氧气教学课件

氧气优质教学课件欢迎大家学习氧气教学课件本课件旨在提供现代课堂教学示范，全面覆盖氧气的基础知识点、实验操作、应用场景以及前沿研究通过系统化的内容设计，帮助您深入理解这种支持生命的关键元素本课件采用图文并茂的方式，结合实验演示、实际应用案例，以及最新的科学发现，让您的学习过程既充满科学严谨性，又不失趣味性无论是课堂教学还是自主学习，都能获得清晰完整的氧气知识体系教学目标与课程结构了解氧气基本概念掌握氧气的基本物理化学性质，理解其分子结构和在自然界中的分布状况，建立对氧元素的科学认知基础学习实验室制氧气方法熟悉多种实验室制备氧气的途径，掌握相关实验操作技能和安全注意事项，能够独立完成基础氧气制备实验掌握氧气的性质与用途深入理解氧气的化学性质，尤其是其氧化性和支持燃烧特性，了解氧气在工业、医疗等领域的广泛应用探索生态与社会意义氧气的历史发现年1774英国化学家约瑟夫普利斯特利（）通过加热氧化汞·Joseph Priestley实验，首次发现并分离出氧气，他称之为脱燃素空气，因为他仍然相信燃素说这一发现开创了气体化学研究的新纪元年1775瑞典化学家卡尔威廉舍勒（）独立发现了氧··Carl WilhelmScheele气，称为火气，但他的发现由于出版延迟而未能获得首要发现者的荣誉舍勒通过加热多种含氧化合物进行了系统研究年1777氧气在自然界的分布大气层水体氧气是地球大气的第二大组成部分，占大气湖泊、河流和海洋中含有溶解氧，浓度通常体积的约在对流层中分布均匀，随着为水温升高会降低溶解氧含21%5-10mg/L高度增加，氧气浓度逐渐降低地球是已知量，这也是夏季水体缺氧风险增加的原因唯一大气中含有如此高浓度氧气的行星水体溶解氧是水生生物生存的关键指标生物体内岩石与矿物氧是生物体组成的基本元素之一，以水、蛋地壳中氧元素质量占比高达，是地球

46.6%白质、碳水化合物等形式存在人体中氧元表面最丰富的元素主要以氧化物和硅酸盐素占比约为，主要来自于体内水分和有等形式存在于各类岩石和矿物中，如二氧化65%机物硅、氧化铝等氧元素基础知识元素基本信息电子结构•元素符号O•电子排布1s²2s²2p⁴•原子序数•价电子数86•相对原子质量•常见价态价

16.00-2•周期表位置第周期，第•电子层示意图2K2L6族16物理性质•元素状态气态•同位素氧、氧、氧-16-17-18•电负性（保利标度）

3.44•第一电离能

1313.9kJ/mol氧气分子的结构分子构成分子特性氧气分子由两个氧原子通过共价键结合而成，化学式为₂每氧气分子具有顺磁性，这意味着它能被磁场吸引这一性质源于O个氧原子有个价电子，两个氧原子通过共享两对电子形成双氧分子中存在两个未成对电子氧气分子的电子云分布呈现哑铃6键，使得每个氧原子拥有个电子，达到稳定的电子构型状，分子整体呈非极性8这种双原子结构使氧气分子具有很高的稳定性，在常温常压下不₂分子可以被紫外线激发或高温分解成为氧原子，这些活性氧O易分解氧气分子的键能为，键长为原子具有极强的氧化性，能参与许多重要的大气化学反应在特498kJ/mol121pm定条件下，三个氧原子可以结合形成臭氧₃O氧气的物理性质状态与感官特征密度与溶解性在常温常压条件下，氧气是一氧气的密度为

1.429g/L种无色、无味、无嗅的气体（°，个大气压），比0C1纯氧在高浓度时有轻微的特殊空气略重（空气密度约为气味液态氧呈淡蓝色，具有）氧气在水中的

1.293g/L顺磁性，可被磁铁吸引，这是溶解度较低，°时约为25C判断液态氧的重要特征之一，随温度升高而降40mg/L低，这也是温水比冷水含氧量低的原因相变参数氧气的熔点为°，沸点为°在°以下，氧-

218.8C-183C-183C气会液化成淡蓝色的液体；继续降温至°以下，液态氧会凝-

218.8C固成浅蓝色的固体这些极低的临界温度使得氧气在常温下极难液化空气成分比较氧气与空气的区别化学本质差异物理性质对比燃烧性能差异空气是一种混合物，由氮气、氧气、二氧气密度（）略高于空气氧气本身不可燃，但强烈支持燃烧在

