一、氧气的制取
1.氧气的实验室制法
实验室利用含氧物质通过分解反应制得氧气。
(1)反应原理
过氧化氢水+氧气
氯酸钾氯化钾+氧气
高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气
(2)实验装置
①实验室用过氧化氢制取氧气,用二氧化锰作催化剂,其反应装置如图A所示。
②实验室用加热高锰酸钾或氯酸钾制取氧气,其反应装置如图B所示(若用氯酸钾为原料则不塞棉花)。
③排水集气法收集氧气的装置如图C所示;向上排空气法收集氧气的装置如图D所示。
(3)操作步骤
用加热高锰酸钾制取氧气,并用排水法收集氧气,其实验装置如图所示。实验步骤可以概括为“查”“装”“定”“点”“收”“离”“熄”七个字,可用谐音记忆为“茶”“庄”定”“点”“收”“利”“息”
①检查装置的气密性:把导管一端浸入水中,两手紧握大试管外壁,如果装置不漏气,里面的空气受热膨胀,导管口会有气泡冒出,松开两手,使它冷却,导管中就会形成一段水柱。
②将药品装入试管,并把一小团棉花放在试管口,用带导管的单孔橡胶塞塞紧管口。要用纸槽或药匙将高锰酸钾斜铺在试管底部。
试管口要塞一团棉花,防止高锰酸钾粉末进入导管造成堵塞。
③把实验所用仪器固定在铁架台上(组装仪器时要遵循“从左到右,从下到上”的原则),注意铁夹夹在试管的中上部,试管口略向下倾斜;
试管口要略向下倾斜,防止产生的冷凝水倒流回试管底部,使试管炸裂。
④点燃酒精灯,先使酒精灯火焰在试管下方来回移动,让试管均匀受热,然后对准试管中的药品部位加热。
试管预热的目的是防止试管因受热不均而炸裂。
⑤当气泡连续、均匀地放出后,用排水法收集气体。
导管口刚有气泡冒出时不宜收集,这时试管中的空气还未完全排出,收集的气体会不纯。
⑥收集完毕,将导管撤离水槽。
⑦熄灭酒精灯。
实验结束时先撤离导管再熄灭酒精灯,防止骤冷使水倒吸导致试管炸裂。
(4)检验方法。
将带火星的木条伸入集气瓶内,如果木条复燃,说明该集气瓶内的气体是氧气。(下图①)
(5)验满方法。
用向上排空气法收集氧气时,将带火星的木条放在瓶口,如果木条复燃,说明该瓶内的氧气已收集满。(下图②)
2.氧气的工业制法
(1)原料:空气。
(2)制取方法。
①液化蒸发空气法:利用氮气(沸点-℃)、氧气(沸点-℃)沸点不同,用液化空气分离法制取。
先将空气加压降温变成液态,然后再加热,使氮气首先从液态空气中蒸发出来,剩下的主要就是液态氧气。该方法属于物理变化。
②膜分离技术法:将空气通过富集氧气功能的薄膜,即可得到含氧气量较高的空气,用该膜进行多级分离,可得到含氧气90%以上的富氧空气。
实验室制取氧气是制取我们实验时所需的少量氧气,它属于化学变化;而工业上制取氧气则是大量制取氧气,利用空气分离的方法,原料来源广泛,所制得的氧气价格较低,它属于物理变化。
二、催化剂和催化作用
(1)催化剂是指在化学反应中能改变其他物质的反应速率,而本身的质量和化学性质在化学反应前后都没有改变的物质(又叫触媒)。催化剂在化学反应中所起的作用叫催化作用。
①千万不可将“化学反应前后”理解为“化学反应过程中”,催化剂在化学反应过程中参与了化学反应,只是反应最终又生成了催化剂这种物质,所以总体看来催化剂在化学反应前后未发生变化。②在化学反应前后,催化剂的化学性质不变,而不是物理性质不变。
(2)催化剂具有“两变”和“两不变”的特点
①“两变”:a.改变其他物质的化学反应速率;b.化学反应的不同,所用催化剂也要改变,即催化剂的“专一性”
②“两不变”:a.在化学反应前后,催化剂本身的质量不变;b.在化学反应前后,催化剂本身的化学性质不变。
(3)理解催化剂概念时应注意的问题
①改变化学反应速率,包括加快和减慢。
②二氧化锰不是专用催化剂,硫酸铜溶液对过氧化氢的分解也有催化作用。
③催化剂不能增多或减少生成物的质量。
④对于能够发生的化学反应,没有催化剂也能进行,只不过反应速率较小或较大。
