【初二化学】氧气的制取实验知识复习


  一、空气成分的研究史
  
  1.18世纪70年代,瑞典科学家舍勒和英国的科学家化学家普利斯特里,分别发现并制得了氧气。
  
  2.法国科学家拉瓦锡最早运用天平作为研究化学的工具,用定量的方法研究了空气的成分,第一次明确提出了“空气是由氧气和氮气组成的”。其中氧气约占空气总体积的1/5的结论。
  
  二、空气中氧气成分的测定
  
  1.实验现象:
  
  A.红磷燃烧发出黄白色火焰,放出热量,冒出白色浓烟
  
  B.(过一会儿白烟消失,装置冷却到室温后打开弹簧夹)烧杯内的水倒流入集气瓶,约占瓶子容积的1/5。
  
  2.实验结论:说明空气不是单一的物质;氧气约占空气总体积的1/5。
  
  3.原理
  
  4.注意事项:
  
  A.所用的红磷必须过量,过少则氧气没有全部消耗完
  
  B.要等集气瓶(装置)冷却后才能打开弹簧夹,
  
  C.装置的气密性要好,(否则测量结果偏小),
  
  D.要先夹住橡皮管,然后再点红磷(否则测量结果偏大)。
  
  E.点燃红磷伸入瓶中要立即塞紧瓶塞(否则测量结果偏大)。
  
  思考:
  
  (1)可否换用木炭、硫磺、铁等物质?如能,应怎样操作?
  
  答:不能用木炭或蜡烛(燃烧产生了气体,瓶内体积变化小),不能用铁(铁在空气中不能燃烧)
  
  (2)可否用镁代替红磷?不能用镁,因为镁不但跟氧气反应而且还跟氮气等反应,结果测得的不只是空气中氧气的体积。会远远大于氧气的体积。
  
  5..实际在实验中测得的结果比真实值小,其原因可能是A.红磷量不足;B.装置气密性差;C.未冷却至室温就打开止水夹;D.没有预先在导管中装满水
  
  三、空气的主要成分
  
  (按体积分数):氮气(N2)78%,氧气(O2)21%(氮气比氧气约为4:1),稀有气体0.94%,二氧化碳(CO2)0.03%,其它气体和杂质0.03%。空气的成分以氮气和氧气为主,属于混合物。
  
  空气成分口诀:氮七八氧二一,零点九四是稀气;零点零三有两个,二氧化碳和杂气
  
  四、物质的分类:纯净物和混合物
  
  1.纯净物:由一种物质组成的,“纯净”是相对的,绝对纯净的物质是没有的,只要杂质含量低,不至于对生产和科学研究产生影响的物质就是纯净物。
  
  2.混合物:两种或多种物质组成的,这些物质相互间没有发生化学反应,各物质都保持各自的性质。
  
  注意:划分纯净物、混合物的标准是根据物质的种类来划分的。只含一种物质的就属于纯净物,含有几种物质的就属于混合物
  
  五、空气是一种宝贵的资源
  
  1.氮气:无色、无味的气体,不溶于水,不燃烧也不支持燃烧,不能供给呼吸,化学性质不活泼。
  
  2.稀有气体:无色、无味的气体,通电时能发出不同颜色的光,化学性质很不活泼。
  
  六、空气的污染及防治
  
  1.造成空气污染的物质:有害气体(一氧化碳(CO)、二氧化氮(NO2)、二氧化硫(SO2))和烟尘。
  
  2.污染来源:空气中的有害物质来自化石燃料的燃烧,石油化工厂排放的废气及汽车排放的尾气。
  
  3.被污染的空气带来的危害:损害人体健康、影响作物生长、破坏生态平衡。
  
  存在的环境问题:温室效应(二氧化碳含量过多引起)、臭氧空洞(飞机的尾气、氟里昂的排放)、酸雨(由二氧化硫、二氧化氮引起)。
  
  4.防止空气污染的措施:加强大气质量监测,改善环境状态、植树造林、使用清洁能源。
  
  5.目前空气污染指数包括:一氧化碳、二氧化氮、二氧化硫、可吸入颗粒物、臭氧。
  
  七、未来化学将朝着“绿色化学”——“绿色消毁”和“绿色生产”的方向发展。核心是利用化学原理从源头消除污染。
  
  特点:①充分利用资源和能源,原料无毒无害②减少向环境排放废物③原料中的原子全部被消纳,实现零排放(在化合反应中体现)④生产出环境友好产品。
  
  氧气
  
  一、氧气的物理性质
  
  1.色、味、态:通常情况下,是无色无味的气体;
  