1.429g/L氧化碳等多种气体组成，没有固定的化（）氧气的液化点（纯氧环境中，可燃物燃烧更加剧烈、完

1.293g/L-学式；而氧气是一种纯净物，化学式为℃）高于空气中主要成分氮气（全，火焰温度更高，这也是氧气在焊接183-₂，由两个氧原子组成这一本质区别℃），这使得在液化空气分馏过程切割中的应用基础O196决定了两者在化学反应中表现出的不同中，氧气先液化，可以分离出来相比之下，空气中氧气含量仅约，21%特性氧气具有顺磁性，可被磁场吸引；而空燃烧支持能力弱于纯氧带火星的木条空气中的各组分可以通过物理方法分气整体表现为弱顺磁性纯氧在高浓度在纯氧中会立即复燃并剧烈燃烧，而在离，如液化空气分馏法；而氧气作为单下有轻微特殊气味，而正常空气无特殊空气中则可能熄灭或燃烧缓慢，这是区一物质，不能再分离出其他物质空气气味（除非受污染）分氧气和空气的重要实验方法成分可变，受环境影响；氧气成分恒定氧气的化学性质总览强氧化性作为典型氧化剂，能与多种元素和化合物反应活性规律与金属、非金属反应遵循电负性差异原则反应条件常温下惰性较强，加热或点燃后活性大增产物多样性可形成氧化物、过氧化物等多种含氧化合物氧气的化学本质是一种强氧化剂，能与多种元素和化合物发生反应在常温下，氧气表现出一定的惰性，但一旦温度升高或有催化剂存在，其活性会显著增强氧气与不同元素反应可生成不同类型的氧化物，如碱性氧化物、酸性氧化物、两性氧化物等氧气参与的反应大多放热，这也是燃烧反应释放能量的本质氧气化学性质的这些特点，使其成为自然界中重要的氧化剂，参与众多生物化学过程和工业反应理解氧气的化学性质对于解释自然现象和指导工业生产具有重要意义氧气与非金属的反应硫与氧气反应碳与氧气反应硫在氧气中燃烧时产生明亮的碳在充足氧气中燃烧生成二氧蓝紫色火焰，生成二氧化硫气化碳₂₂C+O=CO↑体反应方程式₂如果氧气不足，则会生成一氧S+O=₂生成的二氧化硫是一化碳₂SO↑2C+O=2CO↑种无色有刺激性气味的气体，二氧化碳是无色无味气体，能溶于水形成亚硫酸，具有漂白使澄清石灰水变浑浊；而一氧性，是酸雨的主要成分之一化碳有毒，能与血红蛋白结合阻碍氧气运输磷与氧气反应白磷在氧气中能自燃，产生明亮的白光和大量白烟，生成五氧化二磷₂₂₅五氧化二磷是一种白色粉末，极易吸4P+5O=2P O水，遇水猛烈反应生成磷酸₂₅₂₃₄P O+3H O=2H PO氧气与金属反应镁与氧气反应镁带在氧气中燃烧会产生耀眼的白光，难以直视，同时生成白色粉末状的氧化镁反应方程式₂这种强烈的反应释放大量热量和光能，氧化镁是一种2Mg+O=2MgO碱性氧化物，能与酸反应生成盐和水铁与氧气反应铁丝在氧气中燃烧会迸发出明亮的火花，同时生成黑色的四氧化三铁反应方程式₂₃₄在高温条件下，铁还可能生成三氧化二铁₂₃铁的氧3Fe+2O=Fe OFe O化产物通常呈现红褐色或黑色，是自然界中常见的铁矿石铜与氧气反应铜在常温下与氧气反应缓慢，但在加热条件下会生成黑色的氧化铜反应方程式₂氧化铜是一种黑色粉末，能与酸反应生成铜盐铜器表面自然形成2Cu+O=2CuO的铜绿实际上是碱式碳酸铜，而非简单的氧化铜氧气支持燃烧实验木条复燃实验准备一支带有火星的木条（点燃后吹灭，留有红色火星），将其插入盛有氧气的集气瓶中观察现象木条立即复燃，并伴有明亮的火焰这是氧气的典型鉴别反应，也展示了氧气强烈支持燃烧的特性硫粉燃烧实验将少量硫粉放入燃烧匙中，先在空气中点燃（观察蓝色火焰），然后迅速放入盛有氧气的集气瓶中观察现象硫粉在氧气中燃烧更加剧烈，火焰更加明亮，同时产生刺激性气味的二氧化硫气体铁丝燃烧实验取一段细铁丝，一端弯成小圈，蘸取少量硫粉，在空气中点燃后，迅速插入盛有氧气的集气瓶中观察现象铁丝剧烈燃烧，迸发出明亮的火花，并有熔融的铁珠滴落，瓶壁附着黑色固体（四氧化三铁）燃烧条件的探讨着火温度每种可燃物都有特定的着火点，必须达到这个温度才能燃烧如木材约可燃物℃，汽油约℃，纸张约300400℃初始热源可以是火焰、电火花可燃物是能与氧气发生氧化反应的物230或摩擦热等，提供活化能使反应开始质，包括木材、煤炭、汽油等碳氢化合物，以及硫、磷等非金属和某些金属如氧气（氧化剂）镁、铁等可燃物的物理状态（固体、液体、气体）影响其燃烧特性氧气是最常见的氧化剂，空气中含有约的氧气当氧气浓度低于时，21%16%大多数物质难以持续燃烧氧气浓度越高，燃烧越剧烈某些化合物如硝酸盐也能提供氧气支持燃烧这三个条件缺一不可，也是灭火的基本原理隔离可燃物、降温或隔绝氧气了解燃烧条件对防火安全至关重要，可以有针对性地采取防范措施燃烧过程中释放的热能会维持反应继续进行，形成自持反应，这也是火灾难以控制的原因之一实验氧气支持燃烧实验设计实验现象与结论准备两个相同的玻璃罩，在其中分别放入大小、材质完全相同的氧气环境中的蜡烛燃烧更加剧烈，火焰更加明亮且呈蓝白色，火两支蜡烛一个玻璃罩中充入普通空气，另一个充入高浓度氧气焰尺寸明显大于空气中的蜡烛温度测量显示，氧气环境中火焰（注意安全，浓度控制在左右）同时点燃两支蜡烛，观温度可比空气中高出℃蜡烛燃烧速度加快，蜡油消40%200-300察燃烧情况耗更快记录两种环境下蜡烛的燃烧时间、火焰大小、亮度、颜色等特实验证明，氧气浓度是影响燃烧剧烈程度的关键因素氧气浓度征使用温度计测量两个环境中火焰附近的温度变化实验过程越高，燃烧越充分，能量释放越快，火焰温度越高这也解释了中注意控制变量，确保除气体成分外，其他条件完全相同为什么在富氧环境中，即使微小火源也可能引发严重火灾，强调了氧气安全使用的重要性氧气与还原剂反应实例二氧化硫与氧气反应一氧化碳与氧气反应氢气与氧气反应二氧化硫作为还原剂，能被氧气氧化成一氧化碳是强还原剂，能被氧气氧化成氢气与氧气混合后，遇明火或高温会发三氧化硫₂₂⇌₃二氧化碳₂₂这生爆炸反应₂₂₂2SO+O2SO2CO+O=2CO2H+O=2H O这一反应在常温下进行缓慢，需要催化一反应放出大量热，是一氧化碳毒性的这一反应放出大量热，常被用于氢氧焰剂（如₂₅）和适当温度（约解毒原理在工业上，一氧化碳还原性焊接在可控条件下进行的氢氧反应是V