反应时，氧气浓度越高，反应越剧烈。 1.单位体积内，哪瓶气体中氧分子数目多？ 2.氧分子数目的多少，与碳原子碰撞的机会之间有什么关系？ 信息：物质之间之所以发生化学反应，从微观角度看，是因为反应物的微粒之间在一定条件下发生了有效的碰撞,微观粒子之间碰撞机会越多，反应就会越剧烈。 微观：物质与氧气发生化学反应时，单位体积的空间里氧分子的数目越多，反应越剧烈。 02 氧气化学性质 ②木炭、铁丝、蜡烛与氧气的反应有什么共同的特征？ 碳 + 氧气 二氧化碳 点燃 C O2 CO2 铁 + 氧气 四氧化三铁 点燃 Fe O2 Fe3O4 石蜡 + 氧气 二氧化碳 + 水 点燃 O2 CO2 H2O 反应物中都是两种物质参加反应； 反应条件都是点燃； 都是物质与氧气发生的化学反应，属于氧化反应； 生成物中都是由两种元素组成的化合物，其中一种是氧元素。（生成物都是氧化物） 02 氧气化学性质 ③氧气的化学性质比较活泼，能与很多物质发生反应。但通常情况下，有些物质却能和氧气“和平共处”，这是为什么呢？ 化学反应的发生需要一定的条件。 ④如果空气的组成不是现在的样子，而是氧气占78%，氮气占21%，世界会是什么样？ 3 课堂小结 4 典例分析 考点一：氧气的性质 【典型例题1】对氧气物理性质的叙述正确的是（ ） A、极易溶于水 B、在标准状况下，密度比空气略大 C、在-183℃时变成无色液体   D、在-218℃时变成白色固体 【典型例题2】下列有关氧气性质的叙述中，正确的是（ ） A、氧气是可燃物燃烧的催化剂 B、氧气能使带火星的木条复燃，是因为氧气具有可燃性 C、氧气是一种化学性质比较活泼的气体 D、它能跟所有物质发生化学反应 B B 考点二：氧化反应 【典型例题3】下列有关氧化反应中，叙述正确的是（ ） A、物质与氧气发生的反应都是氧化反应 B、化合反应一定是氧化反应 C、氧化反应一定是化合反应   D、氧化反应中一定有氧气的参与 考点三：氧化物 【典型例题4】下列几种物质中不属于氧化物的是（ ） A.Fe2O3 B.CaCO3 C.MgO D.CO A B 1 课堂导入 地球上的人大约有70亿人口，每天要消耗多少氧气，为什么我们没有感到缺氧呢？ 2 课堂活动 活动天地4-5 了解自然界中的氧循环 观察左图，思考以下3个问题，看看氧元素在自然界里是怎样循环的： 1.自然界中氧气产生与消耗的途径主要有哪些？ 2.在自然界中，许多物质都能与氧气反应消耗氧气，那么空气中的氧气是否会因此而减少呢？ 01 自然界中的氧循环 1.自然界中氧气产生与消耗的途径主要有哪些？ 植物的光合作用产生O2 动植物呼吸作用消耗O2 各种燃料燃烧消耗O2 01 自然界中的氧循环 【思考】在我国北方的冬天，许多树的叶都掉光了，光合作用的能力大大下降。北方的人会有感觉缺氧吗？ 即使北方的植物不进行光合作用产生氧气，可是地球的其它地方照样会有很多的绿色植物在进行光合作用，释放氧气，通过地球大气循环在全球进行气体环流。 O2 01 自然界中的氧循环 2.在自然界中，许多物质都能与氧气反应消耗氧气，那么空气中的氧气是否会因此而减少呢？ 在自然界中通过氧气以及各种含氧化合物的天然或人工转化，形成持续稳定的氧循环，从而维持了相对恒定的大气含氧量，构建了陆地，海洋和大气等环境的物质和能量平衡，为生态系统的正常运转提供可靠的资源保障。 提醒1：自然界中的氧循环是自然界中一个非常重要的循环，这里的氧指的是氧元素，而非氧气。 提醒2：自然界中的氧循环主要是通过化学变化来实现的。 01 自然界中的氧循环 【思考】根据氧循环的原理，在屋内可以用什么方法来使空气保持清新？ 02 缓慢氧化 氧循环过程中，人和动物吸入的氧气主要用于氧化所摄入的营养物质，为机体生长发育和新陈代谢等提供物质基础和能量，这类反应往往进行的非常缓慢，甚至不容易被察觉，称为缓慢氧化。 金属的锈蚀 食物腐烂 橡胶老化 酒和醋的酿造 提醒1：常温下，许多物质都能发生缓慢氧化反应； 提醒2：缓慢氧化反应属于氧化反应。 02 缓慢氧化 氧化反应 剧烈氧化反应： 比如发光、放热——燃烧 缓慢氧化： 金属的锈蚀，动植物的呼吸、腐烂，塑料的老化，酒和醋的酿造等 3 交流共享 有同学认为：我们每个人都在参与自然界中的氧循环。你同意这种观点吗？我们是如何消耗氧气的？又对氧气的生成做了什么贡献？ 假如氧循环被破坏，空气中的氧气含量明显升高或降低，可能会怎样影响我们的生活或生存？ 4 典例分析 考点一：自然界中的氧循环 【典型例题1】大气中氧气的含量能维持稳定，是因为自然界中存在着稳定的氧循环。以下对自然界氧循环途径的描述正确的是（ ） A． 生物的呼吸作用在产生氧气 B． 各种燃烧现象在消耗氧气 C． 微生物的氧化分解作用在产生氧气 D． 绿色植物时刻都在产生氧气 【典型例题2】下列说法中正确的是 （填字母）。 a．空气中的氧气含量永远不变， b．空气中的氧处于动态平衡； c．空气中氧气的浓度越高越好； d．氧气有百利而无一害； e．氧在自然界中既有单质，又有化合物。 B b,e 考点二：缓慢氧化 【典型例题3】在生活中，缓慢氧化的例子很多，下列过程不属于缓慢氧化的是（ ） A.动植物的呼吸 B.冰雪融化成水 C.酒和醋的酿造 D.钢铁生锈 【典型例题4】下列有关缓慢氧化叙述正确的是（ ） A.木炭在空气中燃烧不如在氧气中燃烧剧烈，因此属于缓慢氧化 B.进行得比较缓慢，甚至不容易被察觉的反应属于缓慢氧化 C.缓慢氧化一定属于氧化反应 D.因为缓慢氧化进行的比较慢，所以不会对人类的生活产生影响 B C $$