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2019-2020年九年級化學(xué) 3.2《制取氧氣》學(xué)案二 粵教版 知識梳理 1.氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法 (1)化學(xué)反應(yīng)原理：______________________或者_(dá)_____________________。 (2)實(shí)驗(yàn)裝置： 圖3-3 寫出圖中用到的儀器名稱：___________________________________________________ 氣體發(fā)生裝置的選擇依據(jù):反應(yīng)物及生成物的狀態(tài)及反應(yīng)條件。 (3)收集方法 收集氣體方法的選擇依據(jù):氣體在水中的溶解性和氣體的密度。 ①_________法，因?yàn)檠鯕獠灰兹苡谒? ②向_________排空氣法，因?yàn)開__________________________。 (4)實(shí)驗(yàn)操作步驟 ①檢查裝置氣密性的方法是：_____________________________________________ ②先加入少量固體二氧化錳，后由分液漏斗加入過氧化氫溶液。 ③收集氧氣:排水法(待氣泡連續(xù)、均勻地冒出時，再開始收集氧氣)；也可用向上排空氣法。 ④檢驗(yàn):帶火星的木條伸入集氣瓶內(nèi)，木條復(fù)燃，證明是氧氣。 ⑤驗(yàn)滿:排水法收集時，_____________時已滿;向上排空氣法收集時，________________。 ⑥撤離，將用剩的藥品倒入廢液缸，洗滌儀器。 (5)鑒別氧氣的方法:用帶有火星的木條去試驗(yàn)氧氣，是鑒定氧氣的一種常用方法。 2.催化劑 (1)定義:能_________其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率，而自身的_________和_________在反應(yīng)前后不變，這樣的物質(zhì)叫催化劑。 (2)催化劑在化學(xué)反應(yīng)中所起的作用叫做_________作用。 3.氧氣的工業(yè)制法 在工業(yè)上生產(chǎn)大量的氧氣，常使用分離_________的方法進(jìn)行制取，該生產(chǎn)過程中發(fā)生的是_________變化。 4.分解反應(yīng) 分解反應(yīng)：由___________________________的反應(yīng)。 疑難突破 1.取兩份等量的過氧化氫溶液，一份加入二氧化錳，一份直接加熱，兩份過氧化氫產(chǎn)生的氧氣一樣多嗎？ 剖析：催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能增大或減少生成物的質(zhì)量，同時對于指定的化學(xué)反應(yīng)，沒有催化劑，并不意味著該反應(yīng)不能發(fā)生，只是反應(yīng)速率較慢。所以無論加不加二氧化錳，等量的過氧化氫溶液產(chǎn)生的氧氣是一樣多的。 2.實(shí)驗(yàn)中收集到的氧氣總是含有一些雜質(zhì)氣體，那么怎樣收集到比較純凈的氧氣？ 剖析：如果要收集到比較純凈的氣體，就要注意避免空氣的干擾。首先使用排水法收集時，集氣瓶中要灌滿水，將瓶內(nèi)的空氣徹底排盡，然后再收集時，要等到有連續(xù)均勻的氣泡產(chǎn)生時再收集，最后取出集氣瓶時要在水下蓋好集氣瓶，正放到桌面上。排空氣法收集到的氧氣總是多多少少含有空氣的，所以要把導(dǎo)氣管放到集氣瓶底部，利用氧氣的密度比空氣大的性質(zhì)把空氣向上排出。 問題探究 問題 小明同學(xué)通過查閱有關(guān)資料，想通過下面兩圖所示儀器、藥品、裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究:尋找新的催化劑——氧化鐵能作過氧化氫分解的催化劑嗎?過程如下: 圖3-4 猜想：氧化鐵粉末能作過氧化氫分解的催化劑，能加快過氧化氫分解放出氧氣的速率。 