探究实验设计之氧气的实验室制取.doc

探究实验设计之氧气的实验室制取

探究实验设计之氧气的实验室制取
1．化学反应原理
实验室可利用氯酸钾与二氧化锰混合加热、高锰酸钾加热或过氧化氢溶液和二氧化锰混合制取氧气。

如果实验室缺少MnO2时，可用KMnO4、Fe2O3、CuO等代替MnO2，效果也很不错，而且价格比MnO2低得多。
2．实验仪器：试管、酒精灯、铁架台、带导管的单孔塞、分液漏斗、带导管的双孔塞、水槽、集气瓶、玻璃片。
实验药品：高锰酸钾、二氧化锰、3%过氧化氢溶液。
3．探究方案：
⑴加热高锰酸钾制氧气
①按图8-1所示，将装置连接好。

②检查装置的气密性。若气温较高，用手握方法加热试管的效果很差，几乎看不到导管口有气泡冒出。此时，可用酒精灯微微加热试管，观察导管口是否有气泡放出。再移却酒精灯，静置一会，可观察到水进入导管，在导管里形成一段水柱。证明装置的气密性完好。
③在试管内装入约7g左右高锰酸钾（用250mL集气瓶收集，可收集到两瓶气体），按要求装好装置：铁夹夹持试管前半端，试管口略向下倾斜；并在试管口部位加一团棉花。
④点燃酒精灯加热，待导管末端气泡均匀放出时，用排水集气法收集气体。加热时，应从前往后慢慢移动酒精灯。若先加热试管后端，气流会将高锰酸钾粉尘冲到导管内。
⑤待气泡从集气瓶口往外冒出时，用水下盖住集气瓶口，移出水面，正放在桌面上待用。
⑥将导管从水槽出取出。
熄灭酒精灯，停止加热。
⑧用带火星木条伸入集气瓶内，木条复燃，证明收集的气体是氧气。
⑶用过氧化氢和二氧化锰混合制取氧气。
①按图8-2所示，将装置连接好。

②检查装置的气密性：用止水夹夹住胶皮管，向分液漏斗中注入水，打开分液漏斗活塞，水不会持续流入锥形瓶中，证明装置不漏气。
③在锥形瓶中加入适量的二氧化锰。塞上塞子。
④在分液漏斗中加入过氧化氢溶液，打开塞子，缓慢滴入溶液（根据反应速度确定滴加过氧化氢溶液的速度）。
⑤待气泡均匀且较快放出时，用排水法收集气体。
⑥关闭分液漏斗活塞，从水槽中取出导管。清理实验台。
4．探究评价：
⑴用氯酸钾和二氧化锰混合物制取氧气操作比较简便，产生气体速度适中，易控制反应速度，但由于有副反应，会使收集到的氧气带有白烟，同时有较浓厚的氯气气味。笔者曾用湿润的淀粉碘化钾试纸测试所生成的氧气，试纸变蓝色，说明气体中混有氯气。因此不是实验室制取氧气的最佳选择。
氯酸钾制取氧气最大的缺点是不安全，若氯酸钾中混有可燃性物质，在加热时会发生猛烈爆炸。如：

因此，用氯酸钾和二氧化锰混合加热制取氧气前，一定要对二氧化锰进行事先处理。一般可以将二氧化锰放入坩埚内用酒精喷灯灼烧，若发现二氧化锰中有火星放出，说明其中混有可燃性物质。必须灼烧足够时间，直到无火星放出时为止。
该实验中，二氧化锰加入的量决定了反应的速度，二氧化锰越多，反应速度越快。一般地，教师演示实验，加入的二氧化锰质量约为氯酸钾质量的三分之一为宜，学生实验以五分之一比较好。
⑶用高锰酸钾制取氧气，产生气体的速度比较快，且几乎没有副产物，是比较好的制取氧气的方法，但高锰酸钾的粉末颗粒很小，易被气体带入水槽中，故实验时，需要在试管口置一团棉花。
该实验最大的缺点是生成氧气的量比较少，生成的氧气的质量仅占高锰酸钾质量的10%左右，要制取较多的氧气，也不宜用该方法。
⑶用过氧化氢溶液和二氧化锰的混合物制取氧气，很安全，不需加热，生成氧气速度较快。但反应速度不易控制，必须通过控制分液漏斗滴加溶液的速度来控制反应速度，对于初做实验的学生来说，有一定的难度。
为了使反应速度不至于过快，过氧化氢溶液的速度需控制好。教师演示实验时，可控制过氧化氢溶液的浓度在5%～8%之间，学生实验时，必须控制过氧化氢溶液的浓度在3%以下。
5．资源开发：
⑴除二氧化锰上，还有很多物质可用来做该反应的催化剂。这些物质包括：ＴiO2、V2O5、Cr2O3、MoO3、P2O5、MnSO4、NaHSO4、Na2S2O4、Ca2P2O7、CuO、Fe2O3、PbO2、ZnO、Al2O3、Al2(SO4)3、CaCl2、KCl、NaCl、CaO、SiO2、碱石灰、细砂子、粉笔灰、碎瓷粉、砖瓦粉、玻璃粉、粘土、石灰石等。其中Fe2O3、CuO、PbO2等的实际效果，从表面上看，比MnO2的催化效果还要更好些。
验室若无二氧化锰时，完全可以用以上物质代替。
⑵用过氧化氢溶液时，若无二氧化锰，除用以上物质代替外，还可以用高锰酸钾代替，也有理想的放出氧气的速度。
⑶用过氧化氢溶液制取氧气时，可以用医用注射器代替分液漏斗，装置如图8-3所示，还可以用塑料瓶代替分液漏斗，装置如图8-4所示。

⑷可以不加催化剂而用直接加热过氧化氢溶液的方法制取过氧气。但要注意加热不可过猛，防止产生氧气的速度太快。