1、第第 5 讲讲 氧气氧气 二氧化碳二氧化碳 课标要求 考试细则 【课程内容】 1.认识氧气、二氧化碳等物质的主要性质并列举其 用途。 2.初步学习在实验室制取氧气和二氧化碳。 【活动建议】 1.制取氧气和二氧化碳，比较它们的性质。 2.观察物质在空气中燃烧的现象。 3.检测人呼出气体中的二氧化碳。 1.说出氧气的主要物理性质。 2.说出实验室制备、收集氧气的原理、 装置及主要步骤。 3.举例说明氧气的主要化学性质 氧化性。 4.说出氧气的主要用途。 5.说出检测氧气的方法。 6.说出二氧化碳的主要物理性质。 7.说出二氧化碳的主要化学性质。 8.说出二氧化碳的主要用途。 9.说出实验室制备、
2、收集二氧化碳的原 理、装置及主要步骤。 10.说出检验二氧化碳气体的方法。 一、 氧气 1氧气的物理性质和化学性质 (1)物理性质：无色无味的气体，密度比空气大，不易溶于水，降温可液化成淡蓝色的液 态氧。 (2)化学性质：氧气是一种化学性质比较活泼的气体，能支持燃烧，具有助燃性，在一定 条件下能与许多物质发生反应(如下表)。 氧气与常见物实验现象 反应原理 注意事项 质的反应 与金属反应 (以铁为例) 铁在氧气中剧烈燃 烧，火星四射，生 成一种黑色固体， 并放出热量 3Fe2O2= 点燃 Fe3O4 a.做铁丝燃烧实验 时，应该在集气瓶 底部放少量水或细 沙，防止溅落的熔 化物炸裂瓶底；b.
3、铁丝不能在空气中 燃烧，易在潮湿的 空气中生锈 与非金属反应 (以木炭、硫、 磷为例) 木炭在空气中持续 红热，在氧气中剧 烈燃烧， 发出白光， 放出热量，生成的 气体能使澄清石灰 水变浑浊 CO2= 点燃 CO2 做木炭在氧气中燃 烧的实验时，将夹 木炭的坩埚钳由上 而下慢慢伸入是为 了确保木炭和瓶内 氧气充分反应，现 象明显 硫在氧气中燃烧， 产生明亮的蓝紫色 火焰，在空气中燃 烧产生淡蓝色火 焰，生成有刺激性 气味的气体，并放 出热量 SO2= 点燃 SO2 a.硫的用量不能过 多；b.瓶内装少量 水，目的是吸收生 成的二氧化硫，防 止对空气造成污染 磷在氧气或空气中 燃烧，产生大量的
4、白烟，并放出热量 4P5O2= 点燃 2P2O5 此反应生成的是 P2O5固体小颗粒， 现象应描述为白 烟， 而不是白雾(指 小液滴) 与化合物反应 甲烷在氧气或空气 CH42O2= 点燃 甲烷气体与空气或 (以甲烷为例) 中燃烧，产生淡蓝 色火焰，放出大量 的热 CO22H2O 氧气混合点燃时， 易发生爆炸，故点 燃甲烷前要检验甲 烷气体的纯度 (3)疑难点 做铁丝在氧气中燃烧的实验时，将铁丝盘成螺旋状可以增大铁丝的受热面积，有利于 铁丝持续燃烧；铁丝下端系一根火柴，可以利用火柴燃烧放出的热量使铁丝的温度升高，引燃 铁丝。点燃火柴后，要待火柴快燃尽时，再插入充满氧气的集气瓶中，以免火柴燃烧消
5、耗氧气 过多使现象不明显。 氧气有帮助其他可燃物燃烧的化学性质，即助燃性，但氧气本身不能够燃烧，不具有 可燃性。 区别结论与现象：描述实验现象时，只能把通过眼、鼻等感觉器官感觉到的现象描述 出来，而不能描述物质名称。因为仅仅通过现象不可能知道生成物是什么，只能通过深入研究 才能确定生成物的种类。 如 “硫燃烧生成一种有刺激性气味的气体” 描述的是实验现象， 而 “硫 燃烧生成二氧化硫”描述的是实验结论。 2氧气的实验室制备及检验方法 实验 原理 2KMnO4= K2MnO4MnO2O2 2KClO3= MnO2 2KCl3O2 2H2O2= MnO22H 2OO2 发生 装置 固体加热型 固液