O℃）才能高效进行反应为可逆放被用于冶金过程中还原金属氧化物，如氢燃料电池的基本原理，可直接将化学450热反应，是硫酸工业生产的关键步骤高炉炼铁能转化为电能催化剂的概念催化剂定义催化作用原理催化剂特点催化剂是能改变化学反应速率催化剂通过与反应物形成中间催化剂用量少但效果显著，可而本身质量和化学性质在反应产物，降低反应所需的活化能，重复使用但有使用寿命不同前后不发生永久性改变的物质使更多分子获得足够能量跨越反应需要不同的催化剂，具有它能降低反应的活化能，提供能垒，从而加快反应速率催专一性催化剂可能被反应中新的反应途径，但不改变反应化过程通常包括吸附、活化、的某些物质毒化而失效，如硫的热力学平衡，也不影响反应反应和解吸四个基本步骤化物会毒化许多金属催化剂的最终产物比例实例应用二氧化锰催化过氧化氢分解₂₂₂₂2H O=2H O+O↑汽车尾气催化转化器中的铂、钯、铑能催化一氧化碳和氮氧化物转化为无害物质生物体内的酶是最高效的生物催化剂实验室制取氧气思路选择适当氧源富氧化合物作为原料，含氧量高且分解容易控制反应条件温度、催化剂、反应装置安全可控产物纯度保证避免副反应，设计适当纯化步骤安全与成本考量避免爆炸风险，选择经济可行方案实验室制取氧气的核心思路是选择合适的含氧化合物，通过加热分解或催化分解方法制取氧气理想的反应物应具备氧含量高、分解温度适中、副产物无毒、操作安全、成本合理等特点最常用的制氧方法包括高锰酸钾热分解法、过氧化氢催化分解法和氯酸钾催化分解法每种方法各有优缺点，如高锰酸钾法操作简单但成本较高，过氧化氢法反应温和但氧气纯度可能受影响，氯酸钾法产氧量大但存在安全隐患选择时需综合考虑实验目的、设备条件和安全要求高锰酸钾制氧气反应原理高锰酸钾在加热条件下分解生成氧气，反应方程式₄₂₄2KMnO=K MnO+₂₂该反应在约℃开始进行，分解产生的氧气纯度较高，副产MnO+O↑200物为锰酸钾和二氧化锰实验装置将干燥的高锰酸钾晶体放入硬质试管中，连接导气管、气体洗瓶和集气瓶洗气瓶中装少量水，用于清洗和冷却气体采用水槽排水法收集氧气，保证气密性操作步骤先检查装置气密性，然后用酒精灯均匀加热试管底部的高锰酸钾，观察紫色晶体逐渐变黑并放出气体待气体稳定产生后开始收集，最初产生的少量气体应排空，因可能含有空气注意事项高锰酸钾具有强氧化性，应避免与有机物接触加热过程控制温度均匀，避免局部过热试管口应稍向上倾斜，防止水倒流实验后残留物含锰化合物，应按规定处理过氧化氢制氧气优缺点与应用操作步骤该方法优点是反应条件温和，常温实验装置与材料先将过氧化氢溶液倒入锥形瓶中，即可进行，操作简单安全，原料易反应原理实验需要锥形瓶、导气管、集气检查装置气密性；然后迅速加入少得且成本低缺点是氧气纯度可能过氧化氢（H₂O₂）在二氧化锰催瓶、水槽等原料使用3%-10%的量二氧化锰粉末，立即塞紧瓶塞受到水蒸气影响，产气速度控制较化下分解生成水和氧气，反应方程过氧化氢溶液（如药用双氧水）和溶液会立即产生大量气泡（氧难精确适合教学演示和小规模实式2H₂O₂=2H₂O+少量二氧化锰粉末装置连接方式气），通过导气管进入集气瓶可验室制氧O₂↑这是一个放热反应，常温下与高锰酸钾制氧气相似，但不需要以通过调节二氧化锰用量控制反应即可进行二氧化锰作为催化剂，加热装置速率能显著加快反应速率，但自身不参与反应氯酸钾制氧气反应原理与方程式氯酸钾在加热条件下分解生成氧气和氯化钾₃₂加入二氧化锰作2KClO=2KCl+3O↑催化剂可显著降低分解温度（从约℃降至约℃），加快反应速率，但催化剂本身不400200参与反应，化学性质不变反应条件与产物反应需在加热条件下进行，温度控制在℃较为适宜反应产物除氧气外，还有固200-250态氯化钾残留在试管中理论上，克氯酸钾完全分解可产生约毫升氧气，产气效率高12753实验装置与操作将氯酸钾与二氧化锰（质量比约）混合均匀，放入干燥的硬质试管中装置连接同高锰10:1酸钾制氧气实验加热时应从试管上部开始，逐渐向下移动，避免局部过热导致反应剧烈安全注意事项氯酸钾是强氧化剂，与有机物、硫、磷等接触可能引起爆炸实验中严禁使用橡胶塞，应使用带孔的软木塞混合物不可研磨，避免摩擦生热引发意外反应产生的氧气不可直接排入空气中，应引入水中或适当处理实验器材装置图解固体加热制氧装置液体分解制氧装置用于高锰酸钾、氯酸钾等固体试剂加热分解制氧主要器材包用于过氧化氢等液体试剂分解制氧主要器材包括锥形瓶或广括硬质试管（耐高温）、单孔橡胶塞、导气管、气体洗瓶、集口瓶、双孔橡胶塞、导气管、漏斗、集气瓶和水槽双孔橡胶塞气瓶、水槽、铁架台和酒精灯或本生灯一孔连接导气管用于排出氧气，另一孔连接漏斗用于添加催化剂或控制反应速率试管应选用硬质玻璃，能承受高温；导气管一端连接试管，另一端穿过洗气瓶接入集气瓶；洗气瓶中加入少量水，用于净化和冷锥形瓶应选择合适大小，避免反应液体溅出；导气管一端应浸入却气体；集气瓶采用水上置换法收集氧气加热时应使用试管夹水下约厘米，防止气体逸出；漏斗下端应露出液面，便于观察2固定，并从上至下均匀加热反应并添加试剂；集气瓶同样使用水上置换法收集气体装置连接处应保证气密性，防止漏气水上置换法收集氧气原理理解1利用氧气难溶于水的特性，通过排水收集气体装置准备集气瓶装满水倒扣于水槽中，导气管伸入瓶口下方气体收集氧气从导管进入瓶中，逐渐排出水分占据空间保存方法瓶中充满气体后，在水下盖紧瓶塞，取出保存水上置换法是实验室收集难溶于水且密度小于或接近空气的气体的常用方法对于氧气收集，此方法简单有效，能有效防止空气污染收集时应注意观察集气瓶中水位下降情况，判断气体收集速度和瓶内气体体积此方法的局限性在于收集的气体会含有少量水蒸气，且若气体溶解度不够小，会有部分损失收集易溶于水的气体（如氨气、氯化氢）则不适用此方法，应采用向上排空气法或其他适合方法操作时应确保导气管末端完全浸入水中，防止气体泄漏气体检验方法在实验室中，常用带火星的木条检验氧气操作时，将木条点燃后吹灭，保留红色火星，然后迅速插入待测气体中如果是氧气，木条会立即复燃并燃烧明亮；如果是二氧化碳，火星会熄灭；如果是氮气或惰性气体，火星也会熄灭，但无其他明显现象除木条法外，还有其他特异性检验方法石灰水测试（浑浊表示存在二氧化碳）、红色石蕊试纸（变蓝表示氨气，变红表示酸性气体）、湿润的碘化钾淀粉试纸（变蓝表示存在氧化性气体如氯气）等气体检验应选择特异性强、灵敏度高、操作简便的方法，确保实验结果准确可靠氧气纯度检测

