离不开的氧气
我们每时每刻都在呼吸氧气；医院里给病人输氧，潜水员背着氧气瓶下水；炼钢时要吹入氧气，运载火箭用液氧作助燃剂。氧气有哪些性质，又是怎样制得的？
本课分两部分：
- 氧气的性质：物理性质，物质在氧气中燃烧的现象，氧化反应。
- 实验室制取氧气：三个制氧反应和催化剂，制取装置，检验、验满和操作步骤。
第一部分后面有一组小练习，做完再学第二部分。
第一部分：氧气的性质
物理性质：通常状况下，氧气是无色、无味的气体，密度比空气略大，不易溶于水。在 −183 °C 时变成淡蓝色的液体，在 −218 °C 时变成淡蓝色雪花状的固体。
化学性质：氧气的化学性质比较活泼，能支持燃烧。把带火星的木条伸入氧气中，木条会复燃，这是检验氧气的方法。
点一种物质，切换“在空气中”和“在氧气中”，比较燃烧的现象：
持续红热，无烟无焰。
剧烈燃烧，发出白光，放出热量，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体。
发出微弱的淡蓝色火焰，放出热量，生成有刺激性气味的气体。
集气瓶底预先放少量水，吸收生成的二氧化硫，防止污染空气。
发出明亮的蓝紫色火焰，放出热量，生成有刺激性气味的气体。
集气瓶底预先放少量水，吸收生成的二氧化硫，防止污染空气。
燃烧，产生大量白烟，放出热量。
燃烧更剧烈，发出白光，产生大量白烟，放出热量。
只能烧至红热，不能燃烧。
铁丝下端系一根火柴引燃；集气瓶底预先放少量水或铺一层细沙，防止高温熔融物溅落使瓶底炸裂。
剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成黑色固体。
铁丝下端系一根火柴引燃；集气瓶底预先放少量水或铺一层细沙，防止高温熔融物溅落使瓶底炸裂。
同一种物质在氧气中比在空气中燃烧得更剧烈，因为氧气的浓度大。物质与氧发生的反应叫氧化反应oxidation。燃烧是剧烈的氧化反应；动植物的呼吸、食物的腐烂、铁生锈则是进行得很慢、不易察觉的缓慢氧化slow oxidation。
第一部分小练习
- 发出明亮的蓝紫色火焰
硫在空气中是微弱的淡蓝色火焰，在氧气中是明亮的蓝紫色火焰。
- 剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体
生成的黑色固体是四氧化三铁。
- 发出白光，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体
木炭燃烧生成二氧化碳。
- 产生大量白烟
白烟是五氧化二磷固体小颗粒。
- 生成有刺激性气味的气体
硫燃烧生成二氧化硫，有刺激性气味。
- 集气瓶底预先放少量水或铺一层细沙，防止瓶底炸裂
铁丝燃烧生成的高温熔融物溅落会使瓶底炸裂。
- 在空气中燃烧，发出微弱的淡蓝色火焰
这是硫在空气中燃烧的现象。
第二部分：实验室制取氧气
后两个反应中，二氧化锰是催化剂catalyst：在化学反应里能改变其他物质的化学反应速率，而本身的质量和化学性质在反应前后都没有发生变化的物质。催化剂所起的作用叫做催化作用。
工业上用分离液态空气的方法制取大量氧气：利用液氮和液氧的沸点不同，让液态空气中的氮气先蒸发出来。这是物理变化。
实验室制取气体的装置分两部分：发生装置看反应物的状态和反应条件（要不要加热），收集装置看气体的溶解性和密度。
发生装置：看反应物的状态和反应条件
如加热 KMnO₄ 制 O₂。试管口略向下倾斜，防止冷凝水倒流到热的试管底部，使试管炸裂；试管口放一团棉花，防止 KMnO₄ 粉末进入导管。
如过氧化氢溶液和二氧化锰制 O₂，不需要加热。用分液漏斗加液体，可以控制反应的快慢。
收集方法：看气体的溶解性和密度
适用于不易溶于水、也不和水反应的气体，如 O₂、H₂。集气瓶先装满水，倒立在水槽里；这样收集到的气体比较纯净。