  2.密度:标准状况下,密度为1.429g/L,略大于空气。(可用向上排空法)
  
  3.溶解性:氧气不易溶于水。(可用排水法收集)
  
  4.三态变化:降温后,氧气可以变为淡蓝色的液体,甚至淡蓝色雪花状固体。
  
  二、氧气的化学性质
  
  (一)与非金属(碳、硫、磷)的反应
  
  1.木炭(黑色固体)燃烧
  
  实验现象:在氧气中:剧烈燃烧,发出白光,放出热量,生成一种无色无味气体,该气体能使澄清石灰水变浑浊。
  
  做木炭燃烧实验时,燃烧匙应慢慢从瓶口向瓶底伸入(充分利用瓶内的氧气)。
  
  2.硫粉(淡黄色)燃烧:
  
  实验现象:在空气中:发出微弱的淡蓝色火焰;放出热量、生成一种带有刺激性气味的气体。
  
  在氧气中: 发出明亮的蓝紫色的火焰, 放出热量、生成一种带有刺激性气味的气体。
  
  实验时,要在瓶底装少量水)吸收二氧化硫,防止污染空气)。
  
  3.红磷(暗红色固体)的燃烧
  
  实验现象:在空气中:发出黄白色火焰,放出热量,生成大量白烟
  
  在氧气中:剧烈燃烧,发出白光,放出热量,生成大量的白烟
  
  注意:五氧化二磷(P2O5)是固体,不是气体
  
  (二)与金属(镁、铁)的反应
  
  1.镁带(银白色固体)在空气中燃烧
  
  实验现象:剧烈燃烧,发出耀眼的白光,放出热量,生成白色粉末状固体。
  
  2铁丝(银白色固体)在氧气中燃烧
  
  实验现象:剧烈燃烧,火星四射,放出热量,生成一种黑色固体。
  
  注意:集气瓶底部铺少量的细沙或加少量的水,防止生成的固体物质溅落瓶底,致使集气瓶炸裂。铁丝在空气中不能燃烧
  
  (三)与某些化合物(蜡烛、甲烷)的反应——产物均为:二氧化碳和水
  
  实验现象:比空气中燃烧剧烈,发出白光,集气瓶内壁出现水珠,有使澄清石灰水变浑浊的无色无味气体产生。
  
  空气中燃烧情况:燃烧产生黄色火焰,放热,稍有黑烟。
  
  (四)其他物质与氧气的反应
  
  某些物质在一些条件下,与氧气发生缓慢的氧化反应,成为缓慢氧化。缓慢氧化也放热。
  
  如:动植物新陈代谢,金属的锈蚀,食物的腐烂、酒醋的酿造、农家肥的腐熟等等。
  
  总结:
  
  1.氧气是一种化学性质比较活泼的气体,在一定的条件下,能与许多物质发生反应并放出大量的热。在这些反应中,氧气提供氧,称为氧化反应。氧气便是常见的氧化剂;具有氧化性。
  
  2.物质在纯氧气中燃烧程度比空气中燃烧要剧烈。说明物质燃烧程度,与氧气的浓度大小成正比;
  
  3.物质燃烧时有的有火焰,有的会发光,有的会冒烟。一般来说,气体燃烧会有火焰产生,固体直接燃烧,产生光或者火星。生成物有固体,一般都会产生烟,即固体小颗粒;
  
  4.物质与氧气反应不一定是燃烧现象,如缓慢氧化。
  
  三、氧气的用途
  
  (1)供给呼吸:医疗上急救病人,登山、潜水、航空、宇航提供呼吸;
  
  (2)支持燃烧:炼钢、气焊与气接、液氧炸弹、火箭助燃剂
  
  实验室制取氧气
  
  一、工业制法(分离液态空气法)
  
  原理:利用液态氧和液态氮的沸点不同。——物理变化(蒸馏)
  
  (1)具体过程
  
  (2)注意:该过程是物理变化
  
  二、氧气的实验室制法(化学变化)
  
  1.双氧水(过氧化氢)制取氧气
  
  A.药品:过氧化氢(H2O2)和二氧化锰(黑色粉末 MnO2)
  