99.5%21%医用纯氧标准大气氧含量医疗用氧气纯度要求极高，一般不低于，正常空气中氧气体积分数约为，是判断实验

99.5%21%以确保患者安全制氧纯度的参考基准3检测方法数实验室常用的氧气纯度检测方法主要有燃烧法、化学吸收法和仪器分析法氧气纯度检测方法多样，在实验室中可采用简易燃烧法观察木条在待测气体中燃烧的剧烈程度，与空气中燃烧状态对比，可初步判断氧浓度高低燃烧越剧烈，火焰越明亮，表明氧气纯度越高更精确的检测可用专业氧气分析仪，如电化学氧传感器、顺磁氧分析仪等这些设备能准确测量0-范围内的氧浓度化学吸收法则是利用碱性焦性没食子酸溶液吸收氧气，通过体积变化计算氧100%含量工业生产中还会采用气相色谱法检测氧气中的杂质含量，保证产品质量实验安全注意事项试剂安全设备安全•高锰酸钾与有机物接触可能自燃，•玻璃器皿使用前检查有无裂痕，防应单独存放止加热爆裂•氯酸钾不可与硫、磷等还原性物质•高温操作使用耐热玻璃和适当夹具混合研磨•导气管不得有弯折或堵塞，防止气•过氧化氢具有强氧化性，浓溶液可体压力积累灼伤皮肤•气密性检查必不可少，防止有毒气•所有试剂使用后应妥善处理，不可体泄漏随意丢弃操作安全•加热应从上部开始，逐渐向下，避免液体迸溅•纯氧环境中不可有明火或电火花，防止燃烧失控•实验过程中佩戴护目镜和实验服，必要时戴手套•实验后彻底通风，清洁工作台面和器材实验常见问题与排查反应不产生气体可能原因温度不足、反应物纯度低、催化剂失效解决方法适当提高加热温度；检查原料质量，必要时更换；增加或更换新鲜催化剂；检查反应物是否有效混合气体泄漏可能原因橡胶塞不紧、导气管裂缝、连接处松动解决方法使用适合大小的橡胶塞；检查导气管完整性，必要时更换；用肥皂水检测泄漏点，加强连接或使用密封胶带水倒流问题可能原因气体产生中断、温度骤降、装置高度差不当解决方法保持稳定加热；使用防倒流装置如气体缓冲瓶；调整导气管在水中深度，避免过深；实验结束先移除导气管出水端氧气纯度不够可能原因收集初期含空气、反应生成杂质气体、收集方法不当解决方法排空前期产生的气体；选择纯度高的原料；正确使用洗气装置；采用排水法而非排气法收集氧气氧气的工业制备液化空气分馏法这是目前工业制氧的主要方法，基于氧气和氮气沸点不同（氧气°，氮气°）空气经过压缩、冷却后液化，然后进入精馏塔分离在特定温度和压力下，氮-183C-196C气先气化分离出来，留下富氧液体，进一步精馏获得高纯度氧气变压吸附法利用特殊分子筛在不同压力下对氮气和氧气吸附能力不同的原理空气在高压下通过分子筛床层，氮气被优先吸附，氧气通过；降压后释放吸附的氮气并排出这种方法投资低、操作简便，适合中小规模制氧，但氧气纯度通常低于95%氧气储存与运输工业制得的氧气通常以高压气体或液态形式储存气态氧压缩至储存在钢瓶中，钢瓶颜色标准为天蓝色；大量氧气则以液态形式（°以下）储存在特殊15-20MPa-183C保温容器中，可大大减少体积，便于长距离运输和长期储存工业用氧气应用冶金工业氧气在钢铁冶炼中起关键作用，用于转炉炼钢和平炉炼钢富氧鼓风可提高炉温，加速氧化反应，去除铁水中的碳、硅、锰等杂质，提高钢铁质量和产量现代转炉炼钢技术通常需要以上高纯度氧气99%切割与焊接氧乙炔焊接是常见的金属加工工艺，利用氧气与乙炔混合燃烧产生高温火焰（约-°）氧气切割则利用金属在高温下与氧气剧烈反应的原理，通过氧化反应热3000C使金属局部熔化并切开这些技术广泛应用于造船、汽车、建筑等行业化工合成氧气是许多化工合成的重要原料，如乙烯氧化制环氧乙烷、甲醇氧化制甲醛、对二甲苯氧化制对苯二甲酸等这些反应通常需要催化剂和严格控制的反应条件化工用氧通常要求较高纯度，以确保反应选择性和产品质量环保处理氧气用于污水处理的活性污泥法，促进微生物降解有机污染物在废气处理中，氧气可用于催化氧化有害物质，如将一氧化碳转化为二氧化碳、将硫化氢氧化为单质硫或硫酸这些应用对改善环境质量和实现可持续发展至关重要医学中的氧气医用氧气特性临床氧疗应用氧疗设备与技术医用氧气需符合严格标准，纯度通常氧疗是多种疾病的基础治疗措施，主要低流量给氧设备包括鼻导管、简易面罩，无菌无毒，不含油脂和其他有适用于各种原因导致的缺氧状态急性等，氧流量通常为；高流量≥

