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  4. 氧气的制取和收集质量守恒定律

下列图示中,A图是一种“化学氧自救器”,主要用于煤矿进下应急和机体缺氧病人的自救,它利用人呼出的二氧化碳与自救药罐中的生氧剂(超氧化钾KO2)接触产生的氧气,该反应的化学

一、题文

下列图示中,A图是一种“化学氧自救器”,主要用于煤矿进下应急和机体缺氧病人的自救,它利用人呼出的二氧化碳与自救药罐中的生氧剂(超氧化钾KO2)接触产生的氧气,该反应的化学方程式为:4KO2+2CO2==2X+3CO2
(1) 上述化学方程式中,X的化学式为______。
(2) 若要在实验室用高锰酸钾制取并收集一瓶氧气,你应选择图中的_____(填字母序号)作为发生装置,其相应的化学方程式为:_________,收集装置应选____(填字母序号)。如采用双氧水和二氧化锰在实验室制取氧气,在选择发生装置时,小桐认为应选C,小晨认为应选D,你认为谁的选择更好?理由是_____,该反应的尔化学方程式为___________。

考点提示:氧气的制取和收集,质量守恒定律

二、答案

(1)K2CO3
(2)B;2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2↑;E或G;小晨,控制反应速率(或节约药品,能够使反应随时发生,随时停止。答对一条即可);2H2O22H2O+O2

三、考点梳理

知名教师分析,《下列图示中,A图是一种“化学氧自救器”,主要用于煤矿进下应急和机体缺氧病人的自救,它利用人呼出的二氧化碳与自救药罐中的生氧剂(超氧化钾KO2)接触产生的氧气,该反应的化学》这道题主要考你对 氧气的制取和收集质量守恒定律 等知识点的理解。

关于这些知识点的“解析掌握知识”如下:

知识点名称:氧气的制取和收集,质量守恒定律

考点名称:氧气的制取和收集
  • 氧气的制取是初中化学的重点,也是历年中考的热点。我们不仅要学好氧气制取的知识,而且要触类旁通,逐步掌握实验室制取气体的一般思路和方法。中考对制取氧气的考查主要集中在药品选用、实验装置、操作步骤等方面。
  • 实验室制取收集氧气:

    过氧化氢制氧气高锰酸钾制氧气
    药品和反应原理2H2O22H2O+O22KMnO4K2MnO4 + MnO2 + O2
    发生装置固液常温型
    固体加热型
    收集装置氧气可用排水法收集,也可用向上排空气法收集
    整体装置图
    操作步骤①检查装置气密性
    ②再锥形瓶中装入二氧化锰
    ③塞好带有长颈漏斗和导管的橡皮塞(长颈漏斗的下端一定在液面以下,否则氧气会从长颈漏斗中跑出来)
    ④向长颈漏斗中加入过氧化氢溶液
    ⑤收集氧气
    ①检查装置气密性
    ②将药品平铺在试管底部,用带导管的单孔橡皮塞塞紧试管口(用高锰酸钾制取氧气,还要在管口放一小团棉花)
    ③将试管固定在铁架台上
    ④点燃酒精灯,预热后加热试管
    ⑤当导管口有连续均匀的气泡冒出时开始收集气体
    ⑥收集完毕,先将导管移出水面
    ⑦熄灭酒精灯。加热高锰酸钾(或氯酸钾和二氧化锰的混合物)制氧气,用排水法收集,其操作步骤可概括为:“查”“装”“定”“点”“收”“离”“熄”7个字。可用谐音记忆为“茶庄定点收利息”。
    注意事项①伸入试管或锥形瓶中的导管应刚刚露出橡皮塞即可,否则不利于气体的导出。
    ②用排水法收集氧气时,导管应刚伸人集气瓶口即可,过长不利于水的排出,气体不易收集满。
    ③用向上排空气法收集氧气时,导管要伸入集气瓶的底部,否则不利于空气的排出,收集的气体不纯。
    ④用长颈漏斗时,长颈漏斗末端应在液面以下,否则氧气会从长颈漏斗中逸出。
    ①药品要平铺在试管底部,均匀受热。
    ②试管口要略向下倾斜,防止药品中湿存的水分受热后变成水蒸气,遇冷凝结成水倒流回试管底部,使试管炸裂。
    ③铁架台的铁夹要夹在试管的中上部(或距离试管口1/3处)。
    ④试管内的导管稍伸出橡皮塞即可,这样便于气体导出。
    ⑤集气瓶充满水后倒放入水槽中(瓶口要在水面下)。
    ⑥加热时要先使试管均匀受热,然后酒精灯外焰要对准药品所在部位加热。
    ⑦用排水法收集气体时,应注意当气泡连续均匀冒出时再收集,否则收集的气体中混有空气,当集气瓶口有大盆气泡冒出时,证明已集满。
    ⑧停止加热时,应先把导管从水里撤出,再撤掉酒精灯。如果先熄灭酒精灯,试管内气体温度降低,压强减小,水槽中的水就会被倒吸入热的试管内,使试管炸裂。
    ⑨用高锰酸钾制氧气时,试管口要放一小团棉花,防止加热时高锰酸钾小颗粒进人导管。
    ⑩盛氧气的集气瓶应盖上玻璃片正放,因为在相同状况下氧气的密度大于空气的密度,正放可减少气体的逸散。
考点名称:质量守恒定律
  • 质量守恒定律的概念及对概念的理解:
    (1)概念:参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成的各物质的质量总和。这个规律就叫做质量守恒定律。