  B.实验原理:
  
  注:MnO2在该反应中是催化剂,起催化作用
  
  C.装置: 固体与液体反应,不需加热(双氧水的为一类)
  
  注意事项:
  
  ①分液漏斗可以用长颈漏斗代替,但其下端应该伸入液面以下,防止生成的气体从长颈漏斗中逸出;
  
  ②导管只需略微伸入试管塞
  
  ③气密性检查:用止水夹关闭,打开分液漏斗活塞,向漏斗中加入水,水面不持续下降,就说明气密性良好。
  
  ④装药品时,先装固体后装液体
  
  ⑤该装置的优点:可以控制反应的开始与结束,可以随时添加液体。
  
  D步骤:连、查、装(二氧化锰)、定、倒(过氧化氢溶液)、收
  
  2.用高锰酸钾、氯酸钾制取氧气
  
  A.药品:、高锰酸钾(暗紫色固体)、氯酸钾(白色固体)与二氧化锰(黑色粉末)
  
  B.原理:
  
  ①加热氯酸钾(有少量的二氧化锰):
  
  注意:MnO2在该反应中是催化剂,起催化作用
  
  ② 加热高锰酸钾:
  
  C.装置:加热固体制气体(加热氯酸钾的为一类)
  
  D.操作步骤:(连)查、装、定、点、收、离、熄。
  
  ① 连接装置:先下后上,从左到右的顺序。
  
  ② 检查装置的气密性 :将导管的一端浸入水槽中,用手紧握试管外壁,若水中导管口有气泡冒出,证明装置不漏气。松开手后,导管口出现一段水柱。
  
  ③ 装入药品:按粉末状固体取用的方法(药匙或纸槽)
  
  ④固定装置 :固定试管时,试管口应略向下倾斜;铁夹应夹在试管的中上部
  
  ⑤加热药品:先使试管均匀受热,后在反应物部位用酒精灯外焰由前向后加热。
  
  ⑥收集气体:
  
  a.若用排水集气法收集气体,当气泡均匀冒出时再收集,刚排出的是空气;水排完后,应用玻璃片盖住瓶口,小心地移出水槽,正放在桌面上(密度比空气大)(防止气体逸出)
  
  b.用向上排空法。收集时导管应伸入集气瓶底部(为了排尽瓶内空气)
  
  用排水法收集时,导管放在集气瓶口
  
  ⑦先将导管移出水面
  
  ⑧再停止加热
  
  E.易错事项:
  
  (1)试管口要略微向下倾斜:防止生成的水回流,使试管底部破裂。药品应平铺在试管底部
  
  (2)导气管伸入发生装置内要稍露出橡皮塞:有利于产生的气体排出。
  
  (3)用高锰酸钾制取氧气时,试管口塞一团棉花:防止高锰酸钾粉末进入导气管,污染制取的气体和水槽中的水。
  
  (4)排气法收集气体时,导气管要伸入接近集气瓶底部:有利于集气瓶内空气排出,使收集的气体更纯。
  
  (5) 实验结束后,先将导气管移出水面,然后熄灭酒精灯:防止水槽中的水倒流,炸裂试管。
  
  F、收集方法:
  
  ① 排水法(不易溶于水)
  
  ② 向上排空法(密度比空气大)
  
  G、检验、验满
  
  检验:用带火星的木条伸入集气瓶内,发现木条复燃,说明是氧气;
  
  验满:用带火星的木条放在集气瓶口,若木条复燃,证明已满。
  
  三、催化剂
  
  1.概念:在化学反应中能改变其他物质的反应速率(加快或变慢),但本身的化学性质和质量在反应前后没有发生变化的物质。
  
  2.特点:两不变(质量、化学性质)、一改变(反应速率)
  
  注意:①催化剂不能改变生成物的质量,不能决定反应的进行
  
  ②催化剂不是反应物、又不是生成物
  
  ③催化剂仅针对某一反应,并不是所有反应的催化剂
  
  ④某一反应的催化剂可能不只一种
  
  3.二氧化锰在一些反应中不只作催化剂,催化剂不一定就只有二氧化锰。(在过氧化氢溶液制取氧气中,催化剂可以用硫酸铜溶液、氧化铁、氧化铜、红砖粉末)。在氯酸钾制取氧气中,二氧化锰的质量和化学性质不变,但质量分数变大。

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