99.5%1-6L/min害物质医用氧气有不同储存形式，包应用包括心肺复苏、急性呼吸衰竭、一设备包括文丘里面罩、高流量鼻导管括高压气瓶（白色瓶身，肩部有绿色标氧化碳中毒等；慢性应用包括慢性阻塞等，可提供准确的氧浓度无创呼吸机记）、液氧罐和制氧机医用氧气运输性肺疾病、睡眠呼吸暂停等高压氧舱和有创呼吸机用于需要呼吸支持的患和使用都有严格规范，确保患者安全治疗用于减压病、气体栓塞、难愈性伤者不同设备选择基于患者病情、氧合口等特殊疾病需求和舒适度考虑氧气对生命的重要性呼吸获取血液运输人体通过呼吸系统从空气中获取氧气，氧气溶解于血浆并与血红蛋白结合，一成人每分钟约吸入升空气，从中摄个血红蛋白分子最多可结合四个氧分6-8取约毫升氧气子，形成氧合血红蛋白250-300能量产生细胞利用有氧呼吸比无氧呼吸效率高约倍，是氧气在细胞线粒体中参与有氧呼吸，氧19人体获取能量的主要途径，支持各种生化分解葡萄糖等营养物质，释放能量合命活动成ATP氧气是有氧生物赖以生存的关键元素，人体缺氧会导致一系列生理功能障碍急性严重缺氧可在分钟内导致脑细胞不可逆损伤；4-6慢性轻度缺氧则可能表现为乏力、注意力不集中等症状人体对氧气的需求量与活动状态密切相关，剧烈运动时氧气消耗量可增加倍10-15植物的光合作用光能捕获植物叶绿体中的叶绿素分子捕获太阳光能，特别是红光和蓝紫光波段这些色素分子排列在类囊体膜上，形成高效的光捕获系统捕获的光能激发叶绿素分子中的电子，启动一系列能量转换过程水分解与氧气释放光能用于分解水分子，释放氧气、质子和电子₂⁺⁻₂2H O→4H+4e+O这一步骤发生在光系统中，是氧气产生的关键环节释放的氧气通过气孔扩散到大II气中，成为地球大气氧气的主要来源每克叶绿素每小时可产生约毫升氧气1-5二氧化碳固定植物通过气孔吸收大气中的二氧化碳，在叶绿体基质中通过卡尔文循环将其固定为有机物关键酶催化₂与结合，最终合成葡萄糖等碳水化合Rubisco CORuBP物这一过程需要光反应提供的和作为能量和还原力ATP NADPH全球意义植物光合作用每年固定约亿吨碳，释放大量氧气，维持大气氧含量稳定1500海洋中的藻类和蓝细菌贡献了全球光合作用的光合作用不仅是氧50-80%气来源，也是几乎所有生物能量的最初来源全球氧气循环光合作用产氧呼吸消耗陆地植物和海洋浮游植物通过光合作用动物、植物和微生物的呼吸作用消耗氧每年产生约×公斤氧气亚马

1.510¹⁴气，产生二氧化碳人类活动如化石燃逊雨林被称为地球之肺，贡献了全球料燃烧也消耗大量氧气全球生物呼吸约的氧气产出海洋中的藻类和蓝20%和人类活动每年约消耗×公斤

1.510¹⁴细菌产氧量更大，占全球总产量的50-氧气，与光合作用产生量基本平衡80%循环平衡化学反应大气中氧气总量约为×公斤，氧气参与多种地球化学过程，如岩石风

1.210¹⁸循环周期约为年尽管短化、矿物氧化、海洋溶解等这些过程3000-4000期波动存在，但长期来看，地球氧气循每年消耗约×公斤氧气，相对

1.910¹⁰环处于动态平衡状态地质记录显示，于总量影响较小海洋溶解的氧气总量过去亿年来大气氧含量基本稳定在约为×公斤，是大气中氧气总量

5.4210¹⁵范围内的约倍15-30%10水体中的溶解氧8-125健康水体溶解氧范围鱼类生存最低限值mg/L mg/L清洁自然水体中的理想溶解氧含量，适合大多数大多数鱼类长期生存所需的最低溶解氧浓度，低水生生物生存于此值将导致应激反应2缺氧水体警戒值mg/L溶解氧低于此值的水体被视为严重缺氧，多数水生生物难以生存水体中的溶解氧是鱼类和其他水生生物生存的关键因素溶解氧主要来源于大气复氧和水生植物的光合作用水温升高会降低氧溶解度，°时约为，而°时可达，这也是25C

