3.2 氧气的制取 第2课时（导学案）化学科粤版2024九年级上册

3.2 氧气的制取 第2课时 实验室制取氧气和工业制氧气 一、知识目标 1.掌握实验室用过氧化氢制取氧气的反应原理、实验装置及操作步骤，能区分固液常温型装置与固固加热型装置的适用场景； 2.理解催化剂的概念，明确其 “一变两不变”（改变反应速率，反应前后质量和化学性质不变）的特点，能设计实验验证某物质是否为催化剂； 3.认识分解反应的定义及 “一变多” 的特点，能区分分解反应与之前所学的化合反应； 4.了解工业制取氧气的两种主要方法（分离液态空气法、膜分离技术法），掌握其原理及物理变化的本质，明确工业制氧与实验室制氧的差异。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：能从宏观上观察过氧化氢、氯酸钾制氧气的实验现象，结合微观角度理解催化剂如何影响反应速率，建立 “反应条件影响反应进程” 的认知； 2.证据推理与模型认知：通过对比实验（如实验 3-5 的四组实验）收集证据，推理二氧化锰的催化作用，构建 “实验现象→实验结论→化学概念” 的推理模型，理解分解反应的本质特征； 3.科学探究与创新意识：参与过氧化氢制氧气的实验分析过程，学习对比实验的设计方法（控制单一变量），能提出 “如何验证某物质是催化剂” 的探究问题，培养实验设计与创新能力； 4.科学态度与社会责任：了解工业制氧的低成本、环保特点，认识化学技术在实际生产中的应用价值，树立 “理论服务于实践” 的科学态度，关注化工生产与环境的关系。 一、教学重点 1.实验室用过氧化氢制取氧气的反应原理（）、实验装置（固液常温型）及操作注意事项； 2.催化剂的概念及 “一变两不变” 的特点，分解反应的定义及 “一变多” 的特征； 3.工业制氧气的主要方法（分离液态空气法）及原理，区分物理变化与化学变化。 二、教学难点 1.催化剂 “反应前后化学性质不变” 的理解与实验验证，避免将 “催化剂只能加快反应速率” 的误区； 2.三种实验室制氧方法（高锰酸钾、过氧化氢、氯酸钾）的对比分析（反应物状态、反应条件、装置选择）； 3.分离液态空气法中 “利用物质沸点差异分离混合物” 的原理，理解工业制氧为何属于物理变化。 任务一：实验室制氧气的复习与新知预习 1.复习回顾：加热高锰酸钾（KMnO4）制取氧气，反应原理为______（用文字表达式和化学方程式表示），该反应的反应物状态为______，反应条件为______，属于______反应（填反应类型）。 2.过氧化氢制氧气：过氧化氢（H2O2）溶液俗称双氧水，常温下为______色液体。实验室中，过氧化氢在______（填物质名称）的作用下能快速分解产生氧气，反应原理的文字表达式为______，化学方程式为______。 3.加热氯酸钾制氧气：氯酸钾（KClO3）为白色固体，二氧化锰（MnO2）为黑色固体，二者混合加热时，氯酸钾分解产生氧气和氯化钾（KCl），反应原理的文字表达式为______，化学方程式为______，该反应的反应物状态为______，反应条件为______。 4.催化剂：在化学反应里能______其他物质的化学反应速率，而本身的______和______在化学反应前后都没有发生变化的物质，叫做催化剂（又叫触媒）。催化剂在化学反应中所起的作用叫做______。 5.分解反应：由______物质生成______或______其他物质的反应，叫做分解反应，其特点可概括为 “____________”，表达式为________________________（用A、B、C等表示物质）。 任务二：工业制氧气预习 1.工业制氧气的原料是______，因为其含有丰富的氧气资源，且成本低、来源广。 2.分离液体空气法：利用空气中各成分______不同（液氮沸点为______℃，液氧沸点为______℃），通过______、______使空气液化，再升温蒸发，先汽化分离，剩余液体主要为，该过程属于______变化（填 “物理” 或 “化学”）。 3.膜分离技术法：在一定压力下，利用空气中各组分透过具有氧气富集功能的薄膜时______不同，使______优先通过膜，得到氧气含量为 90% 以上的富氧空气，该过程属于______变化（填 “物理” 或 “化学”）。 一、实验室制氧气 —— 分解过氧化氢制氧气 活动一：探究过氧化氢在不同条件下的分解（实验 3-5） 问题探究：通过以下四组实验，观察现象并推断结论，探究过氧化氢分解的最佳条件。 1.实验（1）：用量筒量取 4mL 10% 的过氧化氢溶液加入试管中，将带火星的木条伸进试管内。 现象：______ 推断：______ 2.实验（2）：取少量二氧化锰装入另一试管中，将带火星的木条伸进试管内。 现象：______ 推断：______ 3.实验（3）：取少量二氧化锰于第三支试管中，再量取 4mL 10% 的过氧化氢溶液加入，将带火星的木条伸进试管内。 现象：______ 推断：______ 4.实验（4）：待实验（3）的试管内液体不再放出气泡时，重新加入 4mL 10% 的过氧化氢溶液，再将带火星的木条伸进试管内。 现象：______ 推断：______ 活动二：分析二氧化锰的作用 —— 催化剂的验证 问题思考 1：实验（4）中，二氧化锰能反复使用，且实验前准确称量二氧化锰的质量（m1），实验后将其回收、干燥、再称量（m2），发现m1=m2。结合实验现象，从 “质量” 和 “化学性质” 角度，总结二氧化锰在过氧化氢分解中的特点。 