實(shí)驗(yàn)探究：按如上圖所示裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象為: (1)在兩個錐形瓶中分別裝入等質(zhì)量的二氧化錳和氧化鐵，通過分液漏斗同時以相同速率逐滴滴入過氧化氫溶液。觀察到通入水中的導(dǎo)管均有氣泡冒出，且加二氧化錳的導(dǎo)管口放出氣泡的速率更快。 (2)實(shí)驗(yàn)后把二氧化錳和氧化鐵分別洗凈、干燥，再稱量，發(fā)現(xiàn)氧化鐵和二氧化錳在反應(yīng)前后的質(zhì)量都沒有變化。 結(jié)論：氧化鐵可作過氧化氫分解的催化劑，但比二氧化錳催化作用要弱些。 典題精講 例1實(shí)驗(yàn)室常用高錳酸鉀和二氧化錳制取氧氣(見圖3-5裝置A)，也可用過氧化氫和催化劑二氧化錳來制取氧氣(見圖3-5裝置B)。裝置B中的儀器a是分液漏斗，通過活塞的“開”“關(guān)”可以隨時滴加過氧化氫溶液，從而控制得到氧氣的量。 圖3-5 (1) 從反應(yīng)物狀態(tài)和反應(yīng)條件來比較裝置A和B的差異： (2) 裝置A 裝置B 反應(yīng)狀態(tài) 反應(yīng)條件 (2)用裝置B制得的氧氣帶有少量水蒸氣，可用濃硫酸除去水蒸氣，請?jiān)谙铝蟹娇蛑刑砩蠋鹌と牟Ａ?dǎo)管，完成除去水蒸氣的裝置圖(見圖3-6)。 圖3-6 (3)用向上排空氣法收集氧氣，并用帶火星的木條放在集氣瓶口檢驗(yàn)氧氣是否收集滿，這是利用了氧氣的_______、_______性質(zhì)。 思路解析 先要明確裝置A適合固體藥品和固體藥品反應(yīng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)并且可以加熱，高錳酸鉀為固體，反應(yīng)條件為加熱；裝置B是用過氧化氫和催化劑二氧化錳粉末來制取氧氣，其中反應(yīng)物過氧化氫為液體，反應(yīng)條件為不需加熱。當(dāng)用濃硫酸來除去水蒸氣時，為了有利于水蒸氣的充分吸收，進(jìn)入瓶中的導(dǎo)氣管要插入液體中。氧氣之所以能用向上排空氣法收集是因?yàn)樗拿芏缺瓤諝獯?，并且因?yàn)樗咧夹?，所以能使帶火星的木條復(fù)燃。 答案：(1)反應(yīng)物為固體 反應(yīng)物為液體 需加熱 不需加熱 (2) 圖3-9 (3)密度比空氣大 助燃性 例2如圖所示的裝置中，其中收集氧氣時可選用( ) 圖3-10 A.①和② B.②和③ C.①和④ D.①和⑤ 思路解析 根據(jù)氧氣不易溶于水，且不與水反應(yīng)，可用排水法收集;在通常情況下，氧氣密度比空氣密度略大，且不與空氣中的任何其他成分反應(yīng)，可用向上排空氣法收集，收集時，導(dǎo)管口應(yīng)接近集氣瓶瓶底，便于將集氣瓶內(nèi)的空氣排盡。 答案：D 例3某學(xué)生在做實(shí)驗(yàn)室制氧氣實(shí)驗(yàn)時，采用圖3-12所示裝置，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)試管炸裂，試分析造成此后果的可能原因。 圖3-12 思路解析 該實(shí)驗(yàn)采用的是在試管中加熱固體物質(zhì)產(chǎn)生氣體，并用排水法收集氣體的一套組合裝置，因而分析試管破裂的原因應(yīng)從酒精燈的正確使用、固體物質(zhì)的加熱方法、排水集氣法收集氣體等方面進(jìn)行分析。 答案：給試管加熱時，試管外壁有水珠沒擦干就加熱或沒預(yù)熱，直接加熱盛藥品部位，使試管局部驟熱；受高溫的試管底部碰著了酒精燈的燈芯；實(shí)驗(yàn)結(jié)束時，先撤去酒精燈，再使導(dǎo)管移出水槽，致使水倒流進(jìn)試管。以上錯誤操作都有可能導(dǎo)致試管炸裂。 知識導(dǎo)學(xué) 本節(jié)課同學(xué)們要在探究活動中學(xué)習(xí)掌握實(shí)驗(yàn)室制氧氣的藥品、反應(yīng)原理、儀器裝置、收集氣體的方法、驗(yàn)滿及注意事項(xiàng)，同時認(rèn)識催化劑及其作用。 實(shí)驗(yàn)探究是本節(jié)課學(xué)習(xí)的主要方法。