    (2)对概念的理解:
    ①质量守恒定律只适用于化学反应,不能用于物理变化例如,将2g水加热变成2g水蒸气,这一变化前后质量虽然相等,但这是物理变化,不能说它遵守质量守恒定律。
    ②质量守恒定律指的是“质量守恒”,不包括其他方面的守恒,如对反应物和生成物均是气体的反应来说,反应前后的总质量守恒,但是其体积却不一定守恒。
    ③质量守恒定律中的第一个“质量”二字,是指“参加”化学反应的反应物的质量,不是所有反应物质量的任意简单相加。
    例如,2g氢气与8g氧气在点燃的条件下,并非生成10g水,而是1g氢气与8g氧气参加反应,生成9g水
    ④很多化学反应中有气体或沉淀生成,因此“生成的各物质质量总和”包括了固态、液态和气态三种状态的物质,不能把生成的特别是逸散到空气中的气态物质计算在“总质量”之外而误认为化学反应不遵循质量守恒定律
  • 质量守恒定律的微观实质:
    (1)化学反应的实质在化学反应过程中,参加反应的各物质(反应物) 的原子,重新组合而生成其他物质(生成物)的过程。由分子构成的物质在化学反应中的变化过程可表示为:


    (2)质量守恒的原因在化学反应中,反应前后原子的种类没有改变,数目没有增减,原子本身的质量也没有改变,所以,反应前后的质量总和必然相等。例如,水通电分解生成氢气和氧气,从微观角度看:当水分子分解时,生成氢原子和氧原子,每两个氢原子结合成一个氢分子,每两个氧原子结合成一个氧分子。

     
  • 质量守恒定律的延伸和拓展理解:

    质量守恒定律要抓住“六个不变”,“两个一定变”“两个可能变”。
    六个不变宏观反应前后的总质量不变
    元素的种类不变
    元素的质量不变
    微观原子的种类不变
    原子的数目不变
    原子的质量不变
    两个一定变物质的种类一定变
    构成物质的分子种类一定变
    两个可能变分子的总数可能变
    元素的化合价可能变

    如从水电解的微观示意图能得出的信息:
    ①在化学反应中,分子可以分成原子,原子又重新组合成新的分子;
    ②一个水分子是由两个氢原子和一个氧原子构成的,或一个氧分子由两个氧原子构成、一个氧分子由两个氢原子构成。或氢气、氧气是单质,水是化合物
    ③原子是化学变化中的最小粒子。
    ④水是由氢、氧两种元素组成的。
    ⑤在化学反应,氧元素的种类不变。
    ⑥在化学反应中,原子的种类、数目不变。
    ⑦参加反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。
  • 质量守恒定律的发现:
    1. 早在300多年前,化学家们就对化学反应进行定量研究。1673年,英国化学家波义耳(RobertBoyle, 1627-1691)在一个敞口的容器中加热金属,结果发现反应后容器中物质的质量增加了。

    2. 1756年,俄国化学家罗蒙诺索夫把锡放在密闭的容器里锻烧,锡发生变化,生成白色的氧化锡,但容器和容器里物质的总质量,在锻烧前后并没有发生变化。经过反复实验,都得到同样的结果,于是他认为在化学变化中物质的质量是守恒的。

    3. 1774年,法国化学家拉瓦锡用精确的定量实验法,在密封容器中研究氧化汞的分解与合成中各物质质量之间的关系,得到的结论是:参加化学反应的各物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。

    4. 后来.人们用先进的测址仪器做了大量精度极高的实验,确认拉瓦易的结论是正确的。从此,质量守恒定律被人们所认识。

    质量守恒定律的应用:
    (1)解释问题
    ①解释化学反应的本质—生成新物质,不能产生新元素(揭示伪科学的谎言问题)。
    ②解释化学反应前后物质的质量变化及用质量差确定某反应物或生成物。

    (2)确定反应物或生成物的质量
    确定反应物或生成物的质量时首先要遵循参加反应的各种物质的质量总量等于生成的各种物质的质量总和;其次各种物质的质量比等于相对分子质量与化学计量数的乘积之比。

    (3)确定物质的元素组成
    理解在化学反应前后,元素的种类不发生改变。可通过计算确定具体的元素质量。

    (4)确定反应物或生成物的化学式
    比较反应前后各种原子个数的多少,找出原子个数的差异。但不能忘记化学式前的化学计量数。

    (5)确定某物质的相对分子质量(或相对原子质量)
    运用质量守恒定律确定某物质的相对分子质量 (或相对原子质量)时,首先寻找两种已知质量的物质,再根据化学方程式中各物质间的质量成正比即可计算得出。注意观察物质化学式前面的化学计量数。

    (6)确定化学反应的类型
    判定反应的类型,首先根据质量守恒定律判断反应物、生成物的种类和质量(从数值上看,反应物质量减少,生成物质最增加)。如果是微观示意图,要对比观察减少的粒子和增加的粒子的种类和数目再进行判断。

    (7)判断化学方程式是否正确
    根据质量守恒定律判断化学方程式的对与否关键是看等号两边的原子总数是否相等,同时注意化学式书写是否有误。

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