问题探究 2：若要验证某物质（如硫酸铜溶液）是否为过氧化氢分解的催化剂，需要设计哪些实验步骤？ 活动三：过氧化氢制氧气的实验装置选择 归纳总结：根据过氧化氢分解的反应原理（反应物为过氧化氢溶液 <液体> 和二氧化锰 < 固体 >，反应条件为常温，无需加热），选择合适的实验装置，并分析仪器使用注意事项。 1.发生装置：选择 “固液常温型” 装置，可选用长颈漏斗或分液漏斗添加过氧化氢溶液。 长颈漏斗：使用时需______，防止生成的气体从长颈漏斗逸出。 分液漏斗：无需插入液面以下，优点是______（填 “可控制反应速率” 或 “可随时添加液体”）。 2.收集装置：根据氧气的性质（不易溶于水且不与水反应，密度比空气略大），可选择______法（收集的氧气较纯净）或______法（收集的氧气较干燥）。 活动四：过氧化氢制氧气的操作步骤与验满 问题思考 ：结合实验装置，梳理过氧化氢制氧气的操作步骤，并说明验满方法。 1.操作步骤：①______（关键步骤，防止装置漏气导致收集不到气体）；②先向反应容器中加入______（填 “固体” 或 “液体”，即二氧化锰）；③再通过长颈漏斗或分液漏斗加入______（即过氧化氢溶液）；④收集气体（排水集气法需待导管口有______气泡冒出时再收集，防止收集的气体混有空气）。 2.验满方法：若用向上排空气法收集，将______的木条放在______，若木条复燃，说明氧气已收集满；若用排水集气法收集，当______时，说明氧气已收集满。 二、实验室制氧气 —— 加热氯酸钾制氧气 活动一：对比加热高锰酸钾与加热氯酸钾制氧气的差异 问题思考 1：写出加热氯酸钾（二氧化锰作催化剂）制氧气的反应原理（文字表达式和化学方程式），对比其与加热高锰酸钾制氧气的反应物状态、反应条件，判断应选择哪种发生装置。 问题思考 2：加热氯酸钾制氧气时，试管口是否需要像加热高锰酸钾那样放一团棉花？为什么？ 活动二：梳理加热氯酸钾制氧气的操作步骤 归纳总结：加热氯酸钾制氧气的操作步骤与加热高锰酸钾制氧气一致，可概括为 “查、装、定、点、收、离、熄”（谐音 “茶庄定点收利息”），请分别解释各步骤的含义： 三、分解反应的认识与判断 活动一：对比三种实验室制氧气的反应，归纳分解反应特点 问题探究：写出加热高锰酸钾、分解过氧化氢、加热氯酸钾制氧气的反应文字表达式，分析反应物和生成物的种类，总结共同特点，并与化合反应对比，完成下表： 反应类型 反应物种类 生成物种类 反应特点 表达式（用、、等表示） 举例（实验室制氧气的反应） 分解反应 ______ ______ ______ ______ ______ 化合反应（回顾） ______ ______ ______ ______ ______（如碳与氧气的反应） 四、工业制氧气 活动一：分析工业制氧气的原料与考量因素 问题探究：实验室制氧气（如加热高锰酸钾、分解过氧化氢）的方法为什么不适合工业生产大量氧气？工业制氧气选择原料时需考虑哪些因素？ 活动二：探究分离液体空气法的原理与流程 问题思考1：结合空气中氮气和氧气的沸点差异（液氮沸点 - 196℃，液氧沸点 - 183℃），分析分离液体空气法的流程（空气→液态空气→氮气→液氧），解释各步骤的操作及原理。 1.空气→液态空气：通过______（填 “加压”“降温” 或 “加压 + 降温”）的方法使空气液化，原理是______（从分子间隔角度解释）。 2.液态空气→氮气：将液态空气升温至______℃~℃之间，（填 “氮气” 或 “氧气”）先汽化分离，剩余液体主要为______。 3.液氧的贮存：将分离得到的液氧______（填 “加压” 或 “减压”）后，贮存在蓝色钢瓶中，方便运输和使用。 活动三：了解膜分离技术法的应用 归纳总结：膜分离技术法是在一定压力下，让空气通过具有氧气富集功能的薄膜。由于空气中各组分透过膜的______不同，优先通过膜，经过反复分离或多级分离后，可得到氧气含量为 90% 以上的富氧空气。该方法的优点是（填 “能耗低” 或 “产量高”），主要应用于______（举 1 例，如医疗、化工等）。 3.2 氧气的制取（第2课时） 一、实验核心知识 （一）复习回顾：加热高锰酸钾制氧气 1.反应原理 （二）过氧化氢制取氧气 1. 实验探究（实验 3-5）：用浓度为 10% 的过氧化氢溶液和二氧化锰开展实验，具体情况如下表： 实验步骤 现象 推断 用量筒量取 4mL 过氧化氢溶液加入试管，将带火星木条伸进试管  带火星的木条不会复燃 常温下过氧化氢溶液短时间内产生氧气量少，不足以使带火星木条复燃 取少量二氧化锰装入试管，将带火星木条伸进试管 带火星的木条不会复燃 常温下，二氧化锰不能放出氧气，不会使带火星木条复燃  取少量二氧化锰于试管，再加入 4mL 过氧化氢溶液，将带火星木条伸进试管 带火星的木条复燃；产生大量气泡 常温下，二氧化锰加快了过氧化氢溶液的分解速率，迅速产生大量氧气，可使带火星木条复燃 待实验（3）试管内液体不再放气泡时，重新加入 4mL 过氧化氢溶液，将带火星木条伸进试管 带火星的木条复燃；溶液中再次产生大量气泡 二氧化锰的化学性质在反应前后没有改变，且能够重复使用 2.实验结论 （1）二氧化锰能促进过氧化氢分解，但它本身没有分解。 （2）实验室用过氧化氢制取氧气的反应原理： （3）二氧化锰在化学反应前后化学性质没有改变 3.实验装置 （1）选择依据：固液常温装置（反应物为过氧化氢溶液 <液体> 和二氧化锰 < 固体 >，反应无需加热） （2）仪器特点：分液漏斗不用插到底部；长颈漏斗需要插入液面以下。 4.