化學(xué)制取氧氣教學(xué)課件第一章：氧氣的重要性與基本性質(zhì)空氣組成氧氣占空氣約21%，是地球大氣層中第二豐富的氣體元素，僅次于氮?dú)饣咎匦詿o(wú)色無(wú)味無(wú)臭，化學(xué)符號(hào)O?，分子量32，存在于大氣中支持生命活動(dòng)廣泛應(yīng)用在醫(yī)療、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著重要應(yīng)用，是生命和工業(yè)生產(chǎn)的必要元素氧氣的物理與化學(xué)性質(zhì)支持燃燒但自身不燃燒物理性質(zhì)沸點(diǎn)：-183°C，凝固點(diǎn)：-218.4°C密度比空氣略大（1.43倍），1.429g/L微溶于水，水中溶解度約為30mg/L化學(xué)性質(zhì)氧化性強(qiáng)，能與多種元素直接化合形成多種類(lèi)型的氧化物，如堿性、酸性氧化物常溫下較穩(wěn)定，高溫或催化條件下活性增強(qiáng)氧氣——生命之源第二章：化學(xué)制取氧氣的原理過(guò)氧化氫分解2H?O?→2H?O+O?↑在常溫下可緩慢分解，加入二氧化錳催化劑加速反應(yīng)高錳酸鉀加熱分解2KMnO?→K?MnO?+MnO?+O?↑紫色晶體加熱變?yōu)楹谏瑫r(shí)釋放氧氣氯酸鉀加熱分解2KClO?→2KCl+3O?↑加入二氧化錳催化劑可降低分解溫度過(guò)氧化氫分解制氧氣反應(yīng)條件與特點(diǎn)反應(yīng)溫和，常溫下即可進(jìn)行需加入催化劑（二氧化錳）加速反應(yīng)產(chǎn)生的氣體含水蒸氣，需干燥處理反應(yīng)迅速，適合課堂演示安全性較高，操作簡(jiǎn)便氯酸鉀加熱制氧氣反應(yīng)特點(diǎn)2KClO?→(MnO?)2KCl+3O?↑產(chǎn)氧量大，是常用的實(shí)驗(yàn)室制氧方法反應(yīng)放熱，需控制加熱速度純氯酸鉀分解溫度高達(dá)400℃催化劑作用二氧化錳（MnO?）作為催化劑可降低氯酸鉀的分解溫度至200℃左右催化劑在反應(yīng)前后化學(xué)性質(zhì)不變，但能顯著加快反應(yīng)速率安全注意事項(xiàng)避免氯酸鉀與有機(jī)物混合，防止爆炸加熱要均勻，避免局部過(guò)熱反應(yīng)裝置需確保氣密性良好實(shí)驗(yàn)裝置示意圖主要組件硬質(zhì)試管：放置反應(yīng)物單孔橡皮塞：確保氣密性導(dǎo)氣管：引導(dǎo)氣體流動(dòng)集氣瓶：收集產(chǎn)生的氧氣裝置功能確保反應(yīng)在封閉環(huán)境中進(jìn)行有效收集產(chǎn)生的氣體防止空氣污染反應(yīng)產(chǎn)物第三章：常見(jiàn)制氧氣實(shí)驗(yàn)裝置介紹集氣瓶與水槽法利用氣體不溶于水的性質(zhì)，通過(guò)排水法收集氣體優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)便直觀，能清晰觀察氣體產(chǎn)生過(guò)程缺點(diǎn)：收集的氣體可能含有水蒸氣連接系統(tǒng)玻璃導(dǎo)管連接反應(yīng)瓶與集氣瓶橡皮管具有一定彈性，便于裝置組裝氣密性要求高，防止氣體泄漏加熱系統(tǒng)酒精燈：適合小型實(shí)驗(yàn)，加熱均勻電熱板：溫度可控，安全性較高加熱時(shí)需使用鐵架臺(tái)固定裝置實(shí)驗(yàn)步驟概覽01準(zhǔn)備反應(yīng)物將氯酸鉀與二氧化錳按4:1質(zhì)量比混