8.3mg/L0C

14.6mg/L为什么夏季水体缺氧风险更高水体污染，特别是有机物污染，会导致溶解氧急剧下降微生物分解有机物消耗大量氧气，形成缺氧区严重的水体缺氧会导致鱼类窒息死亡，底栖生物减少，生态系统崩溃监测溶解氧是评估水质的重要指标，常用溶解氧电极法和碘量法测定环保与氧气污染对氧气的影响保护与恢复措施工业排放、机动车尾气等污染源释放的颗粒物可吸附大气中的氧植树造林是增加氧气产出的有效方式一棵成年树每年可产生约分子，降低空气中有效氧气含量燃烧过程直接消耗氧气并产生公斤氧气，足够两个成年人呼吸所需城市绿化不仅美化260二氧化碳、一氧化碳等污染物在严重污染的城市区域，地面空环境，还能显著提高局部区域的氧气含量，特别是大型城市公园气中氧气含量可能比清洁区域低可形成氧气岛，空气质量明显优于周围区域

0.5-1%水体污染导致的富营养化会促使藻类大量繁殖，形成水华这减少化石燃料使用，发展清洁能源如太阳能、风能等，可降低氧些藻类死亡后被微生物分解，消耗大量溶解氧，造成水体缺氧，气消耗和碳排放控制工业和生活污水排放，建设完善的污水处导致鱼类和其他水生生物大量死亡，形成死区理系统，保护水体生态平衡，维持健康的水体溶解氧水平氧气及其化合物氧是地球上最常见的元素之一，能与几乎所有元素（除稀有气体外）形成化合物水₂是最常见的含氧化合物，占地球表面H O，也是生命的基础二氧化碳₂是大气中重要的温室气体，参与光合作用和呼吸作用的物质循环71%CO氧化物根据性质可分为酸性氧化物（如₂、₂）、碱性氧化物（如₂、）和两性氧化物（如₂₃、）硫酸SO CONa OCaO AlO ZnO₂₄和硝酸₃是重要的工业酸，含氧量丰富且具强氧化性这些酸在大气污染物作用下可形成酸雨，低至以下，H SOHNOpH

4.5对生态环境造成严重危害生活中的氧气家庭用品中的氧气应用健康与养生中的氧气•双氧水（过氧化氢溶液）用于•氧吧提供高浓度氧气（约），3%40%消毒伤口和漂白声称可缓解疲劳•氧系漂白剂含过碳酸钠，通过释放•增氧运动如有氧健身、瑜伽呼吸法活性氧去除顽固污渍等提高血氧•氧气瓶在家庭急救和老年人慢性病•高原地区旅游时使用便携式氧气瓶护理中的应用缓解高原反应•制氧机为需要长期氧疗的患者提供•温泉水中溶解氧含量高，有助于皮便利肤新陈代谢娱乐与特殊场合•潜水用氧气瓶（或高氧混合气）支持水下活动•飞机客舱在高空保持舱内氧分压接近地面水平•消防员使用氧气瓶在浓烟环境中工作•宠物鱼缸中的增氧泵维持水体溶解氧平衡极端环境与氧气瓶深海潜水专业潜水员使用的不是纯氧气瓶，而是压缩空气或特殊混合气体（如、）纯氧在高压下（超过个大气压）有毒性，可引起氧中毒潜水深度增加，呼吸Nitrox Trimix

1.6气体配比需特别调整，通常降低氧含量增加氦气比例，以避免氮醉和氧毒性高山登山在米以上的极高海拔区域，大气氧分压仅为海平面的三分之一登山者使用便携式氧气系统，通常设置升分钟的流量现代登山氧气系统轻量化设计，单个氧气80002-4/瓶重约公斤，可提供小时的辅助呼吸珠穆朗玛峰攀登通常需要携带多个氧气瓶

3.56-8太空活动宇航员的生命支持系统提供纯氧或氧氮混合气太空服中氧气压力约为个大气压，足以维持生命但远低于地球表面国际空间站内维持与地球相近的氧氮比例，但总压力