操作步骤 （1）检查装置的气密性（可通过用手捂住广口瓶的方式检验）。 （2）先放固体（二氧化锰），后装液体（过氧化氢溶液）。 （3）收集气体（导管接近瓶底）。 （4）验满（用带火星的木条靠近集气瓶口，木条复燃，说明氧气已收集满）。 （三）加热氯酸钾制氧气 1.反应原理： 2.实验装置：固固加热型装置（反应物氯酸钾和二氧化锰均为固体，反应需加热） 3.实验注意事项：装入药品时不需要在试管口装一团棉花（氯酸钾加热时会融化，不会飘出粉末） 4.实验步骤：同加热高锰酸钾制取氧气的实验步骤一致。 （四）三种实验室制取氧气方法对比 反应原理 反应物状态 反应条件 氧气的性质 固体 加热 氧气不易溶于水，且不与水反应；氧气的密度比空气略大 固体（二氧化锰）、液体（过氧化氢溶液） 催化剂（二氧化锰） 固体（氯酸钾、二氧化 催化剂（二氧化锰）、加热 （五）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。 2.特点：“一变多”。 3.表达式：A→B+C+... 4.与化合反应对比 类型 反应物种类 生成物种类 反应特点 表达式 化合反应 两种或两种以上 一种 “多变一” A+B+...→X 分解反应 一种 两种或两种以上 “一变多” A→B+C+... （五）催化剂 1.定义：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身质量和化学性质在化学反应前后都没有发生变化的物质。 2.作用：催化作用（催化剂在化学反应中所起的作用）。 3.特点 （1）一变：能改变其他物质的反应速率（可以是加快，也可以是减慢）。 （2）两不变：自身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化。 4.书写要求：催化剂是一种反应条件，所以二氧化锰写在箭头的上方。 5.催化剂验证实验设计：需从三个方面探究，三者缺一不可 （1）探究物质是否能改变化学反应速率。 （2）探究该物质的质量在化学反应中是否发生改变。 （3）探究该物质的化学性质在化学反应中是否发生改变。 （七）对比实验 1.定义：指设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究各种因素与实验对象的关系。 2.关键要求：每次只能改变一个因素，其他因素应该保持一样（如探究二氧化锰对过氧化氢分解的影响时，过氧化氢溶液的浓度和体积均相同，只改变 “有无二氧化锰” 这一因素）。 三、工业制氧气 （一）工业制氧气的考量因素 工业上制备氧气需满足：①成本便宜；②原料易得；③生产对环境无负面影响。空气中含有丰富的氧气资源，是工业制氧气的主要原料。 （二）主要方法 1.分离液体空气法 （1）原理：利用空气中各成分的沸点不同（液氮沸点是 - 196℃，液氧沸点是 - 183℃）。 （2）流程： （3）氧气贮存： （4）变化类型：物理变化 2.膜分离技术富集氧气 （1）原理：利用空气中各组分透过膜时的渗透速率不同，在压力差驱动下，使空气中氧气优先通过膜而得到富氧空气。 （2）流程：空气（反复分离、多级分离）氧气（氧气含量为 90% 以上的富氧空气）、氮气及其他气体。 （3）应用：在医疗、化工、炼钢、发酵等方面都有广泛的应用。 （4）变化类型：物理变化 1.实验室制取氧气时，下列反应原理不属于分解反应的是（ ） A. 高锰酸钾加热生成锰酸钾、二氧化锰和氧气 B. 过氧化氢在二氧化锰催化下生成水和氧气 C. 氯酸钾在二氧化锰催化和加热条件下生成氯化钾和氧气 D. 蜡烛在氧气中燃烧生成二氧化碳和水 2.关于催化剂的说法正确的是（ ） A. 催化剂只能加快化学反应速率 B. 催化剂在化学反应前后质量和性质都不变 C. 二氧化锰是所有化学反应的催化剂 D. 催化剂能改变化学反应速率，且反应前后质量和化学性质不变 3.实验室用高锰酸钾制取氧气，下列实验操作错误的是（ ） A. 实验前检查装置的气密性 B. 试管口略向下倾斜固定在铁架台上 C. 加热时先预热，再用外焰集中加热药品部位 D. 实验结束后，先熄灭酒精灯，再将导管从水槽中移出 4.实验室收集氧气，若要得到较纯净的氧气，应选择的收集方法是（ ） A. 向上排空气法 B. 向下排空气法 C. 排水法 D. 以上方法均可 5.某同学用氯酸钾和二氧化锰制取氧气，实验结束后，分离剩余固体（含氯化钾和二氧化锰）的操作是（ ） ①点燃酒精灯加热 ②检查装置气密性 ③装高锰酸钾并塞棉花 ④固定试管 ⑤收集氧气 ⑥移导管 ⑦熄酒精灯 A.溶解、过滤、蒸发 B. 溶解、蒸发、过滤 C. 过滤、溶解、蒸发 D. 蒸发、溶解、过滤 考点 1 催化剂概念与应用 1.下列关于催化剂的说法，符合导学案定义的是（ ） A. 催化剂能增加化学反应生成的产物质量 B. 二氧化锰是所有化学反应的催化剂 C. 催化剂在反应前后自身的质量和化学性质不变 D. 催化剂只能加快化学反应速率 2.实验室用过氧化氢制取氧气时，若不加二氧化锰，下列说法正确的是（ ） A. 过氧化氢无法分解产生氧气 B. 过氧化氢分解产生氧气的速率会减慢 C. 过氧化氢分解产生的氧气质量会减少 D. 过氧化氢分解的反应类型会改变 考点 2 实验室制氧反应原理与装置选择 3.实验室选择 “固液常温型” 发生装置制取氧气，对应的反应物组合是（ ） A. 高锰酸钾（固体） B. 氯酸钾（固体）和二氧化锰（固体） C. 过氧化氢溶液（液体）和二氧化锰（固体） D. 以上均可 4.下列关于实验室制取氧气的反应，属于分解反应的是（ ） 考点 3 实验操作与异常现象分析 5.