第2章 空气之谜
第二节 氧气的制法
基础过关全练
知识点1 氧气的制法
1.(2022江苏苏州中考)在过氧化氢溶液制取氧气实验中,一定不需用到的仪器是 ( )
A.酒精灯 B.水槽 C.集气瓶 D.锥形瓶
2.(2023上海外国语大学附属双语学校期中)关于工业制取氧气说法正确的是 ( )
A.得到的液态氧气储存在蓝色钢瓶中
B.原理是利用氧气与氮气的密度不同
C.氧气先从液态空气中蒸发出来
D.分离液态空气后剩下的气体不能支持燃烧
3.【教材变式·P32图改编】实验室加热氯酸钾和二氧化锰的混合物制取氧气的装置如图所示,对有关实验操作的分析错误的是
( )
A.气密性检查:用手握紧试管,观察到水中导管口有气泡冒出,说明装置不漏气
B.试管口略向下倾斜:防止加热时冷凝水倒流回试管底部,导致试管
炸裂
C.加热:直接用酒精灯的外焰对准药品所在部位加热
D.停止加热:先把导管移出水面,再熄灭酒精灯
4.(2021重庆中考B卷)氧气是人类活动必需的物质之一,下列与氧气有关的实验装置图错误的是(已知浓硫酸具有吸水性) ( )
A.制取 B.干燥 C.收集 D.验满
5.(2023北京人大附中月考)下列反应属于分解反应的是 ( )
A.氧化汞 汞+氧气
B.石灰石+盐酸氯化钙+二氧化碳+水
C.氢氧化钙+二氧化碳碳酸钙+水
D.石蜡+氧气 二氧化碳+水
知识点2 催化剂
6.【学科素养·科学探究与实践】(2023北京师大附属实验中学期中)化学小组利用下图所示装置探究过氧化氢制氧气的反应中二氧化锰的作用。(①~⑦代表操作步骤)
(1)实验室用过氧化氢制氧气的文字表达式为 。
(2)若实验最终得到二氧化锰是过氧化氢制氧气反应的催化剂的实验结论,则操作⑥得到的称量结果为 g。
(3)操作⑦中现象与操作②③中相同,说明 。
能力提升全练
7.(2022江苏苏州中考,6,★☆☆)下列有关加热高锰酸钾制取氧气的实验操作正确的是 ( )
A.组装仪器 B.检查气密性 C.加热固体 D.氧气验满
8.(2023北京十五中期中,20,★☆☆)下列关于催化剂的说法中,正确的是 ( )
A.催化剂只能加快化学反应速率
B.催化剂在反应前后质量和化学性质不改变
C.催化剂可以增加生成物的质量
D.没有二氧化锰做催化剂,过氧化氢就不会分解
9.(2023安徽砀山期中,12,★★☆)质量相等、浓度相同的两份过氧化氢溶液,其中一份加入少量的二氧化锰,另一份微热,当没有气泡产生时,停止加热。下图正确的是(a线是加热过氧化氢溶液分解的曲线,b线是加入少量二氧化锰的过氧化氢溶液分解的曲线) ( )
A B C D
10.(2022安徽中考改编,14,★★☆)某小组用高锰酸钾制取氧气。如图是实验室中常见仪器,回答下列问题。
(1)仪器①的名称是 。
(2)高锰酸钾制氧气的文字表达式为 。组装氧气的收集装置,可选用 (填序号)。
(3)某同学用排水法收集氧气时,发现水槽中的水变红了,可能是未使用 (填实验用品名称)。若该同学收集的氧气不纯,原因可能是 (写出1点即可)。
素养探究全练
11.【学科素养·科学探究与实践】某兴趣小组的同学对氯酸钾分解反应的催化剂进行研究,在相同的加热条件下完成表中实验:
编号 氯酸钾 质量/g 催化剂 催化剂 质量/g 收集50 mL 氧气所需 时间/s
实验1 5 — — 171
实验2 5 二氧化锰 0.5 49
实验3 5 氧化铁 0.5 58
实验4 5 氯化钾 0.5 154
(1)设计实验1的目的是 。
(2)表中所列3种催化剂的催化效果最佳的是 。
(3)由实验1和实验4可知,氯化钾 (填“有”或“无”)催化作用。维持加热条件不变,用实验1再继续收集50 mL 氧气,所需时间明显少于171 s,解释原因 。
(4)实验小组同学利用数字化实验研究氯酸钾分解过程(如图1所示),传感器得到氧气浓度随温度的变化示意图如图2所示。(夹持装置略)
由图2可知,氯酸钾分解温度 (填“高于”“等于”或“低于”)其熔点(356 ℃)。
12.【学科素养·科学探究与实践】(2023北京五十七中月考)同学们对H2O2溶液分解速率的影响因素进行探究。
实验1:探究H2O2溶液浓度、温度对反应速率的影响
【实验方案】在一定温度下,向相同质量的H2O2溶液中加入相同质量的二氧化锰粉末,测量收集150 mL O2所需的时间。
实验序号 H2O2溶液的浓度/% 温度/℃ 时间/s
Ⅰ 30 20 待测
Ⅱ 15 30 待测
Ⅲ a b 待测
实验2:依据下图装置进行实验(部分仪器略去),探究催化剂种类对反应速率的影响
用相同粒数的二氧化锰、氧化铜、氧化铁、 氧化铬四种催化剂微球(质量相等、表面积相同),分别进行实验,锥形瓶内压强随时间的变化如下图。
【解释与结论】
