第二章 我們身邊的物質 第二節 性質活潑的氧氣

第二節 性質活潑的氧氣

學習目標：

知識與技能：

1.認識氧氣的主要物理性質；

2.觀察和描述木炭、鐵絲、蠟燭等在空氣中燃燒的現象，從中歸納出氧氣的化學性質；

3.了解氧氣的主要用途、氧氣與人類關系密切；

4.了解氧氣的工業制法，學習實驗室制備氧氣的原理、裝置和操作

過程與方法：

1.觀察與描述物質與氧氣反應的現象，學會從中歸納出物質的化學性質的方法；

2.能夠根據反應物的性質來選擇制備氣體的實驗裝置與操作方法，根據生成物的性質選擇收集方法；

情感態度與價值觀：

1.了解氧氣在自然界中的循環及重要意義，增強環保意識

2.養成細致的觀察習慣和嚴謹的工作作風

學習重點與難點：

1.氧氣的性質與用途

2.氧氣的獲得和實驗室制取氧氣的方法

教學方法：

1.物理性質主要有學生自行歸納總結；

2.化學性質可以通過演示實驗及回憶已學的實驗來歸納

3.對于實驗室制法，主要通過探究、對比，從而找出不同點加深印象

4.氧氣的用途主要是知識性的介紹

探究內容：

1.燃燒的現象及劇烈程度與什么因素有關？

2.實驗室制取氣體的裝置的選取所考慮的因素有哪些？

學習內容：

一、認識氧氣（Oxygen）的性質

1.物理性質：

（1）色、味、態：通常情況下，是無色無味的氣體；

（2）密度：標準狀況下，密度為1.429g/L，略大于空氣；

P.S.：通常情況下，是指20℃，1.01×10⁵Pa；標準狀況下，是指0℃，1.01×10⁵Pa；

（3）溶解性：氧氣不易溶于水

（4）三態變化：降溫后，氧氣可以變為淡藍色的液體，甚至淡藍色雪花狀固體。

問題：有什么事實可以證明自然界的水中溶有氧氣？

答：水中的生物就是依靠溶解在水中的氧氣生存的。

2.化學性質：

（1）木炭在氧氣中燃燒（黑色固體）

實驗現象：劇烈燃燒，發出白光，放熱，生成一種無色無味氣體，該氣體能使澄清石灰水變渾濁。

文字表達式：碳（C）+ 氧氣（O₂）點燃——→二氧化碳（CO₂）

在空氣中的燃燒情況：木炭紅熱，無煙、無焰，生成無色無味的氣體

（2）鐵絲在氧氣中燃燒（銀白色固體）——介紹鋁箔在氧氣中可以燃燒

實驗現象：劇烈燃燒，火星四射，鐵絲熔成小球，生成一種黑色固體。

文字表達式：鐵（Fe） + 氧氣（O₂）點燃——→四氧化三鐵（Fe₃O₄）

注意事項：集氣瓶底部鋪少量的細沙或加少量的水，防止生成的固體物質濺落瓶底，致使集氣瓶炸裂。

在空氣中加熱情況：持續加熱發紅，離火后變冷。

（3）蠟燭在氧氣中燃燒（白色固體）

實驗現象：比空氣中燃燒劇烈，發出白光，集氣瓶內壁出現水珠，有使澄清石灰水變渾濁的無色無味氣體產生。

文字表達式：石蠟+ 氧氣（O₂）點燃——→二氧化碳（CO₂）+ 水（H₂O）

空氣中燃燒情況：燃燒產生黃色火焰，放熱，稍有黑煙。

（4）鎂帶在氧氣中燃燒（銀白色固體）

實驗現象：劇烈燃燒，發出耀眼的白光，放熱，生成白色粉末狀固體。

文字表達式：鎂（Mg） + 氧氣（O₂）點燃——→ 氧化鎂（MgO）

（5）銅絲在空氣中灼燒（紅色固體）

實驗現象：加熱后，銅絲紅熱，冷卻后，在銅絲表面出現一層黑色物質。

文字表達式：銅（Cu） + 氧氣（O₂）加熱——→ 氧化銅（CuO）

（6）紅磷在氧氣中的燃燒（暗紅色固體）

實驗現象：劇烈燃燒，發出白光，放出熱量，生成大量的白煙

文字表達式：磷（P）+ 氧氣（O₂）點燃——→ 五氧化二磷（P₂O₅）

空氣中燃燒情況：黃白色火焰，放熱，有大量白煙

（7）其他物質與氧氣的反應

某些物質在一些條件下，與氧氣發生緩慢的氧化反應，成為緩慢氧化。

如：動植物新陳代謝，金屬的銹蝕，食物的腐爛等等。

結論：

（1）氧氣是一種化學性質比較活潑的氣體，在一定的條件下，能與許多物質發生反應。在這些反應中，氧氣提供氧，稱為氧化反應。氧氣便是常見的氧化劑；

（2）物質在純氧氣中燃燒程度比空氣中燃燒要劇烈。說明物質燃燒程度，與氧氣的濃度大小成正比；