加热高锰酸钾制取氧气时，试管口放置一团棉花的目的是（ ） A. 防止试管炸裂 B. 防止高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管 C. 增加氧气的纯度 D. 加快高锰酸钾的分解速率 6.用排水法收集氧气时，收集到的氧气不纯，可能的原因是（ ） A. 收集时导管伸到集气瓶底部 B. 待导管口有连续均匀气泡冒出时开始收集 C. 集气瓶内未装满水，残留少量空气 D. 收集后在水下盖好玻璃片再取出集气瓶 考点 4 氧气的检验与验满 7.检验一瓶气体是否为氧气，正确的操作是（ ） A. 将燃着的木条放在集气瓶口 B. 将带火星的木条伸入集气瓶内 C. 观察气体是否为无色无味 D. 向集气瓶内倒入澄清石灰水 8.用向上排空气法收集氧气时，验满的方法是（ ） A. 观察集气瓶内是否充满气体 B. 将带火星的木条伸入集气瓶内 C. 将带火星的木条放在集气瓶口 D. 称量集气瓶内气体的质量 知识点 5 工业制氧气 9.工业上用分离液态空气法制取氧气，其原理是利用（ ） A. 氧气和氮气的密度不同 B. 氧气和氮气的沸点不同 C. 氧气和氮气的化学性质不同 D. 氧气和氮气的溶解性不同 10.工业制氧气与实验室用高锰酸钾制氧气的本质区别是（ ） A. 原料不同 B. 是否属于物理变化 C. 收集方法不同 D. 反应条件不同 学科网（北京）股份有限公司 $$ 3.2 氧气的制取 第2课时 实验室制取氧气和工业制氧气 一、知识目标 1.掌握实验室用过氧化氢制取氧气的反应原理、实验装置及操作步骤，能区分固液常温型装置与固固加热型装置的适用场景； 2.理解催化剂的概念，明确其 “一变两不变”（改变反应速率，反应前后质量和化学性质不变）的特点，能设计实验验证某物质是否为催化剂； 3.认识分解反应的定义及 “一变多” 的特点，能区分分解反应与之前所学的化合反应； 4.了解工业制取氧气的两种主要方法（分离液态空气法、膜分离技术法），掌握其原理及物理变化的本质，明确工业制氧与实验室制氧的差异。 二、核心素养目标 1.宏观辨识与微观探析：能从宏观上观察过氧化氢、氯酸钾制氧气的实验现象，结合微观角度理解催化剂如何影响反应速率，建立 “反应条件影响反应进程” 的认知； 2.证据推理与模型认知：通过对比实验（如实验 3-5 的四组实验）收集证据，推理二氧化锰的催化作用，构建 “实验现象→实验结论→化学概念” 的推理模型，理解分解反应的本质特征； 3.科学探究与创新意识：参与过氧化氢制氧气的实验分析过程，学习对比实验的设计方法（控制单一变量），能提出 “如何验证某物质是催化剂” 的探究问题，培养实验设计与创新能力； 4.科学态度与社会责任：了解工业制氧的低成本、环保特点，认识化学技术在实际生产中的应用价值，树立 “理论服务于实践” 的科学态度，关注化工生产与环境的关系。 一、学习重点 1.实验室用过氧化氢制取氧气的反应原理（）、实验装置（固液常温型）及操作注意事项； 2.催化剂的概念及 “一变两不变” 的特点，分解反应的定义及 “一变多” 的特征； 3.工业制氧气的主要方法（分离液态空气法）及原理，区分物理变化与化学变化。 二、学习难点 1.催化剂 “反应前后化学性质不变” 的理解与实验验证，避免将 “催化剂只能加快反应速率” 的误区； 2.三种实验室制氧方法（高锰酸钾、过氧化氢、氯酸钾）的对比分析（反应物状态、反应条件、装置选择）； 3.分离液态空气法中 “利用物质沸点差异分离混合物” 的原理，理解工业制氧为何属于物理变化。 任务一：实验室制氧气的复习与新知预习 1.复习回顾：加热高锰酸钾（KMnO4）制取氧气，反应原理为______（用文字表达式和化学方程式表示），该反应的反应物状态为______，反应条件为______，属于______反应（填反应类型）。 2.过氧化氢制氧气：过氧化氢（H2O2）溶液俗称双氧水，常温下为______色液体。实验室中，过氧化氢在______（填物质名称）的作用下能快速分解产生氧气，反应原理的文字表达式为______，化学方程式为______。 3.加热氯酸钾制氧气：氯酸钾（KClO3）为白色固体，二氧化锰（MnO2）为黑色固体，二者混合加热时，氯酸钾分解产生氧气和氯化钾（KCl），反应原理的文字表达式为______，化学方程式为______，该反应的反应物状态为______，反应条件为______。 4.催化剂：在化学反应里能______其他物质的化学反应速率，而本身的______和______在化学反应前后都没有发生变化的物质，叫做催化剂（又叫触媒）。催化剂在化学反应中所起的作用叫做______。 5.分解反应：由______物质生成______或______其他物质的反应，叫做分解反应，其特点可概括为 “____________”，表达式为________________________（用A、B、C等表示物质）。 【答案】 1.复习回顾：加热高锰酸钾制取氧气 文字表达式：高锰酸钾锰酸钾 + 二氧化锰 + 氧气 符号方程式： 反应物状态：固体 反应条件：加热 反应类型：分解反应 2.过氧化氢制氧气 过氧化氢溶液颜色：无（或淡蓝）色 催化物质：二氧化锰 文字表达式： 符号方程式： 3.加热氯酸钾制氧气 文字表达式： 符号方程式： 反应物状态：固体（氯酸钾和二氧化锰均为固体） 反应条件：加热、二氧化锰催化 4.催化剂 作用：改变（可加快或减慢） 不变的量：质量、化学性质 作用名称：催化作用 5.