0.3略低长期太空任务需要闭环生命支持系统，通过化学或生物方法回收二氧化碳再生氧气科普趣味实验氧气炮实验将少量酒精倒入塑料瓶中摇晃，使酒精蒸气充满瓶内将燃烧的火柴靠近瓶口，随着一声巨响，瓶中酒精蒸气瞬间燃烧，产生推力使瓶盖射出这展示了氧气支持燃烧和气体燃烧膨胀原理彩色火焰实验在氧气环境中燃烧不同金属盐，可观察到绚丽多彩的火焰锂盐呈深红色，钠盐呈橙黄色，钾盐呈淡紫色，铜盐呈绿色，钡盐呈黄绿色这展示了不同元素在高温激发态下发射特征光谱的原理瓶中火山在三角瓶中放入少量高锰酸钾，滴加甘油，瓶口塞上带气球的塞子反应迅速放热，产生大量紫色火焰和氧气，气球快速膨胀这展示了强氧化剂与有机物反应的剧烈程度氧气泡泡将过氧化氢溶液与洗洁精混合，加入少量二氧化锰粉末，迅速产生大量泡沫泡沫中富含氧气，用带火星的木条靠近，泡沫会发出噼啪声并支持燃烧这直观展示了过氧化氢分解产生氧气的过程全国各地空气氧气水平对比氧气与火灾安全氧气助燃机制氧气虽然自身不燃烧，但强烈支持燃烧，是火灾蔓延的必要条件空气中氧气浓度超过21%时，即被视为富氧环境，火灾风险显著增加在高浓度氧气环境中，即使通常难以燃烧的材料也可能迅速起火，且燃烧温度更高，火势蔓延更快灭火原理控制氧气是灭火的基本方法之一窒息灭火就是隔绝燃烧物与氧气接触，如使用沙土覆盖、泡沫覆盖、二氧化碳灭火器等灭火剂如碳酸氢钠受热分解产生二氧化碳，置换燃烧区域的氧气，达到灭火效果富氧环境危险医院、实验室、工业生产等使用氧气的场所，需特别注意防火安全禁止在富氧环境中吸烟或使用明火；避免使用易产生静电的衣物；氧气管道和设备需使用专用润滑剂，禁用油脂类物质，防止油脂在高浓度氧气中自燃家庭防火安全家庭使用医用氧气时，应远离炉灶、电热器等热源；不要在使用氧气时同时使用电器，防止火花引燃；定期检查氧气设备是否泄漏；制定家庭逃生计划，确保氧气使用者能快速撤离火灾现场学科前沿富氧医学脑损伤修复慢阻肺康复难愈合伤口高压氧疗法正成为脑卒中、创伤针对慢性阻塞性肺疾病，新型长局部高氧环境治疗已成为糖尿病性脑损伤等神经系统疾病的辅助期低流量氧疗结合呼吸训练的综足、辐射性伤口等难愈合创面的治疗手段研究表明，高压氧可合方案正在发展个性化氧疗装有效方法新型局部供氧敷料能促进神经元修复，激活干细胞分置可根据患者活动状态自动调节持续释放纯氧，促进伤口血管生化，改善脑组织血液循环临床氧流量，显著提高生活质量可成和组织再生临床研究显示，试验显示，部分患者神经功能恢穿戴式氧饱和度监测设备能实时结合生物活性因子的氧疗可将某复速度显著加快反馈血氧水平些难愈合伤口的愈合时间缩短40%分子氧医学研究发现氧浓度影响细胞信号通路和基因表达，开创了分子氧医学领域可控的间歇性缺氧复-氧训练能增强细胞抗氧化能力特定氧浓度可调控干细胞分化方向，为再生医学提供新思路氧气的量化与单位物理量常用单位换算关系质量克、千克g kg1kg=1000g体积毫升、升、立方米mL L1L=1000mL,1m³=1000Lm³物质的量摩尔₂mol1mol O=32g=标准状况

22.4L压力帕斯卡、大气压Pa atm1atm=101325Pa浓度水中、气体空气中约为体积分数mg/L%

20.9%流量医用、工业L/minm³/h1m³/h=

16.67L/min在标准状况下°，个大气压，摩尔任何气体的体积为升，称为摩尔体积因此摩尔氧气0C

1122.41₂的质量为克，体积为升实际应用中常用理想气体状态方程计算非标准状况下的O

3222.4PV=nRT气体量，其中为压力，为体积，为物质的量，为气体常数，为热力学温度P Vn RT工业和医疗领域使用不同计量单位医用氧气流量通常以表示，如鼻导管给氧；工业L/min1-5L/min用氧通常以计量医用氧气纯度以百分比表示，通常；水中溶解氧通常以表示，如自m³/h≥

99.5%mg/L然水体中为了解这些单位及换算关系对理解和应用氧气知识至关重要5-12mg/L氧气与其他气体对比氧气与氮气对比氧气与二氧化碳对比氧气与稀有气体对比氧气₂和氮气₂都是无色无味的氧气无色无味，而二氧化碳₂无色氧气具有化学活性，而氦、氖ONCOHe气体，但氧气支持燃烧而氮气不支持但有微酸味二氧化碳密度、氩等稀有气体化学性质极不

1.977g/L NeAr氧气密度略高于氮气明显高于氧气，能使澄清石灰水变浑活泼氦气极轻，氩气

1.429g/L

0.179g/L，液化点°高于浊二氧化碳不支持燃烧，反而可用于略重于氧气稀有气体都不

1.251g/L-183C

1.784g/L氮气°氧气有顺磁性而氮气灭火；氧气强烈支持燃烧二氧化碳在支持燃烧，且在特定条件下呈现特征颜-196C无磁性氧气在水中溶解度约为氮气的水中溶解度远高于氧气，可形成碳酸色的辉光放电，如氖呈红色，氩呈蓝紫2倍色生态系统中，植物通过光合作用消耗二在生物作用上，氧气参与有氧呼吸过氧化碳产生氧气，动物呼吸则消耗氧气稀有气体主要用于特种照明、焊接保程，而氮气则主要通过固氮作用转化为产生二氧化碳，形成气体循环工业护、气球充填等领域氩气在空气中含生物可用形式工业上，氧气主要用于上，二氧化碳广泛用于碳酸饮料、干冰量约，是最丰富的稀有气体，常

0.93%冶金、焊接，而氮气则用于食品保鲜、制造、气体保护焊接等领域用于替代氧气的场合，如包装食品、保电子工业和惰性保护存艺术品等，以防止氧化反应常见练习题与解析概念理解题实验分析题计算应用题问题为什么氧气支持燃烧却自身不燃烧？问题实验室用高锰酸钾制取氧气时，为什么要先问题标准状况下，克高锰酸钾完全分解能产10排空导气管中的空气？生多少升氧气？解析燃烧是物质与氧气发生的剧烈氧化反应，伴随光和热氧气自身已是氧化态，无法进一步被解析高锰酸钾加热初期，试管和导气管中原本充解析高锰酸钾分解方程式₄2KMnO=氧化，因此不能燃烧但氧气作为氧化剂，能与满空气如果不排空这些空气就开始收集，则收集₂₄₂₂K MnO+MnO+O↑还原性物质（如碳、硫、金属等）反应，促使它们到的气体将是空气和氧气的混合物，氧气纯度降低计算过程₄分子量为，每摩尔KMnO1582燃烧这也解释了为什么纯氧环境中，燃烧更加剧通常做法是等气体稳定产生后，再开始收集，以确₄产生摩尔₂KMnO1O烈保获得较纯的氧气判断方法是用带火星的木条在₄÷摩尔排出气体处测试，见到明亮复燃现象再开始收集10g KMnO=10158=

0.0633产生₂摩尔数÷摩尔O=

0.06332=

0.0316标准状况下，摩尔₂体积

0.0316O=×升

0.