在做實(shí)驗(yàn)中要形成觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象→分析原因→得出結(jié)論的探究能力。在眾多方案中通過對比我們可以發(fā)現(xiàn)簡便易行、經(jīng)濟(jì)無污染的方案是實(shí)驗(yàn)室制氧氣的最佳方案。 氧氣的制法有多種，例如:①電解水可以制得氧氣;②加熱高錳酸鉀或氯酸鉀可以制得氧氣;③用過氧化氫溶液為原料，以二氧化錳作催化劑也可以制得氧氣。我們可以通過實(shí)驗(yàn)探究，運(yùn)用對比的方法從眾多的實(shí)驗(yàn)方案中選擇最佳方案。當(dāng)然你也可以自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，對于不正確或可能不成功的方案，只要沒有危險(xiǎn)，在老師的同意下你可以試一試，從探索中體驗(yàn)到成功的樂趣或獲得失敗的教訓(xùn)，你一定會有很大收獲的。 收集方法從氧氣的密度和溶解性來考慮。密度比空氣大，不溶于水，兩種方法都可用，但平時我們主要用排水法收集，這是因?yàn)榕潘ㄊ占难鯕獗容^純凈，而由于氧氣的密度與空氣的密度比較接近，排空氣時，很難排凈空氣，這樣收集的氧氣純度不高。 鑒別氧氣根據(jù)氧氣的化學(xué)性質(zhì)支持燃燒，能使帶火星的木條復(fù)燃。 在理解催化劑的概念時，應(yīng)注意以下幾點(diǎn):(1)它能改變(加快或減慢)其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率，不能片面地說加快;(2)二氧化錳并不是專作催化劑用的，如用高錳酸鉀制氧氣時是生成物，在某些反應(yīng)中作為反應(yīng)物;(3)二氧化錳對雙氧水的分解具有催化作用，但不是唯一的，如沸石、生土豆也對雙氧水的分解具有催化作用;(4)催化劑只能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不能增大或減少生成物的質(zhì)量。 疑難導(dǎo)析 該問題考查的是催化劑的概念。學(xué)習(xí)時要抓住催化劑特點(diǎn):“一變兩不變”，一變指催化劑能改變其他物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)速率;兩不變是指反應(yīng)前后催化劑的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變。 要清楚用排水法收集氧氣時，剛開始從導(dǎo)管口排出的是試管里受熱膨脹的空氣，由此說明開始放出的氣泡能否收集，在什么時候再將導(dǎo)管伸入盛滿水的集氣瓶口收集，當(dāng)集氣瓶口邊緣出現(xiàn)什么現(xiàn)象時，表明集氣瓶內(nèi)水已排完，氣體收集滿了，此時，收集滿的氣體應(yīng)如何放置。用向上排空氣法收集時，導(dǎo)管應(yīng)接近集氣瓶的什么位置，這樣操作的目的是什么，在集氣瓶口蓋上一塊硬紙片的目的是什么。 問題導(dǎo)思 這是研究性學(xué)習(xí)問題的范例，以問題情景為課題，積極探究，自主發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)探究，合作交流。通過比較反應(yīng)的速率尋找新的催化劑。 探究本問題首先要理解催化劑的概念，要抓住催化劑特點(diǎn):“一變兩不變”。 一是要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究催化劑能改變過氧化氫的分解速率;二是要設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究催化劑的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都不變。 氧化鐵能否作催化劑呢?可通過對比實(shí)驗(yàn)，比較過氧化氫分解產(chǎn)生氧氣的速率作出判斷，反應(yīng)完后還要稱一下氧化鐵反應(yīng)前后的質(zhì)量，看有無變化。所以首先要取等質(zhì)量的二氧化錳和氧化鐵，然后分別和過氧化氫反應(yīng)。