6、常温型 收集 方法 操作 步骤 查(检查装置气密性)：将导管一端浸入 水中，用手紧握试管外壁，若水中导管口 查：将橡皮管用弹簧夹 夹住，打开分液漏斗活塞， 有气泡冒出，或者手撤离后在导管中形成 一段水柱，证明装置不漏气；否则应塞紧 或更换橡皮塞。 装(装入药品)：药品应平铺在试管底 部。高锰酸钾制氧气时，应在试管口塞一 团棉花，防止高锰酸钾颗粒随氧气进入水 槽、集气瓶或堵塞导管。 定(将试管固定在铁架台上)：将铁夹夹 在离试管口 1/3 处，试管口要略向下倾斜 (防止凝结在试管口的小水珠倒流入试管 底部，使试管破裂)。 向分液漏斗中加入一定量 水后。若锥形瓶与漏斗形成 液面差，说明装置不漏气。
7、 装：将黑色的二氧化锰 加入锥形瓶，另将带有分液 漏斗和导管的双孔橡皮塞 塞紧瓶口，放置好集气瓶， 最后向分液漏斗中加入过 氧化氢。 续表 操作 步骤 点(点燃酒精灯)：先使酒精灯外焰在试管 下方来回移动，使试管均匀受热，再集中在 药品部位加热。 收(收集氧气)：a.排水法收集氧气时，集 气瓶内装满水，不留空气。当导管口产生连 续均匀的气泡时开始收集，瓶中水排尽出现 大气泡时，瓶中氧气集满。b.向上排空气法收 集氧气时，应将带火星的木条放在集气瓶口， 如果木条复燃，即证明氧气已集满。 离(导管撤离水槽)。 熄(熄灭酒精灯)。 收：将分液漏斗活塞打 开，让过氧化氢溶液从分液 漏斗中滴入锥形瓶并收
8、集 氧气。 正：给收集满氧气的集 气瓶盖上毛玻璃片，正放在 桌面上。 检验 方法 将带火星的木条插入集气瓶中，如果木条复燃，即证明是氧气。 疑难点： 排水法收集的氧气较纯净，但不够干燥，特殊用途时需要进行干燥；向上排空气法收 集的氧气较干燥，但纯度相对较低。 排空气法收集气体时，导管必须伸到接近集气瓶底部，便于排净集气瓶内的空气。 氧气的检验和验满方法的区别：检验氧气时，根据氧气的助燃性，将带火星的木条插 入集气瓶中，观察是否复燃；向上排空气法收集氧气进行验满时，应将带火星的木条放在集气 瓶口即可。若已集满，氧气会从瓶口逸出，导致木条复燃。验满时不能将木条伸入集气瓶内， 避免消耗瓶内氧气。 固
9、体加热型发生装置制取并利用排水法收集氧气时，收集氧气完毕后，必须先将导管 撤离水槽，然后再熄灭酒精灯，否则水槽中的水会倒吸入试管，引起试管炸裂。 3说明氧气的用途及与其性质的关系 (1)供给呼吸：用来登山、潜水、急救等。 (2)支持燃烧(助燃性)：火箭助燃剂、炼钢、制液氧炸药等。 二、 二氧化碳 1二氧化碳的物理性质和化学性质 (1)二氧化碳的物理性质：无色无味气体，密度比空气大，能溶于水，固体二氧化碳叫干 冰。 (2)二氧化碳的化学性质 一般情况下，不能燃烧，也不支持燃烧。 与水反应：反应的化学方程式为 CO2H2O= H2CO3，碳酸不稳定，易分解，反应的化学方程式为 H2CO3= H2O
10、CO2。 二氧化碳的特性：能使澄清的石灰水变浑浊，反应的化学方程式为 Ca(OH)2 CO2=CaCO3H2O(用来检验 CO2的存在)。 CO2与 NaOH 反应：一般用 NaOH 溶液来吸收 CO2，反应的化学方程式为 2NaOH CO2=Na2CO3H2O。 2二氧化碳的实验室制备及检验方法 (1)实验原料：石灰石或大理石和稀盐酸。 (2)原理：CaCO32HCl=CaCl2H2OCO2。 (3)装置(如图) (4)收集及验满 用向上排空气法收集 CO2，将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，证明 CO2已收集 满；收集满后盖上毛玻璃片，正放在桌面上。 (5)二氧化碳的检验：可将被检验气
