第三节 氧气的实验室制取（教学课件）化学鲁教版2024九年级上册

第四单元 我们周围的空气 第三节 氧气的实验室制取 九年级化学 上册·鲁教版2024 学习内容导览 高锰酸钾制取氧气 2 过氧化氢制取氧气 1 2 明·学习目标 1.学生能准确说出实验室制取氧气的三种方法（过氧化氢分解、高锰酸钾加热分解、氯酸钾加热分解）及相应的化学反应方程式。 2.通过对制取氧气不同方法的实验探究，培养学生提出问题、设计实验、进行实验操作以及分析实验现象的能力，激发学生的创新思维，构建实验室制取气体的一般思路。 3.掌握实验室制取氧气的实验装置选择依据，以及不同装置的操作要点和注意事项，培养学生严谨的科学态度，让学生认识到化学实验操作规范的重要性 3 引·新课导入 同学们，山区医院因断电陷入供氧危机！现在，你们就是临时制氧工程师，需用实验室器材在 30 分钟内设计制氧方案、交付氧气瓶。实验台就是救援现场，器材就是救命工具，这场与时间赛跑的制氧任务，现在启动！ 4 过氧化氢制取氧气 01 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 实验室制取气体物质的思路分析 想要帮助医院，在实验室制取大量氧气，我们需要准备什么呢？ 反应 原理 控制 条件 确定 装置 选择 药品 明确 操作 自然界中，氧气大多来自植物的光合作用。工业上，使用氧气的量较大，一般采用分离液态空气的方法制得。在实验室中，因研究和学习的需要，常常要制取少量氧气，如何才能方便、安全地制取氧气呢? 6 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 实验室制取气体物质的思路分析 思考与讨论：药品选择——寻找最佳“氧源” 出示药品清单：下列哪些物质可能产生氧气？ 1、食盐（主要成分为NaCl) 2、过氧化氢（ H2O2） 3、氧化汞 （ HgO ） 4、高锰酸钾（KMnO4） 5、氯酸钾（KClO3） 6、甲烷（CH4） 7、水 ( H2O ) 思考与讨论：药品选择——寻找最佳“氧源” 出示药品清单：下列哪些物质可能产生氧气？ 1、食盐（主要成分为NaCl) 2、过氧化氢（ H2O2） 3、氧化汞 （ HgO ） 4、高锰酸钾（KMnO4） 5、氯酸钾（KClO3） 6、甲烷（CH4） 7、水 ( H2O ) 明确药品选择原则：含有氧元素的物质 以上几种含氧化合物哪种药品更合适呢？ 7 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 实验室制取气体物质的思路分析 关于可制取原料的背景资料 ‌制备方法‌ ‌原料（状态）‌ ‌反应条件‌ ‌注意事项‌ ‌特点‌ ‌氧化汞分解‌ 氧化汞（HgO，红色粉末，俗称三仙丹） 加热至500℃ 汞蒸气有毒，需冷凝收集汞并通风处理！ 高温分解，需处理有害副产物，实验室少用。 ‌电解水‌ 水（H2O，液态） 1000℃高温或直流电电解 耗能高（耗电量较大），产率低；需分离氢气（易燃）。 产物纯度高，但成本高，工业用于制高纯氧/氢。 ‌高锰酸钾 加热‌ 高锰酸钾（KMnO4，紫黑色固体，俗称灰锰氧/PP粉） 加热（约240℃分解） 溶液呈紫红色（消毒用），副产物可能污染环境；固体粉末易飞溅。 操作简单，实验室常用；需控制温度防暴沸。 8 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 实验室制取气体物质的思路分析 ‌制备方法‌ ‌原料（状态）‌ ‌反应条件‌ ‌注意事项‌ ‌特点‌ ‌氯酸钾分解‌ 氯酸钾（KClO3，白色晶体） 加热至400℃（需催化剂如MnO2） 纯氯酸钾受热易爆炸！需与MnO2混合并缓慢加热。 反应剧烈，产氧快；严格控制条件以防爆炸风险。 ‌过氧化氢 分解‌ 过氧化氢（H2O2，无色液体，俗称双氧水） 常温（需MnO2催化）或加热 高浓度溶液易分解（常温缓慢产氧），催化剂加速反应；避免高温以防剧烈反应。 