瓶口向上，适用于密度比空气大的气体，如 O₂、CO₂。气体沉在瓶底，把空气从瓶口赶出去。
瓶口向下，适用于密度比空气小的气体，如 H₂。气体聚在上方，把空气从下面的瓶口赶出去。
收集方法：氧气不易溶于水，可以用排水法收集；氧气的密度比空气略大，也可以用向上排空气法收集。
检验与验满：把带火星的木条伸入集气瓶中，木条复燃，证明是氧气；用向上排空气法收集时，把带火星的木条放在瓶口，木条复燃，说明已经收集满了。
用高锰酸钾制取氧气并用排水法收集，步骤可以记作“查、装、定、点、收、离、熄”。试着把下面的步骤排好：
待排的步骤（点一下排进去）
你的顺序（点一下可以退回去）
- 检查装置的气密性装置漏气就收集不到氧气，所以装药品前先检查。
- 装入高锰酸钾，在试管口放一团棉花，用带导管的塞子塞紧棉花防止加热时高锰酸钾粉末进入导管。
- 把试管固定在铁架台上，试管口略向下倾斜试管口略向下倾斜，防止冷凝水倒流到热的试管底部，使试管炸裂。
- 点燃酒精灯，先预热，再对着药品集中加热先预热，防止试管受热不均而炸裂。
- 导管口有连续均匀的气泡冒出时，开始收集氧气刚开始冒出的是试管里的空气，等气泡连续均匀时再收集，氧气才纯净。
- 收集完毕，先把导管移出水面如果先熄灭酒精灯，试管内气压减小，水会沿导管倒流进热的试管，使试管炸裂。
- 最后熄灭酒精灯先移导管、后熄灯，这一步放在最后。
例题 1：先移导管，还是先熄灯？
用高锰酸钾制取氧气、排水法收集完毕后，为什么要先把导管移出水面，再熄灭酒精灯？
- 假设先熄灯。 试管停止受热，里面的气体温度降低，气压减小。
- 会发生什么？ 导管还在水里，外面的大气压会把水槽里的水压进导管，倒流进热的试管。
- 后果。 冷水碰到热的试管，试管会炸裂。
- 结论。 必须先把导管移出水面，再熄灭酒精灯。
例题 2：二氧化锰是不是催化剂？
在过氧化氢溶液中加入少量二氧化锰，迅速产生大量气泡；反应结束后，把二氧化锰过滤、洗净、干燥、称量，质量没有变化；再把它加入新的过氧化氢溶液中，又迅速产生大量气泡。由此能得出什么结论？
- 改变了速率。 加入二氧化锰后，过氧化氢分解明显加快。
- 质量不变。 反应后二氧化锰的质量没有变化。
- 化学性质不变。 它仍能使新的过氧化氢迅速分解。
- 结论。 二氧化锰是这个反应的催化剂。三个条件缺一不可：只证明“加快了反应”还不够。
常见误区
误区 1：“氧气具有可燃性。” 氧气能支持燃烧，本身不能燃烧。带火星的木条在氧气中复燃，燃烧的是木条。
误区 2：“催化剂一定能加快反应，还能增加生成物的质量。” 催化剂是改变反应速率，有的催化剂能减慢反应；它不能改变生成物的质量。
误区 3：“导管口一冒气泡就开始收集。” 开始冒出的是试管里原有的空气，要等气泡连续、均匀地冒出时再收集。
即时小测
检验一瓶气体是不是氧气，正确的方法是？
氧气能支持燃烧，能使带火星的木条复燃。B 中木条熄灭只能说明不支持燃烧；D 是检验二氧化碳的方法。
用高锰酸钾制取氧气时，在试管口放一团棉花的目的是？
加热时，高锰酸钾粉末可能随气流进入导管，堵塞导管或进入水槽，所以试管口要放一团棉花。
小结
- 氧气无色无味，密度比空气略大，不易溶于水；化学性质比较活泼，能支持燃烧；用带火星的木条检验。
- 木炭、硫、红磷、铁丝在氧气中燃烧比在空气中剧烈：硫是蓝紫色火焰，铁丝火星四射、生成黑色固体。
- 实验室制氧气：加热高锰酸钾、过氧化氢在二氧化锰催化下分解、加热氯酸钾和二氧化锰的混合物；二氧化锰是催化剂。
- 高锰酸钾制氧气：查、装、定、点、收、离、熄；用排水法或向上排空气法收集。
通往 AP（以后再看）
物质与氧的反应是最典型的氧化还原反应（U4.9）。U5.11 会解释催化剂为什么能加快反应：它提供了一条活化能更低的反应途径。用排水法收集的气体里混有水蒸气，AP U3.4 的计算中要用道尔顿分压定律减去水的蒸气压，才能得到气体本身的压强。