合均勻，放入干燥的硬質(zhì)試管中02組裝裝置連接試管、導(dǎo)氣管和集氣瓶，確保各連接處密封良好，無(wú)氣體泄漏03加熱反應(yīng)用酒精燈小火均勻加熱試管，觀察固體變化和氣泡產(chǎn)生情況04收集氣體通過(guò)排水法收集氧氣，注意集氣瓶口應(yīng)始終位于水下，防止空氣進(jìn)入05驗(yàn)證氣體用帶火星的木條進(jìn)行助燃試驗(yàn)，確認(rèn)收集的氣體為氧氣第四章：氧氣的檢測(cè)方法助燃實(shí)驗(yàn)原理氧氣是一種強(qiáng)氧化性氣體，能夠支持可燃物的燃燒。當(dāng)帶有火星的木條插入含有氧氣的容器中時(shí)，由于氧氣濃度高于空氣中的濃度，火星會(huì)重新燃燒起來(lái)，甚至燃燒更加旺盛。檢測(cè)步驟準(zhǔn)備一根木條，點(diǎn)燃后吹滅，保留火星迅速將帶火星的木條插入待測(cè)氣體中觀察火星是否復(fù)燃或燃燒更旺助燃實(shí)驗(yàn)示意準(zhǔn)備帶火星的木條將細(xì)木條點(diǎn)燃后吹滅，確保木條頂端有明顯的紅色火星插入集氣瓶迅速將帶火星的木條插入盛有待測(cè)氣體的集氣瓶中觀察現(xiàn)象如果是氧氣，火星會(huì)立即復(fù)燃并產(chǎn)生明亮的火焰燃燒越旺盛，說(shuō)明氧氣濃度越高氧氣助燃，火星復(fù)燃第五章：實(shí)驗(yàn)安全注意事項(xiàng)加熱安全避免試管口對(duì)著人使用試管夾固定試管均勻加熱，避免局部過(guò)熱反應(yīng)結(jié)束后，先移去導(dǎo)管再停止加熱化學(xué)品安全氯酸鉀是強(qiáng)氧化劑，避免與有機(jī)物混合二氧化錳粉塵不可吸入過(guò)氧化氫溶液具有腐蝕性，防止皮膚接觸操作環(huán)境保持實(shí)驗(yàn)室通風(fēng)良好穿戴適當(dāng)防護(hù)裝備（護(hù)目鏡、實(shí)驗(yàn)服、手套）實(shí)驗(yàn)臺(tái)面保持整潔，遠(yuǎn)離易燃物第六章：氧氣的工業(yè)制取方法簡(jiǎn)介主要工業(yè)制氧技術(shù)空氣液化分離法：利用空氣中各組分沸點(diǎn)差異，通過(guò)低溫精餾分離壓力擺動(dòng)吸附法（PSA）：利用吸附劑對(duì)氮?dú)獾倪x擇性吸附，分離氧氣膜分離法：利用特殊膜材料對(duì)氣體分子的選擇性透過(guò)性能分離氧氣工業(yè)制氧技術(shù)選擇取決于氧氣純度需求、產(chǎn)量規(guī)模和經(jīng)濟(jì)性考量。大規(guī)模生產(chǎn)通常采用空氣液化分離法，中小規(guī)模則多采用PSA技術(shù)。空氣液化分離法空氣凈化處理除去空氣中的水分、二氧化碳和其他雜質(zhì)，防止在低溫下結(jié)冰堵塞設(shè)備壓縮與冷卻將空氣壓縮至約200個(gè)大氣壓，然后通過(guò)熱交換器降溫至約-200°C液化與精餾空氣液化后進(jìn)入精餾塔，利用各組分沸點(diǎn)差異（氧氣-183°C，氮?dú)?196°C）分離氧氣壓力擺動(dòng)吸附法（PSA）PSA工作原理壓力擺動(dòng)吸附法基于沸石分子篩在高壓下選擇性吸附氮?dú)舛屟鯕馔ㄟ^(guò)的原理。工作過(guò)程包括：吸附階段：壓縮空氣通過(guò)分子篩床層，氮?dú)獗晃?，氧氣富集脫附階段：降低壓力，吸附的氮?dú)忉尫挪⑴懦鲈偕A段：吸附床再生后進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)通常使用兩個(gè)或多個(gè)吸附床交替工作，實(shí)現(xiàn)連續(xù)供氧。