（3）物質燃燒時有的有火焰，有的會發光，有的會冒煙。一般來說，氣體燃燒會有火焰產生，固體直接燃燒，產生光或者火星。生成物有固體，一般都會產生煙，即固體小顆粒；

（4）物質與氧氣反應不一定是燃燒現象，如緩慢氧化。

二、氧氣的用途

1.供給呼吸：醫療上急救病人，登山、潛水、航空、宇航提供呼吸；

2.支持燃燒：煉鋼、氣焊與氣接、液氧炸彈、火箭助燃劑

介紹：

（1）一般情況下，我們呼吸使用空氣就可以了。正常的人呼吸用純氧氣對人體有害，吸入純氧氣會損害肺的上皮層。吸入100%的揚棄，只需幾天就會發生肺氧氣中毒。一般醫院中的氧氣只是大于40%；

（2）用氦氣代替氮氣與氧氣混合，可得到“人造空氣”。人造空氣用于代替空氣供深海潛水員呼吸。因為用空氣供潛水員呼吸時，在壓強較大的深海里，會有較多的氮氣溶解在潛水員的血液里，當潛水員從深海上升，血液里的氮氣將成為氣泡釋放出來，大量氣泡會阻塞微血管，引起病變。

三、氧氣的獲得

1.自然界氧氣的獲得：主要是來源于綠色植物的光合作用

二氧化碳 + 水  葡萄糖 + 氧氣

2.工業制法（分離液態空氣法）

（2）注意：該過程是物理變化

3.實驗室制法

（1）高錳酸鉀制取氧氣

a. 實驗原理：高錳酸鉀（KMnO₄）加熱——→ 錳酸鉀（K₂MnO₄）+ 二氧化錳（MnO₂）+氧氣（O₂）

b. 注意事項：

  a). 試管口要略微向下傾斜：防止生成的水回流，使試管底部破裂。

  b). 導氣管伸入發生裝置內要稍露出橡皮塞：有利于產生的氣體排出。

  c). 試管口塞一團棉花：防止高錳酸鉀粉末進入導氣管，污染制取的氣體和水槽中的水。

  d). 排氣法收集氣體時，導氣管要伸入接近集氣瓶底部：有利于集氣瓶內空氣排出，使收集的氣體更純。

  e). 實驗結束后，先將導氣管移出水面，然后熄滅酒精燈：防止水槽中的水倒流，炸裂試管。

c. 實驗步驟：

  a). 儀器組裝：先下后上，從左到右的順序。

  b). 氣密性檢查：將導管的一端浸入水槽中，用手緊握試管外壁，若水中的導管口有氣泡冒出，證明裝置不漏氣。松開手后，導管口出現一段水柱。

  c). 裝入藥品：按粉末狀固體取用的方法（藥匙或紙槽）。

  d). 加熱藥品：先使試管均勻受熱，后在反應物部位用酒精燈外焰由前向后加熱。

  e). 收集氣體：若用排水集氣法收集氣體，當氣泡均勻冒出時再收集；或向上集氣法。

  f). 檢驗及驗滿：用帶火星的木條伸入試管中，發現木條復燃，說明是氧氣；

                 用帶火星的木條靠近集氣瓶口部，木條復燃，證明已滿。

  g). 儀器的拆卸：按先右后左，先上后下的順序。

a. 實驗原理：過氧化氫（H₂O₂） ————→  水（H₂O） + 氧氣（O₂）

b. 注意事項：

  a). 分液漏斗可以用長頸漏斗代替，但其下端應該深入液面以下，防止生成的氣體從長頸漏斗中逸出；

  b). 導管只需略微伸入試管塞

  c). 氣密性檢查：用止水夾關閉，打開分液漏斗活塞，向漏斗中加入水，水面不持續下降，就說明氣密性良好。

  d). 裝藥品時，先裝固體后裝液體

  e). 該裝置的優點：可以控制反應的開始與結束，可以隨時添加液體。

總結：若固體（或固體+固體）加熱生成氣體，選用高錳酸鉀制氧氣裝置；

若固體+液體常溫下制取氣體，選用雙氧水制取氧氣裝置。

催化劑：在化學反應中能改變其他物質的反應速率，但本身的化學性質和質量在反應前后沒有發生變化的物質。

補充練習測試題

（1）從液態空氣分離氮氣和氧氣，為什么得到的是氣態氮和液態氧？

（2）用氧炔焰焊接和切割金屬時，發生三種變化：乙炔在氧氣中燃燒；焊接處金屬與金屬焊條熔化、冷卻后凝固在一起；切割處的金屬在高溫下被氧氣氧化除去。這三種變化哪些是物理變化？哪些是化學變化？

（3）從液態空氣、高錳酸鉀、雙氧水三種物質制氧氣時，各物質發生的是物理變化還是化學變化？為什么？

（4）空氣中有氧氣，帶余燼的木條伸入裝有空氣的集氣瓶，木條是否會復燃？為什么？