安全便捷，实验室/家用首选；可控制反应速率（通过催化剂用量）。 关于可制取原料的背景资料 通过以上制取原料的背景资料，小组讨论： 根据反应条件和安全性的对比，哪些药品更适合用来制取氧气？ 9 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 分解过氧化氢制取氧气的原理 选择的药品需要满足什么要求？ ①汞 + 氧气 氧化汞 ② 水 氢气+氧气 ③ 高锰酸钾 锰酸钾+二氧化锰+氧气 ④ 氯酸钾 氯化钾+氧气 ⑤ 过氧化氢 水+氧气 加热 通电 加热 二氧化锰 加热 二氧化锰 下列物质都可以生成氧气 哪种物质更适合用来在实验室制取氧气？ 汞蒸汽有毒，无法使用 氯酸钾有爆炸风险，需注意 最终选择出过氧化氢和高锰酸钾都是适合在实验室制取氧气的药品 电解水实验耗能高，不适合 10 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 实验室制取气体物质的思路分析 氧化汞、氯酸钾、高锰酸钾需加热，而过氧化氢常温即可（催化条件下）。 电解水能耗最高，需高温或电解设备。 ‌反应条件对比 ‌过氧化氢（最安全）‌ > 高锰酸钾 > 电解水 > 氯酸钾 > 氧化汞（最危险） ‌‌安全性排序‌ ‌实验室：优先选择过氧化氢（安全可控）或高锰酸钾（操作简单）。 工业：分离液态空气法（大量制取）。 ‌‌‌适用场景‌ 选择依据： 1、必须含有相关成分 2、无毒无害没有污染 3、节约能源价格便宜 11 分解过氧化氢制取氧气的实验原理 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 O2 过氧化氢 二氧化锰 水+ 氧气 H2O2 H2O 过氧化氢制取氧气的实验原理： 二氧化锰的作用是什么？ 实验探究：分解过氧化氢制取氧气的实验原理 取A、B两支试管，用10%的过氧化氢溶液和二氧化锰完成下列实验。观察并记录实验现象。 1.向A试管中加入3～5mL过氧化氢溶液，将带火星的木条伸入试管口。 2.向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。 12 分解过氧化氢制取氧气的实验原理 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 实验编号 1 2 3 4 实验现象 木条未复燃 产生大量气泡 木条复燃 产生大量气泡 木条复燃 产生大量气泡 木条复燃 讨论： 对比上述实验现象，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，二氧化锰在此反应中起什么作用? 催化作用 催化剂：在化学反应中，改变反应的速率，本身的质量和化学性质反应前后保持不变。 13 分解过氧化氢制取氧气的实验原理 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 催化剂的特点： 一变：改变其它物质的反应速率（可能加快、也可能减慢） ； 二不变：本身的质量和化学性质不变。 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，将氮气跟氢气合成氨气，要使用以铁为主体的多组分催化剂。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的；酿造业、制药业等有时也要用酶作催化剂。 14 分解过氧化氢制取氧气的实验原理 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 在化学反应中，不使用催化剂时，反应仍能发生，只是有的反应很慢。 1 使用催化剂，会影响反应速率，对生成物的总量没有影响。 2 要说某物质是催化剂，必须指明在哪个反应中。 3 对某一个反应能起催化作用的，不一定只有一种物质，也可能有多种物质。 