PSA技術(shù)特點(diǎn)氧氣純度可達(dá)90-95%能耗低，啟動(dòng)快維護(hù)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠適用于中小規(guī)模需求PSA制氧機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖第七章：化學(xué)制氧氣實(shí)驗(yàn)案例分析案例1：過(guò)氧化氫分解制氧氣利用3%過(guò)氧化氫溶液和二氧化錳催化劑反應(yīng)溫和，適合初學(xué)者和安全演示2H?O?→2H?O+O?↑案例2：氯酸鉀加熱制氧氣使用氯酸鉀和二氧化錳混合物加熱產(chǎn)氧量大，需嚴(yán)格控制加熱條件2KClO?→2KCl+3O?↑案例3：高錳酸鉀分解制氧氣利用高錳酸鉀晶體直接加熱分解紫色晶體變?yōu)楹谏瑫r(shí)釋放氧氣2KMnO?→K?MnO?+MnO?+O?↑案例1詳細(xì)步驟：過(guò)氧化氫分解制氧氣材料準(zhǔn)備3%過(guò)氧化氫溶液（雙氧水）50mL二氧化錳粉末少量（約0.5g）錐形瓶、導(dǎo)氣管、集氣瓶木條、火柴（用于檢驗(yàn)氧氣）實(shí)驗(yàn)步驟將過(guò)氧化氫溶液倒入錐形瓶中組裝好排水集氣裝置向錐形瓶中加入少量二氧化錳粉末觀察反應(yīng)現(xiàn)象并收集氣體用帶火星的木條檢驗(yàn)氧氣反應(yīng)現(xiàn)象加入二氧化錳后，溶液中立即產(chǎn)生大量細(xì)小氣泡，液體表面可能出現(xiàn)泡沫反應(yīng)持續(xù)數(shù)分鐘，隨著過(guò)氧化氫消耗，氣泡產(chǎn)生逐漸減少導(dǎo)氣管口有氣泡產(chǎn)生，逐漸充滿集氣瓶帶火星的木條插入集氣瓶后迅速?gòu)?fù)燃案例2詳細(xì)步驟：氯酸鉀加熱制氧氣01材料準(zhǔn)備氯酸鉀（KClO?）約4g，二氧化錳（MnO?）約1g，混合均勻準(zhǔn)備硬質(zhì)試管、單孔橡皮塞、導(dǎo)氣管、集氣瓶和鐵架臺(tái)02裝置組裝將混合物放入干燥的硬質(zhì)試管中，約占試管容積的1/5安裝橡皮塞和導(dǎo)氣管，確保氣密性良好將導(dǎo)氣管另一端插入水槽中的集氣瓶?jī)?nèi)03加熱控制先整體預(yù)熱試管，然后集中加熱底部的混合物觀察到白色固體熔化并開(kāi)始冒泡，有氣泡從導(dǎo)管排出控制火焰大小，保持穩(wěn)定產(chǎn)氣速率04氣體收集開(kāi)始時(shí)排出的氣體可能含有空氣，不收集穩(wěn)定產(chǎn)氣后開(kāi)始收集，通?？墒占?-4瓶氧氣集氣瓶充滿后用玻璃片蓋住瓶口，倒置取出案例3簡(jiǎn)述：高錳酸鉀分解制氧氣高錳酸鉀加熱分解前后的顏色變化實(shí)驗(yàn)原理與特點(diǎn)高錳酸鉀（KMnO?）是深紫色晶體，加熱到約240°C時(shí)分解產(chǎn)生氧氣：2KMnO?→K?MnO?+MnO?+O?↑操作要點(diǎn)使用干燥的高錳酸鉀晶體，約2-3g緩慢加熱，觀察晶體顏色變化紫色晶體逐漸變?yōu)榘稻G色（K?MnO?）和黑色（MnO?）