分解反应 反应物数量：一种 生成物数量：两种、两种以上 特点：一变多 表达式： 任务二：工业制氧气 1.工业制氧气的原料是______，因为其含有丰富的氧气资源，且成本低、来源广。 2.分离液体空气法：利用空气中各成分______不同（液氮沸点为______℃，液氧沸点为______℃），通过______、______使空气液化，再升温蒸发，先汽化分离，剩余液体主要为，该过程属于______变化（填 “物理” 或 “化学”）。 3.膜分离技术法：在一定压力下，利用空气中各组分透过具有氧气富集功能的薄膜时______不同，使______优先通过膜，得到氧气含量为 90% 以上的富氧空气，该过程属于______变化（填 “物理” 或 “化学”）。 【答案】 1.工业制氧气的原料：空气 2.分离液体空气法 分离依据：沸点 液氮沸点：−196℃ 液氧沸点：−183℃ 空气液化步骤：降温、加压 先汽化物质：氮气 剩余液体主要成分：液氧 变化类型：物理变化 3.膜分离技术法 分离依据：渗透速率 优先通过膜的物质：氧气 变化类型：物理变化 一、实验室制氧气 —— 分解过氧化氢制氧气 活动一：探究过氧化氢在不同条件下的分解（实验 3-5） 问题探究：通过以下四组实验，观察现象并推断结论，探究过氧化氢分解的最佳条件。 1.实验（1）：用量筒量取 4mL 10% 的过氧化氢溶液加入试管中，将带火星的木条伸进试管内。 现象：______ 推断：______ 2.实验（2）：取少量二氧化锰装入另一试管中，将带火星的木条伸进试管内。 现象：______ 推断：______ 3.实验（3）：取少量二氧化锰于第三支试管中，再量取 4mL 10% 的过氧化氢溶液加入，将带火星的木条伸进试管内。 现象：______ 推断：______ 4.实验（4）：待实验（3）的试管内液体不再放出气泡时，重新加入 4mL 10% 的过氧化氢溶液，再将带火星的木条伸进试管内。 现象：______ 推断：______ 答案：1. 带火星的木条不会复燃；常温下过氧化氢溶液短时间内产生氧气量少，不足以使带火星的木条复燃 2. 带火星的木条不会复燃；常温下，二氧化锰不能放出氧气，不会使带火星的木条复燃 3. 带火星的木条复燃，产生大量气泡；常温下，二氧化锰加快了过氧化氢溶液的分解速率，迅速产生大量氧气，可使带火星木条复燃 4. 带火星的木条复燃，溶液中再次产生大量气泡；二氧化锰的化学性质在反应前后没有改变，且能够重复使用 活动二：分析二氧化锰的作用 —— 催化剂的验证 问题思考 1：实验（4）中，二氧化锰能反复使用，且实验前准确称量二氧化锰的质量（m1），实验后将其回收、干燥、再称量（m2），发现m1=m2。结合实验现象，从 “质量” 和 “化学性质” 角度，总结二氧化锰在过氧化氢分解中的特点。 答案：二氧化锰在过氧化氢分解反应中，质量在反应前后不变，化学性质在反应前后也不变，且能加快过氧化氢的分解速率，符合催化剂 “一变两不变”（一变：改变化学反应速率；两不变：反应前后质量、化学性质不变）的特点，起到催化作用。 问题探究 2：若要验证某物质（如硫酸铜溶液）是否为过氧化氢分解的催化剂，需要设计哪些实验步骤？答案：1. 探究该物质能否改变化学反应速率：取两支试管，分别加入等体积、等浓度的过氧化氢溶液，一支试管加入少量该物质，另一支不加，观察两支试管中产生气泡的速率及带火星木条是否复燃，对比判断该物质是否改变反应速率； 2. 探究该物质的质量在反应前后是否改变：实验前准确称量该物质的质量，反应结束后将其回收、干燥、称量，对比反应前后质量是否相等； 3. 探究该物质的化学性质在反应前后是否改变：将回收后的物质再次加入新的过氧化氢溶液中，观察是否仍能加快反应速率，判断其化学性质是否改变。三者均满足，该物质才是过氧化氢分解的催化剂。 活动三：过氧化氢制氧气的实验装置选择 归纳总结：根据过氧化氢分解的反应原理（反应物为过氧化氢溶液 <液体> 和二氧化锰 < 固体 >，反应条件为常温，无需加热），选择合适的实验装置，并分析仪器使用注意事项。 1.发生装置：选择 “固液常温型” 装置，可选用长颈漏斗或分液漏斗添加过氧化氢溶液。 长颈漏斗：使用时需______，防止生成的气体从长颈漏斗逸出。 分液漏斗：无需插入液面以下，优点是______（填 “可控制反应速率” 或 “可随时添加液体”）。 2.收集装置：根据氧气的性质（不易溶于水且不与水反应，密度比空气略大），可选择______法（收集的氧气较纯净）或______法（收集的氧气较干燥）。 答案：1. 插入液面以下；可控制反应速率（通过调节分液漏斗活塞控制液体滴加速度，从而控制反应速率） 2. 排水集气；向上排空气 活动四：过氧化氢制氧气的操作步骤与验满 问题思考 ：结合实验装置，梳理过氧化氢制氧气的操作步骤，并说明验满方法。 1.操作步骤：①______（关键步骤，防止装置漏气导致收集不到气体）；②先向反应容器中加入______（填 “固体” 或 “液体”，即二氧化锰）；③再通过长颈漏斗或分液漏斗加入______（即过氧化氢溶液）；④收集气体（排水集气法需待导管口有______气泡冒出时再收集，防止收集的气体混有空气）。 2.验满方法：若用向上排空气法收集，将______的木条放在______，若木条复燃，说明氧气已收集满；若用排水集气法收集，当______时，说明氧气已收集满。 答案：1. 检查装置的气密性；固体；过氧化氢溶液；连续均匀 2. 