4 15 过氧化氢制取氧气的装置选择 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 实验药品：双氧水 （常用二氧化锰做催化剂）[催化剂有二氧化锰、硫酸铜、碘化氢、二氧化铅、三氯化铁，及生物体内的过氧化氢酶等] O2 过氧化氢 二氧化锰 水+ 氧气 H2O2 H2O 过氧化氢制取氧气的实验原理： 选择实验装置的依据是什么？ 实验室制取气体的装置由两部分组成：发生装置和收集装置 发生装置由反应物的状态和反应条件决定（是否需要加热） 收集装置由气体的性质决定 16 过氧化氢制取氧气的装置选择 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 反应物都是固体， 反应需要加热 反应物是固体和液体的混合物， 反应不需要加热 固液常温型 固体加热型 ‌常见的气体制取发生装置 用过氧化氢制取氧气应该选择哪种发生装置？ 过氧化氢制取氧气反应物状态为液体和固体，反应条件为常温，不需要加热，选择固液常温型。 17 过氧化氢制取氧气的装置选择 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 ‌常见的气体制取发生装置 这三种发生装置可以选择哪种？有什么好处？ 这三种发生装置都可以用于实验室使用过氧化氢制取氧气。 安装简便 便于添加 液体药品 可以控制 反应速率 长颈漏斗 分液漏斗 18 过氧化氢制取氧气的装置选择 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 ‌常见的气体制取收集装置 排水法 不易溶于水且不与水发生反应的气体 向上排空气法 密度比空气大的气体且不与空气反应 向下排空气法 密度比空气小且不与空气反应的气体 用过氧化氢制取氧气应该选择哪种收集装置？ 用过氧化氢制取氧气，氧气的密度比空气大，不易溶于水且不与水反应， 可以选择排水法或向上排空气法收集。 19 过氧化氢制取氧气的实验步骤 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 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、先向锥形瓶中加入少量的二氧化锰，再向分液漏斗中加入约15 mL8%的过氧化氢溶液，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，待导管口产生连续、均匀的气泡时，再把导管口伸入集气瓶中集气。 4.当瓶口有大气泡冒出时，说明集满了，用玻璃片在水面下盖住瓶口，移出水面，正放在实验台上。 思考：如何检验收集到的气体是氧气? 将带火星的木条伸入瓶内， 若木条复燃，证明气体是氧气。 20 过氧化氢制取氧气的实验步骤 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 ‌检验装置气密性的方法 连接装置，将导管末端伸入水中，用手紧握试管，观察水中的导管口有没有气泡冒出。如果有气泡冒出，说明装置气密性良好。 连接装置，关闭分液漏斗的活塞，然后将导管一端放入烧杯的水中，再用双手紧握烧瓶的外壁，若导管口处有气泡冒出，说明装置气密性良好。 从长颈漏斗加入一定量的水，使漏斗的下端管口浸没在液面以下，夹紧弹簧夹，再加入少量的水，停止加水后，长颈漏斗中与锥形瓶中液面差（即水柱高度）且保持不变，说明装置气密性良好。 21 过氧化氢制取氧气的实验步骤 探·知识奥秘 一、过氧化氢制取氧气 ‌实验过程中的注意事项 长颈漏斗的末端应没入液面以下，以防止气体从漏斗口逸出（分液漏斗则不必） 当集气瓶口有大气泡逸出时，证明已收集满。当导管口刚开始有气泡放出时，不宜立即收集，会使气体不纯 收集的气体较纯净 排空气法导气管应该伸入接近瓶底的位置，以利于空气的排出 收集的气体较干燥 向上排空气法的验满：将带火星的木条放在集气瓶口，木条复燃证明已满。 22 理·核心要点 过氧化氢制取氧气 实验原理 实验步骤 实验注意事项 O2 过氧化氢 二氧化锰 水+ 氧气 H2O2 H2O 1.