氧气物理性质

　　无色无味气体，熔点-218.8℃，沸点-183.1℃，对相对密度1.14（-183℃，水=1），相对蒸气密度1.43（空气=1），饱和蒸气压506.62kPa（-164℃），临界温度-118.95℃，临界压力5.08MPa。辛醇/水分配系数是0.65。大气中体积分数是20.95%（约21%）。同素异形体有臭氧（O3），四聚氧（O4），红氧（O8）。

　　氧气化学性质

　　氧气是一种化学性质比较活泼的气体，它可以与金属、非金属、化合物等多种特物质发生氧化反应。（1）氧气与非金属反应。例如木炭在氧气里剧烈燃烧，发出白光，生成无色、无气味能使澄清石灰水变浑浊的气体。（2）氧气与金属反应。例如镁在空气中或在氧气中剧烈燃烧，发出耀眼白光，生成白色粉末状物质。（3）氧气与化合物反应。例如一氧化碳在氧气中燃烧产生蓝色火焰，产生使澄清石灰水变浑浊的气体。
　　氧气与几种常见物质反应的比较表

注意：1．木炭燃烧时：实验时应注意：点燃的木炭要从瓶口向下缓慢伸入氧气中，原因是防止燃烧产生的热量和二氧化碳气体使瓶中的氧气跑掉，导致实验失败（若迅速伸入瓶底，木炭燃烧很旺但很快熄灭）。2．硫燃烧时：此实验中，氧气瓶底要放少量的水，目的是吸收有毒二氧化硫，防止污染空气。3．铁丝在氧气中燃烧：（1）铁只能在氧气中燃烧，不能在空气中燃烧，因空气中氧气浓度小，不足以支持铁的燃烧。（2）此实验中，氧气瓶底要放少量水或一层细沙，目的是防止熔化物炸裂瓶底。（3）细铁丝要绕成螺旋状，目的是增大铁丝受热面积。（4）铁丝下端要系上一根火柴，目的是引燃铁丝，但应注意要等到火柴快燃尽时再把铁丝伸入氧气瓶中，原因是防止火柴燃烧消耗掉大量氧气，使铁丝无法燃烧。（5）若实验中没有看到火星四射现象，可能的原因有铁锈没除去、氧气浓度不够、火柴没有燃尽就伸入氧气中了。4．镁粉在军事上制作照明弹或信号弹，原因是燃烧时发出耀眼白光。镁化学性质比铁活泼，能在氧气浓度较低的空气中燃烧。

　　氧气三种集气方法

a.排水集气法：适合难溶于水或不溶于水且不与水发生化学反应的气体。此法收集的气体较为纯净;当有气泡从集气瓶口边缘冒出时，表明已收集满。
b.向上排空气集气法：适合相同状态下，密度比空气大且不与空气中任何成分反应的气体。操作时应注意将导管口伸到接近集气瓶瓶底处，便于将集气瓶内的空气排尽。同时，应在集气瓶的瓶口处盖上玻璃片，以便稳定气流。此法收集的气体较为干燥，但纯度较差，需要验满。
c.向下排空气集气法：适用于相同状况下，密度比空气小且不与空气中的成分反应的气体。操作时应注意将导管口伸到接近集气瓶瓶底处，便于将集气瓶内的空气排尽。同时，应在集气瓶的瓶口处盖上玻璃片，以便稳定气流。此法收集的气体较为干燥，但纯度较差，需要验满。