带火星；集气瓶口；集气瓶内水完全排出，瓶口有大气泡冒出 二、实验室制氧气 —— 加热氯酸钾制氧气 活动一：对比加热高锰酸钾与加热氯酸钾制氧气的差异 问题思考 1：写出加热氯酸钾（二氧化锰作催化剂）制氧气的反应原理（文字表达式和化学方程式），对比其与加热高锰酸钾制氧气的反应物状态、反应条件，判断应选择哪种发生装置。 答案：文字表达式：； 化学方程式： 两种反应的反应物均为固体，反应条件均为加热，因此均选择 “固固加热型” 发生装置。 问题思考 2：加热氯酸钾制氧气时，试管口是否需要像加热高锰酸钾那样放一团棉花？为什么？ 答案：不需要。因为氯酸钾加热时会融化，不会像高锰酸钾那样受热分解产生粉末，粉末不会随氧气流进入导管堵塞导管，因此无需放棉花。 活动二：梳理加热氯酸钾制氧气的操作步骤 归纳总结：加热氯酸钾制氧气的操作步骤与加热高锰酸钾制氧气一致，可概括为 “查、装、定、点、收、离、熄”（谐音 “茶庄定点收利息”），请分别解释各步骤的含义： 答案：1. 检查装置的气密性 2. 向试管中装入氯酸钾和二氧化锰的混合物（按固体药品取用方法，将药品平铺在试管底部） 3. 将试管固定在铁架台上（试管口略向下倾斜，防止冷凝水倒流炸裂试管；铁夹夹在距试管口约 1/3 处） 4. 点燃酒精灯加热（先预热试管，再用外焰集中加热药品部位） 4. 收集氧气（排水集气法或向上排空气法，排水集气法待导管口有连续均匀气泡冒出时收集） 5. 收集完毕后，先将导管从水槽中移出（防止水槽中的水倒吸炸裂试管） 6. 熄灭酒精灯 三、分解反应的认识与判断 活动一：对比三种实验室制氧气的反应，归纳分解反应特点 问题探究：写出加热高锰酸钾、分解过氧化氢、加热氯酸钾制氧气的反应文字表达式，分析反应物和生成物的种类，总结共同特点，并与化合反应对比，完成下表： 反应类型 反应物种类 生成物种类 反应特点 表达式（用、、等表示） 举例（实验室制氧气的反应） 分解反应 ______ ______ ______ ______ ______ 化合反应（回顾） ______ ______ ______ ______ ______（如碳与氧气的反应） 答案： 反应类型 反应物种类 生成物种类 反应特点 表达式（用、、等表示） 举例（实验室制氧气的反应） 分解反应 一种 两种或两种以上 一变多 A→B+C+.. 高锰酸钾锰酸钾 + 二氧化锰 + 氧气（或其他两种制氧气的反应） 化合反应（回顾） 两种或两种以上 一种 多变一 A+B+...→X 碳 + 氧气二氧化碳 四、工业制氧气 活动一：分析工业制氧气的原料与考量因素 问题探究：实验室制氧气（如加热高锰酸钾、分解过氧化氢）的方法为什么不适合工业生产大量氧气？工业制氧气选择原料时需考虑哪些因素？ 答案：实验室制氧气的方法原料成本较高（如高锰酸钾、过氧化氢溶液），且反应产生的氧气量少，无法满足工业上大量使用氧气的需求（如炼钢、医疗等），因此不适合工业生产。工业制氧气选择原料时需考虑：①成本便宜；②原料易得；③生产对环境无负面影响。空气中含有约 21% 的氧气，来源广、成本低，因此成为工业制氧气的主要原料。 活动二：探究分离液体空气法的原理与流程 问题思考1：结合空气中氮气和氧气的沸点差异（液氮沸点 - 196℃，液氧沸点 - 183℃），分析分离液体空气法的流程（空气→液态空气→氮气→液氧），解释各步骤的操作及原理。 1.空气→液态空气：通过______（填 “加压”“降温” 或 “加压 + 降温”）的方法使空气液化，原理是______（从分子间隔角度解释）。 2.液态空气→氮气：将液态空气升温至______℃~℃之间，（填 “氮气” 或 “氧气”）先汽化分离，剩余液体主要为______。 3.液氧的贮存：将分离得到的液氧______（填 “加压” 或 “减压”）后，贮存在蓝色钢瓶中，方便运输和使用。 答案：1. 加压 + 降温；加压和降温能使分子间隔变小，空气由气态变为液态 2. -196；-183；氮气；液氧 3. 加压 活动三：了解膜分离技术法的应用 归纳总结：膜分离技术法是在一定压力下，让空气通过具有氧气富集功能的薄膜。由于空气中各组分透过膜的______不同，优先通过膜，经过反复分离或多级分离后，可得到氧气含量为 90% 以上的富氧空气。该方法的优点是（填 “能耗低” 或 “产量高”），主要应用于______（举 1 例，如医疗、化工等）。 答案：渗透速率；氧气；能耗低；医疗（或化工、炼钢、发酵等） 3.2 氧气的制取（第2课时） 一、实验核心知识 （一）复习回顾：加热高锰酸钾制氧气 1.反应原理 （二）过氧化氢制取氧气 1. 实验探究（实验 3-5）：用浓度为 10% 的过氧化氢溶液和二氧化锰开展实验，具体情况如下表： 实验步骤 现象 推断 用量筒量取 4mL 过氧化氢溶液加入试管，将带火星木条伸进试管  带火星的木条不会复燃 常温下过氧化氢溶液短时间内产生氧气量少，不足以使带火星木条复燃 取少量二氧化锰装入试管，将带火星木条伸进试管 带火星的木条不会复燃 常温下，二氧化锰不能放出氧气，不会使带火星木条复燃  取少量二氧化锰于试管，再加入 4mL 过氧化氢溶液，将带火星木条伸进试管 带火星的木条复燃；产生大量气泡 常温下，二氧化锰加快了过氧化氢溶液的分解速率，迅速产生大量氧气，可使带火星木条复燃 待实验（3）试管内液体不再放气泡时，重新加入 4mL 过氧化氢溶液，将带火星木条伸进试管 带火星的木条复燃；溶液中再次产生大量气泡 二氧化锰的化学性质在反应前后没有改变，且能够重复使用 2.实验结论 （1）二氧化锰能促进过氧化氢分解，但它本身没有分解。 （2）实验室用过氧化氢制取氧气的反应原理： （3）二氧化锰在化学反应前后化学性质没有改变 3.