(1)为了达到实验1的目的,补全实验方案。
①若a与b不相等,则a= ;b= 。
②若a与b相等,则设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是 。
(2)实验2中使用相同粒数催化剂微球的原因是 。
(3)通过对实验2数据的分析,可得出的结论是 。
【反思与评价】
(4)实验1是通过测量收集等体积O2所需时间来比较H2O2溶液的反应速率,还可以通过测量 来比较H2O2溶液的反应速率。
答案全解全析
基础过关全练
1.A 用过氧化氢溶液制取氧气,应选用固液不加热型装置,无需用到酒精灯。
2.A 工业上得到的液态氧气储存在蓝色钢瓶中,A正确;工业制取氧气的原理是利用氧气与氮气的沸点不同,B错误;由于液氮的沸点比液氧低,则氮气先从液态空气中蒸发出来,C错误;分离液态空气后剩下的气体主要为氧气,氧气能支持燃烧,D错误。
3.C 给试管中的固体加热时要先预热,然后再对准药品所在部位加热,C错误。
4.C 氧气的密度比空气大,收集氧气时应“长进短出”。
5.A 分解反应是指由一种物质生成两种或两种以上其他物质的反应,符合“一变多”的特征,故A符合题意。
6.(1)过氧化氢水+氧气 (2)0.2 (3)催化剂在反应前后化学性质不变
解析 (2)二氧化锰是过氧化氢制氧气反应的催化剂,反应前后其质量和化学性质不变,故操作⑥得到的称量结果为0.2 g。(3)操作⑦中现象与操作②③中相同,说明催化剂在反应前后化学性质不变。
能力提升全练
7.B 组装仪器时,应把橡皮塞慢慢转动着塞进试管口,切不可把试管放在桌上再使劲塞进橡皮塞,以免压破试管,且手不能放在导管上,A错误;检查气密性时,将导管置于水中,用手紧握试管,若导管口有气泡冒出,说明装置气密性良好,B正确;给试管中的固体加热时,试管口应略向下倾斜,防止加热时冷凝水倒流炸裂试管,C错误;氧气验满时,要将带火星的木条放在集气瓶口,木条复燃,说明已经集满,D错误。
8.B 催化剂也可能减慢化学反应的速率,A错误;催化剂不能改变生成物的质量,C错误;没有二氧化锰做催化剂,过氧化氢也会分解,只是分解速率变慢,D错误。
9.C 质量相等、浓度相同的两份过氧化氢溶液,完全反应后生成氧气的质量相等;过氧化氢开始加热就有氧气放出,故两条曲线都从原点开始,但加入少量二氧化锰的过氧化氢溶液反应速率较快,因此C选项符合题意。
10.(1)烧杯 (2)高锰酸钾锰酸钾+二氧化锰+氧气 ②④⑤或③⑤ (3)棉花 收集气体前集气瓶中未装满水(或没有等气泡连续均匀冒出就开始收集)
解析 (2)氧气不易溶于水,可用排水法收集,需要的仪器:②导管、④水槽、⑤集气瓶;氧气的密度比空气大,可用向上排空气法收集,需要的仪器:③导管和⑤集气瓶。(3)加热高锰酸钾制取氧气时,试管口要放一团棉花,防止加热时高锰酸钾粉末进入导管;若该同学收集的氧气不纯,原因可能是收集气体前集气瓶中未装满水或没有等气泡连续均匀冒出就开始收集。
素养探究全练
11.(1)起对照作用 (2)二氧化锰 (3)有 之前反应生成的氯化钾起催化作用,加快了氯酸钾的分解 (4)高于
解析 (1)设计实验1的目的是与其他实验形成对照,通过对比可知,二氧化锰、氧化铁、氯化钾三种物质均能加快氯酸钾的分解。(2)根据题表中数据,二氧化锰做催化剂时,收集相同体积的氧气所需时间最短,反应速率最快,催化效果最佳。(4)由题图2可知,开始加热后,氧气的浓度随温度升高呈缓慢下降趋势,说明此时没有氧气生成,即氯酸钾没有分解,温度接近400 ℃时,氧气浓度迅速增加,说明氯酸钾开始分解,此时氯酸钾的分解温度高于其熔点。
12.(1)①15 20 ② 探究温度对H2O2溶液分解速率的影响 (2)使每次实验中催化剂与H2O2溶液的接触面积和总质量均相等 (3)其他条件相同时,催化剂的种类对化学反应速率有影响 (4)相同时间收集的O2体积
解析 (1)①实验1探究H2O2溶液浓度、温度对反应速率的影响, 若a与b不相等,可以利用控制变量法,控制浓度与Ⅰ、Ⅱ之间最小浓度相等,即a=15;控制温度与Ⅰ、Ⅱ之间最低温度相等,即b=20。②若a与b相等,利用控制变量法可得,a=b=30,则实验Ⅰ、Ⅲ的H2O2溶液浓度相等,温度不等,设计实验Ⅰ、Ⅲ的目的是探究温度对H2O2溶液分解速率的影响。(2)实验2中使用相同粒数催化剂微球的原因是使每次实验中催化剂与H2O2溶液的接触面积和总质量均相等,控制单一变量。(3)实验2中相同的是H2O2溶液的浓度、温度,不同的是催化剂的种类,故分析可知,其他条件相同时,催化剂的种类对化学反应速率有影响。(4) 实验1是通过测量收集等体积O2所需时间来比较H2O2溶液的反应速率,还可以通过测量相同时间收集的O2体积来比较H2O2溶液的反应速率。
