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氧气制法_百度文库
[ 来源:未知 | 作者:admin | 时间:2019-8-19 15:24:34 ]

  氧气制法_初二理化生_理化生_初中教育_教育专区。氧气的制法 一、氧气的工业制法 原理:工业上大规模生产氧气广泛采用液态空气分馏法。首先使空气通过过滤器 除去尘埃等固体杂质,进入压缩机压缩,再经过分子筛净化器除去水蒸气和二氧 化碳等杂质气体。在这里分 本文来自织梦

  氧气的制法 一、氧气的工业制法 原理:工业上大规模生产氧气广泛采用液态空气分馏法。首先使空气通过过滤器 除去尘埃等固体杂质,进入压缩机压缩,再经过分子筛净化器除去水蒸气和二氧 化碳等杂质气体。在这里分子筛可使氮气、氧气等较小分子通过,起到筛选分子 的作用。然后进行冷却、降压,当温度降至—170℃左右时,空气开始部分液化 进入精馏塔,根据空气中各气体的不同沸点进行分馏。液态氧的沸点比液态氮的 沸点高,两者相比液氮更易气化。经多步分馏可以得到 99%以上的纯氧,同时 得到氮气和提取稀有气体的原料。 这种方法工艺复杂。 如果需用纯度不高的氧气, 可用分子筛吸附法分离空气,制得氧气。特定的分子筛对氮的吸附能力比氧大, 当空气通过分子筛床后, 流出的气体含氧量较高, 经多次吸附可得含氧 70~80% 的气体。这种方法是常温操作,循环周期短,易于实现自动化。另外,如需高纯 度氧气,可采用电解水法生产,此法成本高,只适于小型生产。从空气中分离出 的氧气,一般是加压贮存在天蓝色的钢瓶中,以供工业、医疗或其它方面使用。 二、氧气的实验室制法 1. 将某些含氧化合物加热分解是实验室制取氧气的主要方法。常用的含氧化合 物为氯酸钾或高锰酸钾。用高锰酸钾制氧气的方法简便、安全,但是原料的价格 较高,利用率低,高锰酸钾分解时化合态的氧元素没有全部转化成游离态的氧元 素(即氧气) : 2KMnO4 K2MnO4+MnO2+O2↑ 2.用氯酸钾分解制氧气,如果单独加热氯酸钾,到 356℃才熔化,400℃才开始 缓慢分解放出氧气。为了加快氯酸钾的分解速度和降低分解温度,常常需要加入 二氧化锰作催化剂: 3.当实验室用氯酸钾制氧气而没有二氧化锰时,可用少量的高锰酸钾代替。在反 应中高锰酸钾分解产物二氧化锰(见化学方程式①)可以在氯酸钾的分解反应中 (见化学方程式②)起催化剂作用。实验室制取氧气的装置如图。由于氧气不易 溶于水,可用排水法收集;由于氧气的密度大于空气,可用向上排气法收集。验 满的方法是:将带火星的木条接近集气瓶口,若木条复燃,证明集气瓶里已充满 氧气。 4.另外,在实验室还可用其它化学反应制取氧气,如过氧化氢分解: 2H2O+O2↑ 2H2O2 5.过氧化钠(Na2O2)与水反应也可得到 O2。过氧化钠等过氧化物是市场上“氧立 得”中产生氧气的主要物质。 三、制取氧气时的问题: 1.原理拓展 催化剂的作用: 在用双氧水制取氧气的反应中要用到二氧化锰作催化剂。 催化剂是指那 些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反应前后不变的物 质。在这个反应中二氧化锰就是双氧水分解的催化剂。 两种制取氧气方法的比较 用高锰酸钾和双氧水制取氧气各有特点。高锰酸钾是固体,相对容易保存;双氧水是液 体,易分解,不宜久置。但是用高锰酸钾需要加热,而双氧水在二氧化锰催化作用下,分解 非常迅速,不需加热。 2.成功关键 加热高锰酸钾的方法:高锰酸钾不要紧紧地堆放在试管底部,要平铺在试管中;开始加 热时要先预热试管, 使试管底部均匀受热, 然后将灯焰放在靠试管口一端有药品的地方加热, 并随着反应的进行和需氧气量的多少, 将灯焰向试管底的方向移动。 这样做的目的是既可防 止固体混合物随气流冲向试管口,又便于控制氧气放出的速率和数量。 3.