实验装置 （1）选择依据：固液常温装置（反应物为过氧化氢溶液 <液体> 和二氧化锰 < 固体 >，反应无需加热） （2）仪器特点：分液漏斗不用插到底部；长颈漏斗需要插入液面以下。 4.操作步骤 （1）检查装置的气密性（可通过用手捂住广口瓶的方式检验）。 （2）先放固体（二氧化锰），后装液体（过氧化氢溶液）。 （3）收集气体（导管接近瓶底）。 （4）验满（用带火星的木条靠近集气瓶口，木条复燃，说明氧气已收集满）。 （三）加热氯酸钾制氧气 1.反应原理： 2.实验装置：固固加热型装置（反应物氯酸钾和二氧化锰均为固体，反应需加热） 3.实验注意事项：装入药品时不需要在试管口装一团棉花（氯酸钾加热时会融化，不会飘出粉末） 4.实验步骤：同加热高锰酸钾制取氧气的实验步骤一致。 （四）三种实验室制取氧气方法对比 反应原理 反应物状态 反应条件 氧气的性质 固体 加热 氧气不易溶于水，且不与水反应；氧气的密度比空气略大 固体（二氧化锰）、液体（过氧化氢溶液） 催化剂（二氧化锰） 固体（氯酸钾、二氧化 催化剂（二氧化锰）、加热 （五）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。 2.特点：“一变多”。 3.表达式：A→B+C+... 4.与化合反应对比 类型 反应物种类 生成物种类 反应特点 表达式 化合反应 两种或两种以上 一种 “多变一” A+B+...→X 分解反应 一种 两种或两种以上 “一变多” A→B+C+... （五）催化剂 1.定义：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身质量和化学性质在化学反应前后都没有发生变化的物质。 2.作用：催化作用（催化剂在化学反应中所起的作用）。 3.特点 （1）一变：能改变其他物质的反应速率（可以是加快，也可以是减慢）。 （2）两不变：自身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化。 4.书写要求：催化剂是一种反应条件，所以二氧化锰写在箭头的上方。 5.催化剂验证实验设计：需从三个方面探究，三者缺一不可 （1）探究物质是否能改变化学反应速率。 （2）探究该物质的质量在化学反应中是否发生改变。 （3）探究该物质的化学性质在化学反应中是否发生改变。 （七）对比实验 1.定义：指设置两个或两个以上的实验组，通过对结果的比较分析，来探究各种因素与实验对象的关系。 2.关键要求：每次只能改变一个因素，其他因素应该保持一样（如探究二氧化锰对过氧化氢分解的影响时，过氧化氢溶液的浓度和体积均相同，只改变 “有无二氧化锰” 这一因素）。 三、工业制氧气 （一）工业制氧气的考量因素 工业上制备氧气需满足：①成本便宜；②原料易得；③生产对环境无负面影响。空气中含有丰富的氧气资源，是工业制氧气的主要原料。 （二）主要方法 1.分离液体空气法 （1）原理：利用空气中各成分的沸点不同（液氮沸点是 - 196℃，液氧沸点是 - 183℃）。 （2）流程： （3）氧气贮存： （4）变化类型：物理变化 2.膜分离技术富集氧气 （1）原理：利用空气中各组分透过膜时的渗透速率不同，在压力差驱动下，使空气中氧气优先通过膜而得到富氧空气。 （2）流程：空气（反复分离、多级分离）氧气（氧气含量为 90% 以上的富氧空气）、氮气及其他气体。 （3）应用：在医疗、化工、炼钢、发酵等方面都有广泛的应用。 （4）变化类型：物理变化 1.实验室制取氧气时，下列反应原理不属于分解反应的是（ ） A. 高锰酸钾加热生成锰酸钾、二氧化锰和氧气 B. 过氧化氢在二氧化锰催化下生成水和氧气 C. 氯酸钾在二氧化锰催化和加热条件下生成氯化钾和氧气 D. 蜡烛在氧气中燃烧生成二氧化碳和水 【答案】D 【解析】分解反应的特点是 “一变多”，即由一种物质生成两种或两种以上其他物质。A、B、C 选项的反应均符合 “一变多” 的特征，属于分解反应；D 选项中蜡烛燃烧是由蜡烛和氧气两种物质反应生成二氧化碳和水两种物质，不符合 “一变多”，不属于分解反应。 2.关于催化剂的说法正确的是（ ） A. 催化剂只能加快化学反应速率 B. 催化剂在化学反应前后质量和性质都不变 C. 二氧化锰是所有化学反应的催化剂 D. 催化剂能改变化学反应速率，且反应前后质量和化学性质不变 【答案】D 【解析】催化剂的 “一变” 是改变反应速率（可加快也可减慢），“两不变” 是反应前后质量和化学性质不变，A 选项只说加快，B 选项说性质不变（应为化学性质），均错误；二氧化锰只是某些反应的催化剂，并非所有反应，C 选项错误；D 选项符合催化剂的定义，正确。 3.实验室用高锰酸钾制取氧气，下列实验操作错误的是（ ） A. 实验前检查装置的气密性 B. 试管口略向下倾斜固定在铁架台上 C. 加热时先预热，再用外焰集中加热药品部位 D. 实验结束后，先熄灭酒精灯，再将导管从水槽中移出 【答案】D 【解析】实验结束后，若先熄灭酒精灯，试管内温度降低、压强减小，水槽中的水会倒吸入热的试管，导致试管炸裂，正确操作应是先移导管再熄酒精灯，D 选项错误；A、B、C 选项均为正确操作。 4.实验室收集氧气，若要得到较纯净的氧气，应选择的收集方法是（ ） A. 向上排空气法 B. 向下排空气法 C. 排水法 D. 以上方法均可 【答案】C 【解析】排水法收集氧气时，氧气不易溶于水且不与水反应，能隔绝空气，收集到的氧气纯度较高（约 90% 以上）；向上排空气法收集的氧气易混入空气，纯度较低（约 70%~80%）；氧气密度比空气大，不能用向下排空气法收集，C 选项正确。 