第4讲 氧气的性质及制取
知能概述
在通常状况下，氧气（O2）是一种无色、无气味的气体，密度比空气稍大，不易溶于水，通常情况下（20℃，101kPa），1L水中约能溶解30ml氧气，水中的生命就是依靠溶解在水中的氧气呼吸的，氧气也有三态变化：
氧气是一种化学性质比较活泼的气体，在一定条件下可与金属、非金属发生化合反应，也可与化合物如有机物起反应，在反应中氧气提供氧，是一种常见的氧化剂。
实验室中氧气可利用过氧化氢溶液、高锰酸钾、氯酸钾等在一定条件下分解得到，氧气在日常生活与工业生产中均有重要用途。
问题解决
例1.带火星的木条在氧气中可以着火。那么，是不是只有纯净的氧气才能使带火星的木条着火呢?为此，同学们开展了相关探究实验。实验主要步骤如下：先制取一定量的氧气备用，再测得集气瓶实际容积为317mL，然后采用某种方法得到5瓶含氧量不同的空气，最后用带火星的木条来试验，观察是否着火。相关的数据见下表：
(1)请指出得到5瓶含氧量不同的空气的具体方法 .
(2)试将上表空白处补充完整(精确到0.1).
(3)由该实验可得到的结论是 .
例2几位同学根据下列各实验装置图，设计和讨论了以下问题：
（1）写出上述装置中二种玻璃仪器的名称： 、 （2）万超同学说：'选择A与 组合成装置并在试管口加一团棉花可制取氧气，其反应的化学方程式为 ．（3）周琦同学说：'B可用于实验室制取 的发生装置，但应先检查装置的气密性，方法： ．（4）文渊同学说：'D装置装满水后可以收集并储存氧气，需要氧气时可用水将装置中的氧气排出，水应从（填a或b） 端通入．'（5）东升同学说：'我看到课外资料上介绍，实验室可用块状硫化亚铁（FeS）与稀硫酸反应制取硫化氢气体（H2S）．硫化氢气体的密度比空气大，能溶于水形成氢硫酸．根据以上知识，我现在明白了：实验室制取硫化氢气体应选用的发生装置是 ，收集装置是 ．'（6）在实验中实验操作要正确．如使用A装置时应注意的事项有（只写一项）
．
例3某校的探究小组同学想研究氧化铜能否在氯酸钾的受热分解反应中起催化剂的作用，设计了以下的对比实验和操作步骤：①任取两份氯酸钾，分别放入两支试管，在其中一份中加入经精确称量的ng氧化铜粉末．②将两份氯酸钾同时在相同的条件下加热，将放出的气体通入水中，观察放出气体的快慢．③停止加热、冷却，将原先混有氧化铜的反应后的混合物加水溶解，小心过滤，将滤出固体物质洗涤并干燥．④观察滤出固体物质的状态、颜色．⑤将滤出固体物质和炭粉混合，在密闭容器中加热，并将反应产生的气体通入澄清石灰水中，并观察实验现象．
（1）从以上有关实验步骤的叙述中可发现操作方案还存在一些缺陷，请指出并加以改进： ．（2）有人换用另一种方法来代替上述第⑤操作，请从如图实验装置中选择仪器中连接成一套实验装置，这套实验装置的连接顺序是______接______、______接______、______接______接______（气流的方向从左往右）．
例4.食品腐败的原因之一是因为有氧气存在而发生氧化反应。因此,吸收掉密封的食品包装盒内的氧气就可以延长食品的保质期。下列哪种物质适宜封入食品包装盒中用来吸收掉盒内的氧气,延长食品的保质期的是( )A. 红磷 B. 固体烧碱 C. 铁粉 D. 生石灰
例5.如图所示装置,有洗气、储气等用途。在医院给病人输氧气时,也利用了类似的装置,并在装置中盛放适量蒸馏水。以下说法不正确的是( )
A. 导管B连接供给氧气的钢瓶B. 导管B连接病人吸氧气的塑胶管C. 该装置可用来观察输出氧气的速度D. 该装置可用来调节输出氧气的速度
例6.某种能够提供医用氧气的便携式制氧器，其制氧剂为复方过碳酸钠(含A、B剂).A剂的主要成分为过碳酸钠晶体( 2Na2CO3·3H2O2 ).过碳酸钠晶体是一种易溶于水的白色固体，受热易分解，溶于水时生成碳酸钠和过氧化氢.B剂是一种难溶于水的固体.在反应仓内加入适量的水，先放A剂，再放B剂，即可分解产生氧气.有关反应的文字表达式如下：
过碳酸钠→碳酸钠＋过氧化氢 过氧化氢→水＋氧气
反应完全后，过滤、分离残余物，测得滤渣的质量与原加入反应仓内B剂的质量相等.若将收集到的滤渣与A剂、水再次混合，又有氧气生成.