双氧水的浓度 市售的双氧水一般有两种浓度,一种是 30%左右的浓溶液,一种是 3%的稀溶液。制取氧 气比较适宜的浓度在 10%左右。太稀反应慢,收集时间较久。双氧水太浓反应过于剧烈,放 热多,会造成收集的氧气中水蒸气过多。 4.注意事项 (1)高锰酸钾制取氧气 实验装置顺序要先下后上,从左至右装配仪器。并注意铁夹要夹在试管的中上部(离管口的 1/4)左右处,试管管口要略向下倾斜。 (2)理和装入固体试剂? 加入高锰酸钾,并使之倾斜地铺在管底,不要让它堆积在底部。 (3)为什么要稍向下倾? 因加热时药品里所含的湿气变成水蒸气,到管口处冷凝成水滴而倒流,致使试管炸裂。 (4)为什么气泡刚冒出时不宜立即收集气体? 开始加热时排出的主要是空气,当气泡连续地并比较均匀地放出时,才是氧气,这时才能进 行收集。 (5)为什么用排水法收集气体,在停止制氧时,应先把导管从水里拿出来,然后移去酒精 灯? 如果先移去酒精灯,试管内温度降低,气压减小,水就沿导管被吸到热的试管里,有使试管 破裂的可能。 (6)为什么试管内的导管不宜过长? 伸入试管内的导管不宜过长,以免气体难于排出。 (7)用向上排空气法收集氧气时怎样验证氧气已经集满? 用带有火星的木条去试验氧气, 是鉴定氧气的一种常用方法。 将带火星的木条放在集气瓶口, 如果木条复燃,说明氧气已经集满。 (8)怎样验证制得的气体是氧气? 将带火星的木条伸入集气瓶中,如果木条复燃,说明该气体是氧气。 实验拓展: 用双氧水制取氧气时,双氧水的添加可有不同的方法。 如果在实验室中想制得少量的氧气,也可以使用图的装置,往试管中注入 15%的过氧 化氢水溶液,在投入少量二氧化锰后,立即塞紧塞子,氧气沿导管排出。例如,用 15 mL 过氧化氢水溶液,加 0.1 g 二氧化锰,大约半分钟可得氧气 0.7 L。比较适合学生自己进行实 验。实验装置见图 A。 A B A 装置只能一次性或间断性地收集氧气,不能连续收集。为了能达到连续收集的目的, 可以将大试管改成锥形瓶,单孔塞改成双孔塞,并使用长颈漏斗。实验装置见图 B。 B 装置虽然可以随时添加双氧水,但是对反应速率的控制不是太好,特别是双氧水浓度 偏高时易发生溶液从长颈漏斗中冲出。同时也不能停止反应。将长颈漏斗改成分液漏斗,是 较为理想的制取装置。 C 装置中分液漏斗的作用有: (1)控制滴加液体的总量,获得所需气体的总量,能最大限度的节约药品; (2)控制滴加液体速率,从而实现控制反应速率; (3)可控制反应随时开始,随时停止。 例题分析 例题 1:用高锰酸钾加热制氧气,实验中发现试管破裂,有以下原因与之不相关的是( ) ①试管外壁有水没擦干 ②加热时试管底部触及灯芯 ④高锰酸钾的量太多 ⑤加热过 程中不时地移动酒精灯 ⑥直接对准药品部分加热 A.②④⑦ B.③④⑤ C.③⑤⑦ D.①②⑥⑦ 答案:B 例题点评:本题考察对实验室制取氧气的注意事项的理解和掌握。 解题指导: ①试管外壁有水没擦干⑥直接对准药品部分加热, 这些情况都可能造成试管受热 不均匀而炸裂;②加热时试管底部触及灯芯,灯芯温度较低试管会因骤冷而炸裂;⑦停止加 热后即将试管直立起来,等冷却后洗涤,虽然等冷却后洗涤不错,但是停止加热后即将试管 直立起来可能造成管口的冷凝水流到试管底部而使试管炸裂。 ③试管口没放棉花可能造成的 后果是固体粉末进入导管。 ⑤加热过程中不时地移动酒精灯④高锰酸钾的量太多都不会造成 试管炸裂。因此选 B 例题 2:下列哪一种气体可以即可以用向上排空气法收集,又可以用排水法收集( ) A 密度大于空气且易溶于水 B 密度大于空气且难溶于水 C 密度小于空气且易溶于水 D 密度小于空气且难溶于水 答案:B 例题点评:本题重在考察气体收集方法与气体性质间的关系。 解题指导: 能用向上排空气法收集的气体密度应大于空气, 而能用排水法收集的气体应难溶 于水。综合两种情况,答案为 B。 例题 3:医院给病人输氧时用到类似下图所示的装置。