通過觀察放出氣泡的速率來判斷催化劑對反應(yīng)速率的影響。在反應(yīng)完成后，還要進(jìn)行檢驗(yàn)催化劑質(zhì)量有無變化的物質(zhì)分離和稱量實(shí)驗(yàn)。 注意催化劑的分離，利用催化劑與其他物質(zhì)的性質(zhì)不同，可采用過濾，洗滌的方法，最后烘干再稱量。 典題導(dǎo)考 綠色通道 搞清制取氧氣的多種方法，根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和性質(zhì)及反應(yīng)條件而采用不同的反應(yīng)裝置。對于氣體的凈化裝置，橡皮塞上的玻璃導(dǎo)管，進(jìn)氣管和出氣管哪一根應(yīng)該長，首先要弄清題目的要求，再判斷從哪邊進(jìn)氣。 典題變式 1.化學(xué)實(shí)驗(yàn)室有如下實(shí)驗(yàn)裝置 圖3-7 (1)小明同學(xué)用雙氧水和二氧化錳反應(yīng)來制取氧氣，他應(yīng)寫出的反應(yīng)文字表達(dá)式為___________，在這個反應(yīng)中二氧化錳的作用是___________，選擇的發(fā)生裝置是_________(填序號)，能用D收集的原因是_________________________________。 (2)甲烷是一種無色、無味，難溶于水，密度比空氣小的氣體。小玲用加熱醋酸鈉和堿石灰(均為固體)的方法制取甲烷，小玲應(yīng)選擇制取甲烷的發(fā)生和收集裝置__________(填序號)。若用圖3-8裝置收集甲烷，甲烷應(yīng)從__________端進(jìn)入(填“A”或“B”)。 圖3-8 答案：(1)過氧化氫水+氧氣 催化作用 B 氧氣密度比空氣大 (2)A A 2.(xx甘肅天水中考) 下列說法能準(zhǔn)確表述氧氣化學(xué)性質(zhì)的是( ) A.氧氣是一種無色、無味的氣體 B.液態(tài)氧呈淡藍(lán)色 C.氧氣可以支持燃燒，具有可燃性 D.氧氣是一種化學(xué)性質(zhì)比較活潑的氣體，具有氧化性 答案：D 綠色通道 氣體的收集方法一般是由氣體的物理性質(zhì)(密度、溶解性)決定的，但還要考慮該氣體是否與水反應(yīng)，是否與空氣中某種成分發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，是否有毒，是否污染環(huán)境等。NO易與氧氣反應(yīng)，又污染空氣，所以不能用排空氣法收集。 典題變式 NO是大氣污染物之一，但少量NO在人體內(nèi)具有擴(kuò)張血管、增強(qiáng)記憶的功能。NO難溶入水，通常條件下極易與氧氣反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)室收集NO的裝置是( ) 圖3-11 答案：B 綠色通道 找實(shí)驗(yàn)失敗的原因，首先對每一個實(shí)驗(yàn)步驟分析，然后針對每一個實(shí)驗(yàn)步驟應(yīng)該注意的問題找原因，包括儀器的使用、物質(zhì)的加熱、氣體的收集等。 典題變式 指出下列裝置圖中的錯誤并加以改正。 圖3-13 (1)___________________________________________________________; (2) ___________________________________________________________; (3) ____________________________________________________________; (4) ____________________________________________________________; (5) ____________________________________________________________。 答案：(1)用酒精燈焰心加熱了 (2)鐵夾離試管口太近了 (3)試管口向上傾斜了 (4)試管內(nèi)的導(dǎo)管部分過長 (5)集氣瓶內(nèi)的導(dǎo)管沒有伸入底部