031622.4=

0.71综合案例制氧气实验设计实验方案选择针对中学实验室制氧气，综合考虑安全性、成本、效率和教学目的，推荐过氧化氢分解法该方法优势在于反应条件温和（常温常压）、反应速率可控（通过催化剂用量调节）、原料易得且经济（可使用药用双氧水）、副产物无毒（只生成水）、实验现象直观（大量气泡）3%实验装置优化采用广口锥形瓶而非试管，增大反应面积；使用带长颈漏斗的双孔橡胶塞，便于控制催化剂添加速率；设计两级气体洗涤瓶，第一瓶除去水蒸气，第二瓶用碱液除去可能的杂质；集气瓶采用磨口玻璃塞而非橡胶塞，减少气体损失；导气管使用耐腐蚀硅胶管，增加装置灵活性安全与效率提升实验前检测装置气密性，防止气体泄漏；控制过氧化氢浓度在，避免反应过于剧烈；3-5%二氧化锰用量从少到多逐渐添加，避免突沸；收集的氧气瓶密封前置换倍体积，确保3-5纯度；设计安全泄压装置，如在导气管路中加入水封瓶，防止意外堵塞导致爆炸拓展与创新设计对比实验，同时制备三份不同催化剂用量的反应体系，观察反应速率差异；设计定量收集装置，测量单位时间产气量，绘制反应动力学曲线；添加指示剂观察反应pH过程中变化；将收集的氧气用于多种燃烧实验，观察不同物质在氧气中的燃烧特性pH拓展阅读与链接推荐书籍《氧气分子历史》（尼克莱恩著）探讨氧气的发现历史和对科学发展的影响；《气体化学》·—（王祖亮编著）系统介绍包括氧气在内的各种气体性质与应用；《生物化学》（王镜岩主—编）详细阐述氧气在生命过程中的作用；《物理化学》（傅献彩著）从热力学角度解析氧气——反应视频资源中国科学院科普视频《氧气的前世今生》深入浅出讲解氧气发现史；中国教育电视台《走近化—学》系列多集涉及氧气实验与应用；北京大学课程《无机化学》详细讲解氧元素化—MOOC—学；科学松鼠会视频《没有氧气的世界》探讨氧气对地球生命演化的影响—网络资源中国化学会官网提供最新化学研究动态；中国大学平台多所www.chemsoc.org.cn—MOOC—高校开设氧化还原相关课程；中国科普网含丰富氧气科普文章；中国知网可检索氧气研究最——新学术论文；国家科技图书文献中心提供氧气领域经典文献免费阅读—实验资源全国青少年科技创新大赛官网展示与氧气相关的创新实验；虚拟化学实验室软件可模拟各种——氧气实验过程；化学实验安全教育平台提供气体实验安全操作指南；各省市科技馆定期开展——氧气科普实验展示活动；中学化学教学资源网分享优质氧气实验教案—知识归纳与小结基础知识实验制备氧元素符号，原子序数，电子排布实验室常用三种方法制氧气高锰酸钾热分O8氧气分子式₂，是无色无味解法、过氧化氢催化分解法和氯酸钾催化分1s²2s²2p⁴O气体，密度，熔点°，2解法工业上主要采用液化空气分馏法制取

1.429g/L-

218.8C沸点°氧气占空气体积的约氧气实验收集气体通常采用水上置换法，-183C，是地球大气中第二丰富的气体检验用带火星的木条21%应用领域化学性质氧气广泛应用于冶金、化工、医疗、环保等氧气具有强氧化性，能与多种元素和化合物领域氧气对生命至关重要，参与呼吸作用反应与非金属反应生成非金属氧化物；与3和能量代谢光合作用产生氧气，维持大气金属反应生成金属氧化物；与某些氧化物反氧平衡氧气的科学研究仍在不断深入，特应生成高价氧化物氧气是燃烧的必要条件别是在材料、医学和环境科学领域之一，强烈支持燃烧课堂小测试判断题选择题氧气是一种可燃气体（错）下列物质中，不能用于实验室制取氧气的是₄

1.

1.A.KMnO₃₂₂（答案）实验室制取氧气的方法中，高锰酸钾分解需要加热，而过氧B.KClO C.H OD.NaCl D

2.化氢分解不需要加热（对）在下列反应中，属于氧化还原反应的是₂

2.A.CaO+H O₂₂₂₂₂₃氧气密度比空气小，因此收集时应采用向上排空气法=CaOH B.2H O=2H O+O↑C.CaCO

3.₂₂（答（错）=CaO+CO↑D.NaOH+HCl=NaCl+H O案）制取B氧气的实验中，检验气体是否为氧气的方法是用植物白天进行光合作用释放氧气，夜间只进行呼吸作用消耗

3.A.

4.澄清石灰水检验用湿润的试纸检验用带火星的木氧气（对）B.pH C.条检验用点燃的镁条检验（答案）D.C氧气与氮气都是无色无味气体，通过肉眼无法区分（对）

5.课后思考与展望氧气与未来能源探索清洁高效的氧化反应，开发新型燃料电池技术太空环境氧气供应研发闭环生命支持系统，实现火星等外星球氧气就地制取氧气与生命科学深入理解氧浓度对细胞代谢的影响，开发精准氧疗新方法环境中的氧平衡监测全球氧气循环变化，开发人工光合作用技术增加氧气随着科技发展，氧气研究正向多领域拓展新型催化材料使氧气参与的反应更高效、更环保；可穿戴氧传感器实时监测人体血氧和环境氧水平；人工光合作用技术有望实现二氧化碳直接转化为氧气和有机物；富氧医学为多种疾病提供新疗法我们鼓励同学们开展自主实验与创新可尝试比较不同植物产氧效率，设计微型氧气发生器，研究不同因素对水体溶解氧的影响，或探索氧气在日常生活中的新应用通过这些实践活动，不仅能巩固所学知识，还能培养科学探究精神和创新能力，为未来氧气科技发展贡献力量。