请回答下列问题：
(1)在制氧的过程中，B剂的作用是____________________.
(2)与实验室用氯酸钾或高锰酸钾制氧气相比，该方法更方便家庭制氧气的理由之一是____________________.
(3)从贮存制氧剂、处理残余物两方面，为该制氧器的使用者各提一条合理的建议：____________________、____________________.
刻意练习
1.下列关于氧气的叙述中，正确的是( ).
A.硫分别在空气和氧气中燃烧时现象不同，原因是氧气的浓度不同
B.鱼能在水中生存.说明氧气易溶于水
C.氧气可以作为火箭发射时的燃料
D.通常条件下.氧气的密度比空气略小
下列实验现象的描述正确的是（ ）A. 点燃蜡烛，生成二氧化碳和水 B. 铁在氧气中燃烧，火星四射，生成黑色固体C. 硫在氧气中燃烧，发出淡蓝色的火焰 D. 红磷在氧气中燃烧，生成白雾
下列装置所示的实验中，能达到实验目的是（ ）
A. B. 量取9.3mL稀盐酸 用过氧化氢溶液与二氧化锰制取少量氧气C. D. 除去H2中的水蒸气 检查装置气密性
可以一次性鉴别出空气、氧气和二氧化碳三瓶气体的正确方法是()A. 分别加入适量澄清石灰水 B. 分别滴入紫色石蕊试液C. 用燃着的木条分别伸入瓶中 D. 分别加入适量蒸馏水5.把分别盛有甲、乙、丙气体的试管倒插入盛有水的烧杯中，一段时间后，观察到如图所示的现象，对甲、乙、丙气体的分析正确的是（ ）A. 甲、乙、丙气体都易溶于水B. 乙气体比甲气体更易溶于水C. 可以采用排水集气方法收集丙气体D. 不可以用排空气方法收集甲气体
6.取4份等质量的KClO3,向其中3份中分别加入少量等质量的KMnO4、MnO2和Mn，分别在某温度下加热至质量不再改变，测定产生氧气的质量。然后将剩余固体溶于足量水中，添加过物质的组别中均有相同组成的不溶物。测定结果如下：
已知m1>m2>m3,下列关于此实验的说法一定正确的是()A. 3种物质的加入都有利于KClO3分解制氧气B. 残留不溶物的质量关系为w1<w2<w3C. KMnO4是KClO3分解制氧气效果最好的催化剂D. 不加入其他物质时,KClO3未发生分解反应
用如图所示的装置制取气体，需满足的条件是（ ）①反应物是固体； ②反应需要加热； ③制得的气体不易溶于水；④制取的气体密度比空气大； ⑤制得气体能与空气中氧气反应.A. ①②③④⑤B. ②④⑤C. ①②D. ①②③
8.下列各图所示装置的气密性检查中，一定漏气的是( )
可以用加热氯酸钾和二氧化锰混合物的方法在实验室制取氧气.下列是反应生成氧气和氯化钾的质量与反应时间的关系坐标图，其中合理的是（ ）
为纪念人类成功攀登珠穆朗玛峰50周年，中国登山协会业余登山队2003年5月21日再次登顶成功。登山队必备的物品之一是氧气瓶，此时氧气的作用是 .氧气与体内的葡萄糖发生反应，提供人体活动所需的能量，并生成二氧化碳和水，写出该反应的文字表达式 .燃料燃烧也需要氧气，这是利用了氧气的 性质。
11.若分解过氧化氢制取氧气,供选用的装置如图,要得到平稳的氧气流,应选用的发生装置是___(选填'甲'或'乙')；若用丙装置干燥生成的氧气，丙中盛放的液体试剂是___，气体应从___(选填'a'或'b'端导入。
12.红棕色的二氧化氮是造成光化学烟雾的罪魁祸首，它易溶于水，并与水反应生成硝酸和无色的一氧化氮，一氧化氮遇到氧气又反应生成二氧化氮.先收集一试管纯净的二氧化氮(试管的体积为V mL），然后将试管倒扣在盛满水的水槽中，并不断向试管中通人氧气.
(1）试描述整个过程中的现象.
最后水能充满试管吗?若能，那么整个过程中共通人多少毫升的氧气?若不能，请说明原因.
13.根据如图所示装置，结合所学知识回答下列问题。
(1)写出图中标号的仪器名称：①___.
(2)①实验室用高锰酸钾制取氧气,应选用的发生装置是___(填字母)，实验时该装置试管口应放一团棉花，其目的是 .