5.某同学用氯酸钾和二氧化锰制取氧气，实验结束后，分离剩余固体（含氯化钾和二氧化锰）的操作是（ ） ①点燃酒精灯加热 ②检查装置气密性 ③装高锰酸钾并塞棉花 ④固定试管 ⑤收集氧气 ⑥移导管 ⑦熄酒精灯 A.溶解、过滤、蒸发 B. 溶解、蒸发、过滤 C. 过滤、溶解、蒸发 D. 蒸发、溶解、过滤 【答案】A 【解析】氯化钾易溶于水，二氧化锰难溶于水，分离二者时，先将剩余固体溶解在水中，再通过过滤除去二氧化锰，最后对滤液进行蒸发，得到氯化钾固体，操作顺序为溶解、过滤、蒸发，A 选项正确。 考点 1 催化剂概念与应用 1.下列关于催化剂的说法，符合导学案定义的是（ ） A. 催化剂能增加化学反应生成的产物质量 B. 二氧化锰是所有化学反应的催化剂 C. 催化剂在反应前后自身的质量和化学性质不变 D. 催化剂只能加快化学反应速率 【答案】C 【解析】导学案明确催化剂 “一变两不变”：改变反应速率（可快可慢），反应前后质量和化学性质不变，且催化剂具有专一性（如二氧化锰并非所有反应的催化剂），不增加产物质量。A、B、D 均错误，C 符合定义，故选 C。 2.实验室用过氧化氢制取氧气时，若不加二氧化锰，下列说法正确的是（ ） A. 过氧化氢无法分解产生氧气 B. 过氧化氢分解产生氧气的速率会减慢 C. 过氧化氢分解产生的氧气质量会减少 D. 过氧化氢分解的反应类型会改变 【答案】B 【解析】导学案指出二氧化锰是过氧化氢分解的催化剂，仅改变反应速率，不决定反应是否发生、不改变产物质量及反应类型。不加二氧化锰时，过氧化氢仍会分解，但速率减慢，故选 B。 考点 2 实验室制氧反应原理与装置选择 3.实验室选择 “固液常温型” 发生装置制取氧气，对应的反应物组合是（ ） A. 高锰酸钾（固体） B. 氯酸钾（固体）和二氧化锰（固体） C. 过氧化氢溶液（液体）和二氧化锰（固体） D. 以上均可 【答案】C 【解析】导学案明确发生装置选择依据为 “反应物状态和反应条件”：“固液常温型” 适用于 “固体 + 液体、无需加热” 的反应。A、B 均为 “固体 + 固体、需要加热”，需选 “固固加热型” 装置；C 符合 “固液常温型” 适用条件，故选 C。 4.下列关于实验室制取氧气的反应，属于分解反应的是（ ） 【答案】B 【解析】导学案定义分解反应为 “一变多”（一种物质生成两种或两种以上物质）。A 为两种物质反应生成两种物质，C、D 为 “多变一”（化合反应），均不符合；B 符合 “一变多” 特征，属于分解反应，故选 B。 考点 3 实验操作与异常现象分析 5.加热高锰酸钾制取氧气时，试管口放置一团棉花的目的是（ ） A. 防止试管炸裂 B. 防止高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管 C. 增加氧气的纯度 D. 加快高锰酸钾的分解速率 【答案】B 【解析】导学案指出高锰酸钾粉末受热易飞溅，试管口放棉花可 “防止加热时高锰酸钾粉末进入导管，堵塞导管或污染收集的氧气”。A 是 “试管口略向下倾斜” 的目的，C、D 与棉花无关，故选 B。 6.用排水法收集氧气时，收集到的氧气不纯，可能的原因是（ ） A. 收集时导管伸到集气瓶底部 B. 待导管口有连续均匀气泡冒出时开始收集 C. 集气瓶内未装满水，残留少量空气 D. 收集后在水下盖好玻璃片再取出集气瓶 【答案】C 【解析】导学案分析氧气不纯的原因：排水法中，“集气瓶未装满水”“未等连续均匀气泡就收集” 会混入空气。A、B、D 均为正确操作，可提高氧气纯度；C 会导致空气残留，使氧气不纯，故选 C。 考点 4 氧气的检验与验满 7.检验一瓶气体是否为氧气，正确的操作是（ ） A. 将燃着的木条放在集气瓶口 B. 将带火星的木条伸入集气瓶内 C. 观察气体是否为无色无味 D. 向集气瓶内倒入澄清石灰水 【答案】B 【解析】导学案明确 “检验氧气” 需确认瓶内气体性质，因氧气具有助燃性，应将带火星的木条伸入瓶内，若复燃则为氧气。A 是 “验满” 操作，C（氧气无色无味，无法区分）、D（检验二氧化碳）均错误，故选 B。 8.用向上排空气法收集氧气时，验满的方法是（ ） A. 观察集气瓶内是否充满气体 B. 将带火星的木条伸入集气瓶内 C. 将带火星的木条放在集气瓶口 D. 称量集气瓶内气体的质量 【答案】C 【解析】导学案指出 “验满氧气” 需确认瓶内是否充满，向上排空气法中，氧气密度比空气大，会从瓶口溢出，故将带火星的木条放在瓶口，复燃则满。A 无法准确判断，B 会消耗瓶内氧气，D 操作复杂且不现实，故选 C。 知识点 5 工业制氧气 9.工业上用分离液态空气法制取氧气，其原理是利用（ ） A. 氧气和氮气的密度不同 B. 氧气和氮气的沸点不同 C. 氧气和氮气的化学性质不同 D. 氧气和氮气的溶解性不同 【答案】B 【解析】导学案明确分离液态空气法的核心原理：“利用空气中各成分的沸点不同（液氮沸点 - 196℃，液氧沸点 - 183℃），通过控制温度使液氮先汽化，剩余液氧”。A、C、D 均非该方法的原理，故选 B。 10.工业制氧气与实验室用高锰酸钾制氧气的本质区别是（ ） A. 原料不同 B. 是否属于物理变化 C. 收集方法不同 D. 反应条件不同 【答案】B 【解析】导学案强调：工业制氧气（分离液态空气法）无新物质生成，属于物理变化；实验室制氧气（高锰酸钾分解）有新物质生成，属于化学变化。这是二者的本质区别，A、C、D 为表面差异，故选 B。 学科网（北京）股份有限公司 $$