关于该装置,下列说法不正确的是 a ( ) b A.使用该装置用来观测是否有氧气输出 B.使用该装置用来观测氧气的输出速率 C.a 导管连接供给氧气的钢瓶 D.a 导管连接病人吸氧气的塑料管 答案:D 例题点评:本题考察日常生活经验,排水集气法的扩展应用。 解题指导: 氧气很重要的用途之一就是供给呼吸。 医院给病人输氧时利用图中液体中是否有 气泡及气泡的大小可以观测, 是否有氧气输出及输出氧气的速度, 所以 A、 选项是正确的。 B 使用时需将氧气通入水中以观测气泡,所以应从 a 端通入氧气,b 端连接病人的吸氧管,若 反之,则液体会从 a 端被压出,不可以供病人呼吸,所以 C 选项正确,D 选项不正确。 例题 4: 某同学利用双氧水制取氧气, 按图装配好仪器后加入药品反应, 并收集到一瓶气体。 他用带火星的木条检验,发现木条没有复燃。请你来想想,可能是那些原因造成的? 答案:可能的原因有 (1)装置气密性不好 (2)双氧水浓度太大 (3)滴入双氧水速度太快 (4)一次性注入双氧水太多 其它合理答案亦可 例题点评:本题是开放题,考察学生对实验室制氧气的各个环节的了解,是否能对实际操作 中出现的问题作出分析、归纳与整理。 解题指导:木条没有复燃的原因其实比较简单,主要应为氧气浓度低或没有氧气。从这个角 度来看,一种可能就是气密性不好而收集不到氧气。另外,由于使用双氧水制取氧气,并用 向上排空气法收集氧气, 如果反应过于剧烈会造成大量水蒸气溢出, 从而致使集气瓶中的氧 气不能使木条复燃。 还有像药品浓度太低或失效等可能造成结果是收集不到氧气, 不适合作 为答案。 例 5:在军事术语上把在海里的连续航行叫“长行” 。为保证长时间潜行,在潜艇里要配备 氧气的化学再生装置。制氧气的方法有以下几种:①加热高锰酸钾;②电解水;③在常温下 使过氧化钠与二氧化碳反应,生成碳酸钠和氧气;④加热氧化汞,生成汞和氧气。 (1)其中最适宜在潜艇里制氧气的方法是哪一种? (2)与其他几种方法相比,该方法有哪些优点? 答案: (1)最适宜在潜艇里制氧气的方法是在常温下使过氧化钠与二氧化碳反应,生成碳酸 钠和氧气 (2) 优点是反应常温时就能发生,不需额外提供能源;反应物之一是二氧化碳,有利于消耗 潜艇内人员呼吸作用生成的二氧化碳。 例题点评: 本题考察学生对氧气制取条件的理解和实际运用的能力, 了解现实活动中各种因 素对制取的限制和影响。 解题指导:加热高锰酸钾、电解水、加热氧化汞,生成汞和氧气都需要额外的能源供给,而 且生成物还需另外处理,特别是加热氧化汞,产率低,生成物汞有毒。在常温下使过氧化钠 与二氧化碳反应,生成碳酸钠和氧气的方法比较好,首先反应常温时就能发生,不需额外提 供能源, 其次是参加反应物之一是二氧化碳, 这样有利于消耗潜艇内人员呼吸作用生成的二 氧化碳。 专项训练 一、选择题(每小题有 1—2 个答案) 1、下列变化属于物理变化的是 A.白磷自燃 B.用氯酸钾和二氧化锰混合加热制氧气 C.蜡烛燃烧 D.用分离空气的方法制氧气 2、常温下是无色、无嗅无味气体的一组是 A.氧气、氮气 B.二氧化硫和水蒸气 C.五氧化二磷、空气 D.氧气和二氧化硫 3、下列物质在氧气中燃烧,产生大量白烟的是 A.硫粉 B.红磷 C.木炭 D.蜡烛 4、下列叙述可用氧气物理性质解释的是 A.氧气可使带火星的木条着火 B.把氧气鼓入炼钢炉,可以提高炉温加速冶炼过程 C.在地球表面较高层大气中含氧气少 D.白磷在空气中会发生自燃 5、下列各组物质中的两种物质,分别在氧气中充分燃烧后生成物相同的是 A.白磷和红磷 B.木炭和硫 C.镁条和铁丝 D.木炭和蜡烛 6、钢铁在空气中长期放置生锈,是因铁跟空气中( )发生化学变化。 A.氧气 B.氮气 C.稀有气体 D.尘埃 7、下列气体中有刺激性气味的是( ) A.空气 B.二氧化硫 C.二氧化碳 D.