11、体通入澄清石灰水中，若澄清石灰水变浑浊，证明 被检验气体是二氧化碳，否则不是二氧化碳。 (6)疑难点 CO2实验室制法的原料只能选用石灰石和稀盐酸，不能选用浓盐酸，因为浓盐酸有挥 发性，易导致收集的二氧化碳不纯；不能选用稀硫酸，因为稀硫酸与石灰石反应生成的 CaSO4 微溶，覆盖在石灰石的表面，会阻碍反应的进一步进行；也不能选用碳酸钠粉末代替石灰石， 因为反应太剧烈，气体生成速率太快，不便于控制，产生的气体难以收集。 利用大理石和稀盐酸制取二氧化碳时，长颈漏斗下端管口必须伸入到液面以下，防止 气体从长颈 漏斗中逸出。而用分液漏斗代替长颈漏斗时，发生装置中的导管伸入锥形瓶内无须太长， 更不能伸到
12、液面以下。 收集 CO2一般不能用排水法，因为 CO2能溶于水，通常用向上排空气法收集。 区别二氧化碳的验满与检验：验满时利用二氧化碳不可燃也不支持燃烧的化学性质， 将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，证明 CO2已收集满；但检验二氧化碳不能使用燃 着的木条， 因为可以令燃着的木条熄灭的不可燃也不支持燃烧的气体种类很多，不一定是二氧 化碳，故需通入澄清石灰水中，利用二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的化学性质进行检验。 3二氧化碳的用途及与其性质的关系 (1)光合作用的原料(气体肥料)；(2)灭火；(3)干冰作制冷剂；(4)化工产品的原料。 三、 CO2和 O2的制取实验及相关性质的比较 气体种类
13、 反应物(状态) 反应条件 与空气密度 比较 溶解性 二氧化碳 大理石(固体)和稀盐酸 (液体) 常温 比空气大 能溶于 水 氧气 高锰酸钾(固体)或过氧 化氢(液体)和二氧化锰 (固体) 加热或常温 比空气大 不易溶 于水 疑难点：实验室制取气体的装置包括发生装置和收集装置。发生装置只由反应物的状 态和反应条件决定，收集装置须考虑生成气体的物理性质(溶解性、密度大小)。 1如图所示是铁丝在氧气中燃烧的改进实验，用适量双氧水和二氧化 锰代替原实验中集气瓶里的水。 (1)用双氧水和二氧化锰代替原集气瓶里的水， 其优点除了使实验更简便 外，还有_双氧水可以提供充足的氧气，让铁丝燃烧更持久_。 (2
14、)实验中可观察到铁丝燃烧的现象是_剧烈燃烧，火星四射_，并放出大量热，生成一 种黑色固体，请写出该反应的化学方程式：_3Fe2O2= 点燃 Fe3O4_。 【试题解析】 (1)双氧水和二氧化锰反应生成氧气，用双氧水和二氧化锰代替原集气瓶里 的水，其优点除了使实验更简便外，还有双氧水可以提供充足的氧气，让铁丝燃烧更持久。(2) 铁在氧气中燃烧的实验现象为：铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，有黑色固 体生成。铁在氧气中燃烧生成四氧化三铁。 【命题意图】 本题以铁丝在氧气中燃烧的改进实验为背景，考查了物质的燃烧需要充足 的助燃剂、氧气具有助燃性等知识点，也要求学生能够准确地描述铁丝在氧气
15、中燃烧的现象， 并书写化学方程式。本题也对实验的综合分析能力和常见化学反应的认知提出了一定的要求。 2小晨同学在研究二氧化碳气体的性质时，进行了如图所示的实验。 (1)二氧化碳通常用大理石与稀盐酸反应制取，一般用_向上排空气_法收集。 (2)向漏斗中倾倒二氧化碳，燃着的蜡烛自下而上熄灭，由此说明二氧化碳具有的物理性 质是_密度比空气大_。 【试题解析】 (1)根据二氧化碳能溶于水，密度比空气大的性质，一般用向上排空气法收 集。(2)由于二氧化碳的密度大于空气，烧杯底部的二氧化碳浓度较大，故下方的蜡烛先熄灭。 解答本题时需仔细审题，本题只要求回答相关物理性质，虽然蜡烛熄灭也与二氧化碳不可燃、 不
