《初中化学氧气思维导图》

一、氧气的概念与性质

1.1 定义

• 元素：组成地壳最多的元素之一。
  • 单质：氧元素组成的纯净物，化学式 O₂。
  • 化合物：氧化物（如水 H₂O、二氧化碳 CO₂）等。

1.2 物理性质

• 颜色：无色。
  • 气味：无味。
  • 状态：通常情况下为气体。
  • 密度：比空气略大。
  • 溶解性：不易溶于水。
  • 液态和固态：低温下可变为淡蓝色液体和蓝色固体。

1.3 化学性质：具有氧化性

• 1.3.1 支持燃烧
  • 定义：能够帮助可燃物燃烧的性质。
  • 现象：使带火星的木条复燃，火焰更明亮，燃烧更剧烈。
  • 应用：用于医疗急救（氧气瓶）、燃烧燃料等。
    • 1.3.2 与金属反应
  • 与铁反应：
    • 反应条件：点燃或加热。
    • 反应现象：剧烈燃烧，火星四射，生成黑色固体。
    • 化学方程式：3Fe + 2O₂ 点燃/Δ Fe₃O₄
    • 反应类型：化合反应、氧化反应。
  • 与镁反应：
    • 反应条件：点燃。
    • 反应现象：剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体。
    • 化学方程式：2Mg + O₂ 点燃 2MgO
    • 反应类型：化合反应、氧化反应。
  • 与铜反应：
    • 反应条件：加热。
    • 反应现象：红色固体变黑。
    • 化学方程式：2Cu + O₂ Δ 2CuO
    • 反应类型：化合反应、氧化反应。
      • 1.3.3 与非金属反应
  • 与碳反应：
    • 反应条件：点燃。
    • 反应现象：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。
    • 化学方程式：C + O₂ 点燃 CO₂
    • 反应类型：化合反应、氧化反应。
  • 与硫反应：
    • 反应条件：点燃。
    • 反应现象：发出明亮的蓝紫色火焰，生成有刺激性气味的气体。
    • 化学方程式：S + O₂ 点燃 SO₂
    • 反应类型：化合反应、氧化反应。
  • 与磷反应：
    • 反应条件：点燃。
    • 反应现象：剧烈燃烧，产生大量的白烟，放出大量的热。
    • 化学方程式：4P + 5O₂ 点燃 2P₂O₅
    • 反应类型：化合反应、氧化反应。
      • 1.3.4 与化合物反应
  • 与甲烷反应：
    • 反应条件：点燃。
    • 反应现象：发出明亮的蓝色火焰，放出热量，生成二氧化碳和水。
    • 化学方程式：CH₄ + 2O₂ 点燃 CO₂ + 2H₂O
    • 反应类型：氧化反应。
  • 与酒精反应：
    • 反应条件：点燃。
    • 反应现象：发出明亮的蓝色火焰，放出热量，生成二氧化碳和水。
    • 化学方程式：C₂H₅OH + 3O₂ 点燃 2CO₂ + 3H₂O
    • 反应类型：氧化反应。

1.4 氧化反应与缓慢氧化

• 氧化反应：与氧发生的化学反应。
  • 缓慢氧化：进行得很慢的氧化反应，如铁生锈、食物腐败、呼吸作用。
    • 铁生锈：铁与氧气、水共同作用的结果。
    • 防锈措施：保持铁制品表面干燥、涂油漆、镀金属等。

二、氧气的制取

2.1 实验室制法

• 2.1.1 加热高锰酸钾制氧气
  • 反应原理：2KMnO₄ Δ K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
  • 实验装置：固体加热型。
  • 实验步骤：
    • 检查装置气密性。
    • 装入药品，棉花的作用：防止高锰酸钾粉末进入导管。
    • 加热。
    • 用排水法或向上排空气法收集氧气。
    • 实验结束，先将导管从水槽中移出，再停止加热，防止水倒流，炸裂试管。
  • 催化剂：MnO₂，但MnO₂并非催化剂，是生成物。
    • 2.1.2 加热氯酸钾和二氧化锰混合物制氧气
  • 反应原理：2KClO₃ MnO₂/Δ 2KCl + 3O₂↑
  • 实验装置：固体加热型。
  • 催化剂：二氧化锰（MnO₂）。
  • 与高锰酸钾制氧气比较：反应速率快，生成的氧气量大。
    • 2.1.3 过氧化氢（双氧水）在二氧化锰催化下制氧气
  • 反应原理：2H₂O₂ MnO₂ 2H₂O + O₂↑
  • 实验装置：固液常温型。
  • 催化剂：二氧化锰（MnO₂）。
  • 优点：操作简单、安全、无需加热、生成物无污染。

2.2 工业制法

• 分离液态空气：利用氧气和氮气的沸点不同，在低温下将空气液化，然后蒸发，先蒸发出来的是氮气，剩下的主要是氧气。

2.3 收集方法

• 2.3.1 向上排空气法
  • 原理：氧气密度比空气略大。
  • 验满方法：将带火星的木条放在集气瓶口，若木条复燃，则证明已满。
    • 2.3.2 排水法
  • 原理：氧气不易溶于水。
  • 优点：收集到的氧气较纯净。
  • 验满方法：当集气瓶口有大量气泡冒出时，则证明已满。

三、氧气的用途

3.1 支持燃烧

• 燃料燃烧：如煤、石油、天然气等燃烧。
  • 工业生产：如炼钢、焊接等。

3.2 供给呼吸

• 医疗急救：用于治疗呼吸系统疾病、高原反应等。
  • 水产养殖：增加水中的溶氧量。
  • 潜水：潜水员使用氧气瓶。

3.3 其他用途

• 化工生产：用于制造炸药、染料等。
  • 宇航事业：火箭推进剂。

四、注意事项

4.1 安全意识

• 氧气是助燃剂，使用时应远离易燃物。
  • 制取氧气时，注意实验安全，防止爆炸。

4.2 气体检验

• 氧气的检验：将带火星的木条伸入集气瓶中，若木条复燃，则证明是氧气。

4.3 催化剂的作用

• 催化剂：能改变化学反应速率，而自身在反应前后质量和化学性质都不变的物质。
  • 催化作用：催化剂所起的作用。

五、练习与应用

5.1 习题练习

• 完成相关的化学方程式的书写。
  • 分析不同的制氧气方法的优缺点。
  • 设计实验方案，检验收集到的气体是否为氧气。

5.2 实际应用

• 了解氧气在生活、生产中的重要作用。
  • 关注环境污染，保护大气中的氧气含量。

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