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.先向锥形瓶中加入少量的二氧化锰，再向分液漏斗中加入约15 mL8%的过氧化氢溶液，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，待导管口产生连续、均匀的气泡时，再把导管口伸入集气瓶中集气。 4.当瓶口有大气泡冒出时，说明集满了，用玻璃片在水面下盖住瓶口，移出水面，正放在实验台上。 1.长颈漏斗的末端应没入液面以下，以防止气体从漏斗口逸出（分液漏斗则不必） 2.当集气瓶口有大气泡逸出时，证明已收集满。当导管口刚开始有气泡放出时，不宜立即收集，会使气体不纯 3.排空气法导气管应该伸入接近瓶底的位置，以利于空气的排出 23 1．对“过氧化氢的分解”开展如图所示的实验探究。下列说法正确的是（ ） A．甲和丁对比，探究MnO2是H2O2分解的催化剂 B．乙和丙对比，探究温度对H2O2分解速率的影响 C．乙和丁对比，探究H2O2浓度对H2O2分解速率的影响 D．甲能和乙、丙、丁分别形成对比实验 析·典型范例 B 2．实验室用过氧化氢溶液和二氧化锰的混合物制取氧气，有关操作如下，正确的一项是（ ） A．先向锥形瓶内倒入过氧化氢溶液，再放二氧化锰 B．该装置的优点是可控制反应速率 C．将集满气体的集气瓶正放在桌面上 D．用带火星木条伸入集气瓶中验满 析·典型范例 C 高锰酸钾制取氧气 02 收集装置：氧气的密度比空气大，不易溶于水，依旧用排水法或向上排空气法收集 探·知识奥秘 二、高锰酸钾制取氧气 高锰酸钾制取氧气的装置选择 O2 高锰酸钾 加热 锰酸钾+ 二氧化锰+氧气 KMnO4 高锰酸钾制取氧气的实验原理： K2MnO4 MnO2 选择实验装置的依据是什么？ 发生装置：反应物为固体， 反应条件需要加热 固体加热型 排水法 向上排空气法 27 探·知识奥秘 二、高锰酸钾制取氧气 高锰酸钾制取氧气的实验步骤 ① 连接仪器 ② 检查装置的气密性 ③ 装药品 ④ 将试管固定在铁架台上 ⑤ 点燃酒精灯 ⑥ 用排水法收集一瓶氧气 ⑦ 将导管从水中撤离 ⑧ 熄灭酒精灯 。 实验步骤口诀：茶（检查）➡庄（装药）➡定（固定）➡点（点燃）➡收（收集）➡利（撤离）➡息（熄灭） 28 探·知识奥秘 二、高锰酸钾制取氧气 高锰酸钾制取氧气的注意事项 试管口放一团棉花：以防加热时高锰酸钾粉末进入导气管堵塞导管 试管口应略向下倾斜：防止冷凝水回流使试管炸裂 导管伸出胶塞少许：便于气体排出 药品平铺在试管底部：使其受热均匀，反应充分。 给试管加热时，应先移动酒精灯使试管受热均匀，然后加热放在试管底部盛装药品的部位 气泡连续冒出时再开始收集：此时收集的 O2更纯净 29 二氧化锰的作用：催化作用 收集装置：氧气的密度比空气大，不易溶于水，依旧用排水法或向上排空气法收集 探·知识奥秘 二、高锰酸钾制取氧气 高锰酸钾制取氧气的注意事项 思考： 为什么要先移出导管，再熄灭酒精灯？ 如果先熄灭酒精灯，试管内的温度会迅速下降，导致气体体积收缩，形成负压。此时，水槽中的水可能会在大气压的作用下通过导管倒吸入试管。倒吸入试管的水如果遇到试管底部仍处于高温状态，可能会导致试管因局部温度急剧变化而炸裂。 O2 氯酸钾 二氧化锰 氯化钾+ 氧气 KClO3 氯酸钾制取氧气的实验原理： KCl 加热 发生装置：反应物为固体， 反应条件需要加热 氯酸钾制氧气试管口不需要塞一团棉花，其他实验装置和注意事项与高锰酸钾制氧气一致。 30 探·知识奥秘 二、高锰酸钾制取氧气 实验室制取气体的一般思路 确定制取气体的化学反应原理 根据实验室条件（如常温、加热、催化剂等），选择合适的药品和反应。需考虑原料易得、价格低廉、操作简便、反应速率适中、制得气体纯净等因素。 选择发生装置 根据反应物状态和反应条件选择。 固体+固体加热型 如高锰酸钾制氧气 固体+液体常温型 如过氧化氢制氧气） 选择收集装置 根据气体的密度、水溶性、是否与空气反应选择。 