產(chǎn)氧速率較慢，適合演示氧氣生成過(guò)程第八章：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與分析氧氣產(chǎn)量測(cè)定方法排水法：測(cè)量排出水的體積等于氣體體積氣體流量計(jì)：直接測(cè)量氣體流量氣體收集袋：收集后測(cè)量體積數(shù)據(jù)記錄要點(diǎn)反應(yīng)物用量精確記錄定時(shí)記錄產(chǎn)氣體積記錄環(huán)境溫度和氣壓標(biāo)準(zhǔn)狀況下?lián)Q算氣體體積誤差分析與改進(jìn)氣體溶解在水中造成的損失氣體泄漏導(dǎo)致的體積誤差溫度變化引起的體積變化改進(jìn)：使用飽和鹽水減少溶解實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示例表格時(shí)間（min）氧氣體積（mL）產(chǎn)氣速率（mL/min）0005501010959151409201757251954302052時(shí)間（min）氧氣體積（mL）產(chǎn)氣速率（mL/min）第九章：氧氣制取的教學(xué)拓展光合作用制氧實(shí)驗(yàn)利用水生植物在光照下釋放氧氣連接生物學(xué)與化學(xué)知識(shí)氧氣與生命探討氧氣在呼吸作用中的角色生物體內(nèi)能量轉(zhuǎn)換與氧氣關(guān)系小組合作實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)比不同制氧方法的效率培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作與科學(xué)探究能力工業(yè)應(yīng)用探索參觀制氧工廠或醫(yī)用氧氣站了解氧氣在工業(yè)中的應(yīng)用光合作用制氧實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)原理綠色植物在光照條件下進(jìn)行光合作用，將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為葡萄糖和氧氣：6CO?+6H?O→(光能)C?H??O?+6O?↑實(shí)驗(yàn)材料水生植物（如輪藻、金魚(yú)藻）碳酸氫鈉溶液（提供CO?源）大試管或玻璃燒杯漏斗、集氣裝置強(qiáng)光源（如臺(tái)燈）觀察現(xiàn)象光照條件下，水生植物葉片表面產(chǎn)生小氣泡氣泡上升并在倒置的試管中集聚收集的氣體可用帶火星的木條檢驗(yàn)對(duì)比光照強(qiáng)度與產(chǎn)氣速率的關(guān)系綠色植物制造氧氣第十章：總結(jié)與復(fù)習(xí)氧氣的性質(zhì)無(wú)色無(wú)味無(wú)臭的氣體密度略大于空氣（1.43倍）支持燃燒但自身不燃燒微溶于水，在自然界廣泛存在化學(xué)制氧方法過(guò)氧化氫分解：2H?O?→2H?O+O?↑氯酸鉀加熱：2KClO?→2KCl+3O?↑高錳酸鉀加熱：2KMnO?→K?MnO?+MnO?+O?↑工業(yè)制氧技術(shù)空氣液化分離法壓力擺動(dòng)吸附法（PSA）膜分離法安全與實(shí)驗(yàn)技能正確組裝實(shí)驗(yàn)裝置安全控制加熱條件準(zhǔn)確進(jìn)行氣體檢驗(yàn)科學(xué)記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)課堂互動(dòng)與思考題1氧氣的本質(zhì)為什么氧氣能夠支持燃燒但自身不燃燒？從分子結(jié)構(gòu)和化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)角度分析。2催化劑作用過(guò)氧化氫分解制氧氣的催化劑（二氧化錳）作用機(jī)制是什么？為什么加入催化劑后反