②制氧时,小明同学未能收集到两瓶氧气,其可能的原因有___.(填序号)
A. 没有塞紧橡皮塞 B.试管口没有放棉花
C. 没有及时更换收集第二瓶 D.加热前已将集气瓶灌满水倒立于水槽中
(3)如果选用图E来收集氧气,则气体应从___.(填'a'或'b')端进入。
14.某研究性学习小组，从下列装置中选用部分装置组装后在实验室里制取氧气，并通过排水量来测定所收集到氧气的体积。
(1)甲同学用一定质量的高锰酸钾制取氧气，反应的化学方程式为___，整套实验装置接口的正确连接顺序为a→___→___→___.
(2)实验过程中，甲同学观察到E装置中的水变为紫红色，这是因为___进入E装置并溶于水中的缘故。为了防止实验过程中出现上述现象，相应的改进措施是___.
(3)实验结束，乙同学意外发现收集到的氧气体积大于理论值，为此继续进行以下实验探究：
提出问题：出现'收集到的氧气体积大于理论值'的原因是什么?
作出猜想：猜想Ⅰ：可能是反应生成的二氧化锰分解放出氧气；
猜想Ⅱ：可能是反应生成的锰酸钾分解放出氧气；
猜想Ⅲ： .请回答他做出猜想Ⅲ的理由是
.
实验验证：
实验一：取一定质量的二氧化锰于试管中，加热一段时间，冷却后测得固体残留物的质量不变。证明猜想___错误。
实验二：取一定质量的锰酸钾于试管中，加热一段时间___.综合实验一和实验二，证明猜想Ⅱ正确。
反思拓展：实验结束后，经过讨论、交流，丙同学用下列仪器和药品又设计了一个实验方案测定空气中氧气的体积分数。
①带瓶塞的1000mL圆底烧瓶 ②电子天平(称量精确度为0.01g) ③酒精灯 ④某种较活泼的金属粉末(实验过程中需要用到的其他实验用品已省略,实验中有关物质的物理量数据为已知)他的实验步骤是：_______.再利用实验数据和已知数据就可换算得出空气中氧气的体积分数。
15.某兴趣小组的同学共同设置了如图所示的实验装置，既可用于制取气体，又可用于验证物质的性质。请回答下列问题：
(1)利用装置Ⅰ制取气体，生成气体的反应应具备的条件是___.
(2)利用装置Ⅰ、Ⅱ制取气体(K2关闭,K1打开).
甲同学认为：利用装置Ⅱ可以收集H2、NH3等气体,但不能收集O2和NO等气体，其理由是：___；
乙同学认为：对装置Ⅱ做简易改进(不改变仪器装置),也可收集O2和NO等气体,但不能收集NO2气体,改进的方法是___;不能收集NO2气体的原因是(用化学方程式表示)___；
(3)利用装置Ⅰ、Ⅲ验证物质的性质(K2打开,K1关闭).如要设计实验证明氧化性KMnO4>Cl2>Br2，则可在A中加浓盐酸，B中加___，C中加___，观察到C中的现象是___.
16.某校化学学习小组的同学测定标准状态下氧气的密度。设计了以下的实验操作步骤：
①按下图装配实验装置：
②洗净试管，然后充分干燥；
③向500mL烧瓶里装满水，向500mL烧杯里加入少量水，把连接烧瓶和烧杯的玻璃管A. 橡皮管B和玻璃管C也装满水，在中间不要留下气泡，然后用弹簧夹把橡皮管Bj夹紧；
④称得试管的质量为14.45g,往试管里加入KClO3和MnO2的混合物，再称得其质量为15.95g；
⑤打开弹簧夹，把烧杯举起使烧瓶和烧杯的水面一致，再关闭弹簧夹，然后把烧杯中的水倒掉；
⑥打开弹簧夹，加热试管的混合物到不再产生气体，即水不再流向烧杯时为止；
⑦反应完毕后把装置放置冷却到室温；
⑧调节烧杯的高度使烧瓶和烧杯中的水面一致，然后再关闭弹簧夹；
⑨用500mL量筒测得烧杯里水的体积为285.0mL，把它换算为标准状况下氧气的体积为279.7mL；
⑩再称量冷却后试管的质量为15.55g.
根据上述实验，回答下列问题：
(1)在操作⑦中，装置冷却时，玻璃管C的出口一直要在烧杯的水中，不能离开水面，其理由是
(2)简述操作⑧的必要性，即为什么要调节烧杯的高度，使烧瓶和烧杯中的水面一致?
(3)在标准状况下氧气的密度为 ;混合物中MnO2的质量分数为 .
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