16、支持燃烧的化学性质有关，却不属于本题的答案。 【命题意图】 本题考查二氧化碳的相关性质，要求能够依据二氧化碳的性质选择合适的 气体收集方法；能够结合二氧化碳的性质分析现象，对依据相关知识制订实验方案、解释现象 的能力提出一定要求。 3下面是实验室制取和收集气体的装置。如果用氯酸钾和二氧化锰来制取并收集一瓶干 燥的氧气，应选择下列装置中的_BC_(用编号表示)，检验这瓶氧气是否收集满的方法是_ 将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，说明已集满_。 【试题解析】 用氯酸钾和二氧化锰来制取氧气，属于固体加热型，应该选用的发生装置 是 B；氧气的密度比空气的大，收集一瓶干燥的氧气，可以选用向上排空气
17、法，即应选择装置 中的 BC。 检验这瓶氧气是否收集满的方法是将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，说明已集 满。 【命题意图】 本题以实验室制取氧气为背景，要求能够根据目的和原理选择合适的发生 装置和收集装置，并熟知实验的基本操作。本题对结合实验目的和原理开展实验及实验的基本 技能有一定的要求。 4. 上课时，老师演示了“过氧化氢制取氧气”的实验，可学生分组实验又是采用高锰 酸钾制取氧气，小科对此产生了疑问。老师解释说：“从某个角度分析，每一种制取氧气的方 法都有其各自的特点和长处。”请你对这两种制取氧气的方法进行分析比较，从三个不同角度 说出它们的差异和优势。 【答案】差异：(1)反应物
18、不同，过氧化氢制取氧气是固体和液体，高锰酸钾制取氧气是 固体；(2)反应条件不同，过氧化氢制取氧气是常温，高锰酸钾制取氧气是加热；(3)过氧化氢 制取氧气使用长颈漏斗可以随时添加液体，高锰酸钾不能。 优势：(1)过氧化氢制取氧气常温，可以节约能源，高锰酸钾制取氧气反应速率快；(2)过 氧化氢制取氧气环保，高锰酸钾制取氧气，排空气法收集的氧气干燥；(3)过氧化氢制取氧气 能避免加热过程中损坏仪器，高锰酸钾制取氧气能制备催化剂二氧化锰。 【试题解析】 比较实验室制取气体的反应原理，要考虑反应是否易于操作、原料是否易 得、生成的气体是否易于收集、反应条件是否易于达到等因素。 实验室用过氧化氢制取氧气
19、的反应物是固体和液体，反应条件是常温，生成物还有水，无 污染； 用高锰酸钾制取氧气的反应物是固体， 反应条件是加热， 生成物还有锰酸钾和二氧化锰， 处理不方便会污染环境。 【命题意图】 本题以实验室制取氧气的实验为背景，要求从不同角度比较不同方法的差 异和优势，对学生的综合分析和判断能力、实验能力、文字表述能力提出较高的要求。 5. 根据如图装置制取 O2和 CO2，连接如图的装置完成实验。 反应物 装置(填“甲” 或“乙”) 物质 B 作用 C 作用 H2O2溶液和二 氧化锰 _甲_ 水 收集 O2 接水 石灰石和稀盐酸 乙 浓 H2SO4 干燥 CO2 收集 二氧化碳 【试题解析】 该装置是固液不加热反应制取氧气，适用于过氧化氢与二氧化锰制取 氧气，故反应物是 H2O2溶液和二氧化锰；所连接装置内所加的物质是水，故应连接甲装置， 氧气的密度比水小，从 a 端进入，是排水法收集氧气。制取二氧化碳，反应物是石灰石和稀盐 酸，连接装置乙，长进短出，故是洗气，可在装置乙中加浓硫酸，浓硫酸具有吸水性，且不与 二氧化碳反应，可用于干燥二氧化碳，二氧化碳的密度比空气大，可用向上排空气法收集，故 C 的作用是收集二氧化碳。 【命题意图】 本题考查根据发生装置确定气体制取的原理，根据生成气体的性质选择合 适的气体收集装置并能够进行恰当的连接。