氧气 8、下列化学反应既不是化合反应也不是分解反应的是( ) ? A.铁 + 氧气 ? ? → 四氧化三铁 点燃 加热 ? B.二氧化碳 + 碳 ? ? → 一氧化碳 高温 点燃 ? ? C.氧化汞 ? ? → 汞+氧气 D.乙炔+氧气 ? ? → 二氧化碳+水 9、下列各组物质中,一种呈银白色,在氧气中燃烧,火星四射;另一种呈浅黄色,在氧气 中燃烧发出蓝紫色火焰的是( ) A.铁和硫 B.铁和磷 C.镁和硫 D.镁和磷 10、下列说法正确的是( ) A.分解氯酸钾的催化剂只有二氧化锰 B.凡是反应物为一种的反应必定是分解反应 C.由一种物质生成两种其它物质的反应属于分解反应 D.为了便于运输,氧气加压成液态并贮存在蓝色钢瓶中 二、填空题: 1、用文字表达式表示下面化学反应,并指出哪些反应是化合反应,哪些反应是分解反应 A.镁燃烧 B.碱式碳酸铜受热 C.氯酸钾制氧气 D.磷燃烧 E.水在电流作用下生成氢气和氧气 2、填写下表 氯酸钾 氯化钾 二氧化锰 高锰酸钾 颜色 状态 三、简答题: 给纯氯酸钾加热到一定温度时,可分解出氧气。试分别讨论在下述两种情况下,试管里 存在的固体是纯净物还是混合物,为什么? ①正在放出氧气时。②氯酸钾完全分解后。 答案和解析 一、 1、答案:D 解析:A 和 C 都是燃烧,属于化学变化;B 是实验室制取氧气的一种方法,这是依靠的化 学变化;D 是工业制取氧气的方法,利用的是气体的物理性质,没有发生化学反应。 2、答案:A 解析:首先必须判断常温下为气体,则 B 中的水蒸气为液态,C 中的五氧化二磷是固体, 排除;D 中的二氧化硫有刺激性气味,只有 A 符合题意。 3、答案:B 解析:在这里一定要明确化学中的“烟”和“雾”的区别, “烟”是固体的悬浮物,而“雾” 则是液态的悬浮物。因此与氧气反应生成大量白色固体的只有 B。 4、答案:C 解析:A、B、D 中都涉及了氧的化学性质,而空气中氧气的垂直分布和温度有关,利用的 是氧气的融沸点,这是物理性质。 5、答案:A 解析:除了 A 以外,另外三组都是不同的物质混合,所以要生成不同的产物。 6、答案:A 解析:钢铁生锈是因为和空气中的水蒸气、氧气反应生成了三氧化二铁,这三个条件缺一不 可,同时满足才能让钢铁生锈。 7、答案:B 解析:本题主要考查各种气体的性质,二氧化硫是有毒的气体,带有刺激性气味。 8、答案:D 解析:本题必须明确化合反应和分解反应的分类原理,根据概念来判断。化合反应是两种或 两种以上的物质生成一种物质(多变一);分解反应则刚好相反,是一种化合物分解成两种或 两种以上的物质(一变多)。 9、答案:A 解析: 要根据物质的物理性质和化学性质以及一些化学试验现象来判断, 具有银白色的很可 能是金属物质,燃烧的试验现象是“火星”四射的话,则肯定是铁元素;另外一种淡黄色的 只有硫单质,并且它在氧气中燃烧的火焰也是蓝紫色。 10、答案:C、D 解析: 能催化氯酸钾分解的不仅仅只有二氧化锰一种, 而反应物为一种的反应也不一定都是 分解反应,例如:氧气与臭氧之间的相互转化。 二、 ? 1、答案:A.镁+氧气 ? ? → 氧化镁 点燃 ? B.碱式碳酸铜 ? ? → 氧化铜+水+二氧化碳 加热 点燃 C.氯酸钾 氯化钾+氧气 ? D.磷+氧气 ? ? → 五氧化二磷 E.水 氧气+氢气 A、D 为化合反应,B、C、E 为分解反应 解析:首先根据反应物补充完整化学方程式,再根据化合反应和分解反应的定义,对照上面 的方程式判断反应的类型。 2、答案:颜色依次为白、白、黑、紫,状态均为固体 解析:本题属于基础性的题,只需记清楚几种主要物质的性质就可以了。 三、 答案:解:①是混合物。因为试管中存在没有分解的氯酸钾和已生成的氯化钾。 ②是纯净物,因为试管内只有氯化钾一种物质。 织梦内容管理系统



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