　　氧气用途

氧气在生产生活中用途广泛。利用物质在空气中或氧气中燃烧产生大量的热，制做焊枪和割枪，进行金属的气焊和气割。在炼铁炼钢的生产中通入空气（利用氧气），提高炉温，加速冶炼过程，提高冶炼质量。制做液氧炸药和火箭中的液态氧助燃剂等。利用氧气可供给呼吸的性质，医疗时急救病人、高空、潜水、登山等缺氧环境中供给所需的氧气。
　　特别提醒
1．燃烧实验中集气瓶内水的作用（1）硫燃烧实验：硫在氧气中燃烧生成二氧化硫，二氧化硫具有刺激性，是有害气体之一，集气瓶中少量水的作用是吸收二氧化硫气体，防止生成的二氧化硫对空气造成污染，此时不能用细沙代替水。（2）铁丝燃烧实验：铁丝在氧气中剧烈燃烧，放出大量的热，生成高温熔融物，如果直接溅落到瓶底，会使瓶底炸裂，因此集气瓶中水的作用是防止高温熔融物炸裂集气瓶底，此时可以用细沙代替水。（3）红磷燃烧实验：红磷燃烧产生大量白烟，该白烟是固体小颗粒五氧化二磷的集合体，该物质有毒、有刺激性气味，集气瓶中少量水的作用是吸收生成的五氧化二磷，同时可降低瓶内温度，此时不能用细沙代替水。
2．如何正确描述物质燃烧的现象?描述物质燃烧的实验现象时要注意以下几方面的问题：（1）“烟”与“雾”的区别“烟”：是固体小颗粒在空气中扩散形成的；“雾”：是液体的小液滴在空气中扩散形成的。如红磷燃烧产生的是白烟，即五氧化二磷的固体小颗粒；而打开盛浓盐酸的试剂瓶看到的是白雾，即挥发出的氯化氢气体遇到水蒸气形成的盐酸小液滴。（2）光和火焰的区别光：一般是沸点高的固体燃烧产生的，如铁丝燃烧、镁条燃烧、木炭燃烧等。火焰：是沸点低的固体、气体或液体的蒸气燃烧产生的，如硫燃烧、酒精燃烧、蜡烛燃烧等。（3）现象与结论不能混为一谈实验现象是指感官能够感觉到的，如颜色、状态、气味、热量等，而结论是在分析现象的基础上得到的。如铁丝燃烧的现象是“剧烈燃烧、火星四射、生成黑色固体、放出大量的热”，而不能说“生成四氧化三铁”。只有通过分析黑色固体的成分，才能确知是四氧化三铁。（4）物质在空气中和在氧气中燃烧的现象要有所区别同一种物质在氧气中燃烧比在空气中剧烈，如硫、碳等；有些物质在空气中不燃烧，在氧气中能剧烈燃烧，如铁丝。这是因为物质燃烧的剧烈程度与氧气的浓度有关，氧气浓度越高，燃烧越剧烈，因此，在描述现象时一定要注意区别。〖特别提醒〗①氧气溶解能力不大，但水中溶解少量氧气即可供水中生物呼吸、生存。
②氧气化学性质比较活泼，在与其他物质反应中常用作氧化剂，有氧化性，氧气能支持燃烧、能供给呼吸就是氧化性的具体体现。
典型例题
例1 认真观察、准确记录和仔细分析实验现象是学习化学的重要方法。下列有关实验现象的描述不正确的是（    ）  A．红磷在空气中燃烧产生大量的白烟B．细铁丝在氧气中燃烧，火星四射，生成黑色固体C．木炭在氧气中燃烧发白光，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体D．镁条在空气中燃烧发出耀眼的白光，生成氧化镁【答案】D【解析】A、红磷在空气中燃烧，产生大量的白烟，故选项说法正确；B、细铁丝在氧气中剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，生成一种黑色固体，故选项说法正确；C、木炭在氧气中燃烧，发出白光，生成能使澄清石灰水变浑浊的气体，故选项说法正确；D、镁条在空气中燃烧发出耀眼的白光，生成氧化镁是实验结论而不是实验现象，故选项说法错误。故选D。
例2  同学们围绕“铁在氧气里燃烧”的实验展开以下探究活动。活动一：探究铁丝在氧气中燃烧时“火星四射”的现象与其含碳量的关系【实验探究】

【拓展延伸】同学们认为铁丝燃烧的现象还与氧气的浓度有关，所以想收集不同浓度的氧气进行相关实验，若用排水法收集一瓶体积分数为90%的氧气，预先应向容积为400mL的集气瓶中加水，水的体积约为________ mL。活动二：探究铁燃烧时溅落下来的黑色物质中是否有铁单质【查阅资料】①自然界中铁的氧化物主要是四氧化三铁、氧化铁和氧化亚铁三种，其中氧化亚铁极易被氧化为氧化铁；②铁的氧化物均能溶于酸；③铁与稀盐酸或稀硫酸反应都会生成氢气。【实验探究】

【拓展延伸】已知：高温条件下铁和水能反应生成四氧化三铁和氢气，则该反应的文字表达式为___________________________________。由此可知探究活动一中为了防止集气瓶炸裂，应采取的措施是_______。【答案】活动一：0.20mm；铁＋氧气四氧化三铁；含碳量越高，火星越多；349.4；活动二：稀盐酸；有气泡冒出；铁＋水四氧化三铁＋氢气；在集气瓶底预留少量水或预先铺一层细沙。【解析】本题考查的是氧气性质的实验探究以及金属铁与氧气的反应的知识，完成此题，可以依据已有的知识进行。根据已有的铁丝燃烧的现象结合铁的性质进行分析解答，铁能与氧气反应生成四氧化三铁，铁能与盐酸反应生成氢气，根据反应物和生成物书写反应的化学方程式，据此解答。活动一：表中实验1和实验2是对比实验，需要控制变量，除铁丝的含碳量不同外，其它条件需要相同，因此，实验2所取铁丝直径仍然为0.20mm；铁丝和氧气在点燃条件下反应生成四氧化三铁，反应的文字表达式为：铁＋氧气四氧化三铁；由实验1和实验2的现象可知，铁丝在氧气中燃烧，“火星四射”与其含碳量的关系为：含碳量越高，火星四射现象越明显；用排水法收集氧气，排出集气瓶中水的体积等于收集的氧气体积；设400mL集气瓶中需放水的体积为x，则x＋（400mL－x）×21%／400mL×100%＝90%，x≈349.4mL。活动二：铁能与盐酸反应生成氢气，故要证明含有铁，可以加入稀盐酸，观察到有气泡产生，证明含有铁；高温条件下铁和水能反应生成四氧化三铁和氢气，该反应的文字表达式：为铁＋水四氧化三铁＋氢气；为了防止集气瓶炸裂，应采取的措施是在集气瓶底部铺一层细沙。