(4)催化剂在化工生产中的重要作用
例如,在石油炼制过程中,用高效催化剂生产汽油和煤油等;在汽车尾气处理过程中,用催化剂促进有害气体的转化;酿造工业和制药工业都要用酶作催化剂;橡胶工业中,在橡胶中加入炭黑作催化剂,可减慢橡胶老化的速率。
三、化合反应和分解反应
(1)化合反应
①定义:由两种或两种以上物质生成一种物质的反应,叫作化合反应,它属于化学反应的基本类型之一。②特点:反应物有多种,生成物只有一种,即“多变一”。
③表示式:A+B+……+→C。
④举例:磷+氧气五氧化二磷。
(2)分解反应
①定义:由一种物质生成两种或两种以上的物质的反应叫作分解反应,分解反应也属于化学反应的基本类型之一。
②特点:反应物只有一种,生成物有多种,即“一变多”。
③表达式:A→B+C+……。
④举例:过氧化氢=水+氧气
重难点突破:
一、气体发生装置的气密性检查
在初中化学实验及有关实验设计习题中,经常涉及装置的气密性检查问题。一般来说,无论采用哪种装置制备气体,在成套装置组装完毕装入反应物之前,必须检查装置的气密性,以确保实验的顺利进行。
气密性检查的原理是:通过气体发生器与附设的液体构成封闭系统,依据改变系统内压强时产生的现象(如气泡的生成、水柱的形成、液面的升降等)来判断装置的气密性是否良好。
如图所示装置的气密性检查方法是:把导管b的下端浸入水中,用双手紧握试管a,若导管口有气泡冒出,松开手至试管冷却后,水又回升到导管b中形成一段水柱,则证明装置气密性良好。
此外,还可采用抽气法或注水法,通过观察气泡的产生或液面的变化来判断装置的气密性是否良好。
(南京中考)用推拉注射器活塞的方法可以检查如图所示装置的气密性。当缓慢推动活塞时,如果装置气密性良好,则能观察到()
A.瓶中液面明显上升B.长颈漏斗内液面上升
C.瓶内气体分子间的间隔变大D.长颈漏斗下端管口产生气泡
二、氧气的实验室制法实验拓展
1.高锰酸钾制法
①补充高锰酸钾制取氧气的实验装置图时,试管口要画略向下倾斜,管口要塞一团棉花;导管不能伸入试管过长。
②画酒精灯时,酒精灯中液体酒精的体积不能超过酒精灯容积的2/3。
③画胶管时要涂黑,导管伸入集气瓶时弯管口不能过长。
④用排水法收集气体画液体时,液面要用实线,不能断开,中间用虚线;若集气瓶中装满水,水中没有气泡,若集气瓶中没有装满水,则水中要有气泡。
2.双氧水(过氧化氢)制取氧气
(1)实验药品:双氧水(过氧化氢溶液)和二氧化锰
(2)反应原理:过氧化氢水+氧气(基本反应类型分解反应)。
(3)实验装置
①发生装置:该实验为过氧化氢(液体)和二氧化锰(固体)的反应,故可采用固液不加热型装置制取。
②收集装置:采用排水法或向上排空气法收集。
(4)实验步骤
①连接仪器,检查装置气密性。
②向锥形瓶中装入二氧化锰固体。
③固定好装置。
④向分液漏斗中加入过氧化氢溶液。
⑤收集氧气。
(5)检验与验满:同高锰酸钾检验方法。
(6)实验拓展:
①如果将分液漏斗换成长颈漏斗,长颈漏斗末端应该伸入液面以下,形成液封,以防止气体逸出。
②该实验用分液漏斗的优点是可以控制溶液的滴加速度。
化学是一门以实验为基础的科学,结合下列装置回答问题:
(1)写出标注仪器的名称:a________,b________。
(2)实验室用高锰酸钾制取氧气,应选择的发生装置是________(填字母),反应的化学方程式为____________________。
(3)选用E装置收集气体时,下列实验操作正确的是________。(填序号)
①反应前,将集气瓶注满水,用玻璃片盖住瓶口,倒立在盛水的水槽中;②导管口开始有气泡放出时,立即将导管口移入集气瓶;③收集气体后,将集气瓶盖上玻璃片再移出水槽。
(4)实验室中一般用锌粒和稀硫酸在常温下制取氢气,制取氢气应选择的发生装置是________。(填字母)
(5)适合用D装置收集的气体必须具备的性质是____________。