排水法：适用于难溶于水且不与水反应的气体 （如氧气、氢气）。 向上排空气法：适用于密度比空气大且不与空气反应的气体（如二氧化碳、氧气）。 向下排空气法：适用于密度比空气小且不与空气反应的气体（如氢气、甲烷）。 检验与验满 通过特定的化学反应或物理性质验证气体是否为目标气体以及是否收集满。例如，用带火星的木条检验氧气，用澄清石灰水检验二氧化碳。 实验注意事项 检查装置气密性。 控制反应速率 （如通过分液漏斗滴加液体）。 31 探·知识奥秘 二、高锰酸钾制取氧气 各临时制氧小组请注意！经医院反馈，你们交付的氧气瓶已成功接入供氧系统，3 个重症病房患者血氧饱和度回升至 95% 以上，危机暂时解除！ 每一次精准的实验操作，每一个合理的方案设计，都是在为生命争取时间 32 理·核心要点 高锰酸钾制氧气 实验原理 实验步骤 实验注意事项 O2 高锰酸钾 加热 锰酸钾+ 二氧化锰+氧气 KMnO4 K2MnO4 MnO2 ① 连接仪器 ② 检查装置的气密性 ③ 装药品 ④ 将试管固定在铁架台上 ⑤ 点燃酒精灯 ⑥ 用排水法收集一瓶氧气 ⑦ 将导管从水中撤离 ⑧ 熄灭酒精灯 。 实验步骤口诀：茶庄定点收利息 试管口放一团棉花：以防加热时高锰酸钾粉末进入导气管堵塞导管 导管伸出胶塞少许：便于气体排出 试管口应略向下倾斜：防止冷凝水回流使试管炸裂 药品平铺在试管底部：使其受热均匀，反应充分。 给试管加热时应先移动酒精灯使试管受热均匀，然后加热放在试管底部盛装药品的部位 气泡连续冒出时再开始收集：此时收集的O2更纯净 33 1．下列有关实验室制取氧气的说法正确的是（ ） A．检查装置气密性时，先用手捂住试管，再将导管伸入水中 B．加热后导管口有气泡连续均匀逸出时，开始收集 C．高锰酸钾加热制取氧气，实验结束先熄灭酒精灯 D．用排水法收集氧气，验满时用带火星的木条放在瓶口 析·典型范例 B 2．高锰酸钾制取氧气的实验如图，下列操作符合安全规范的是（ ） A．连接仪器——将试管抵住实验台，用力塞紧胶塞 B．加热试管——先预热，再对准试剂所在部位加热 C．结束实验——熄灭酒精灯后，将导管移出水面 D．整理复位——加热后的试管，立即用冷水清洗 析·典型范例 A 理·核心要点 氧气的实验室制取 实验原理 过氧化氢水+氧气 高锰酸钾锰酸钾++二氧化锰+氧气 氯酸钾锰酸钾++二氧化锰+氧气 装置选择 发生装置 收集装置 固液常温型(过氧化氢)：反应物是固体和液体的混合物，反应不需要加热 固固加热型(高锰酸钾、氯酸钾)：反应物都是固体，反应需要加热 排水法(氢气、氧气)：不易溶于水且不与水发生反应的气体 向上排空气法(氧气、二氧化碳)：密度比空气大的气体且不与空气反应 向下排空气法(氢气)：密度比空气小的气体且不与空气反应 检验和 验满 O2的检验：将带火星的木条放入集气瓶内，若木条复燃则该气体为氧气 O2的验满：将带火星的木条放于集气瓶口，若木条复燃则气体已收集满 注意事项 1.长颈漏斗的末端应没入液面以下，以防止气体从漏斗口逸出（分液漏斗则不必） 2.当集气瓶口有大气泡逸出时，证明已收集满。当导管口刚开始有气泡放出时，不宜立即收集，会使气体不纯 3.试管口放一团棉花：以防加热时高锰酸钾粉末进入导气管堵塞导管 4.试管口应略向下倾斜：防止冷凝水回流使试管炸裂 36 1.小高同学利用塑料瓶、注射器、饮料管等材料设计了如图所示的简易供氧器。下列分析错误的是（　 ） A．甲装置中加入二氧化锰能增加生成氧气的质量 B．乙装置中的水具有观察输出氧气速率的作用 C．用注射器加入过氧化氢溶液可控制反应速率 D．将带火星木条放在乙装置导管口，木条复燃，说明产生了氧气 练·技能实战 A 37 2.加热高锰酸钾制取氧气的实验装置如图所示。下列有关说法，不合理的是（　 ） A．试管口塞棉花团，目的是防止高锰酸钾粉末进入导管 B．实验前，应先检查装置气密性，后加入药品 C．导管口有气泡冒出时，立即收集氧气 D．也可以用向上排空气法收集氧气 练·技能实战 C 38 THANKS! 谢谢观看 九年级化学 上册·鲁教版2024 $