氧气的实验室制法与性质

一、实验原理：

1.氯酸钾法： 2KClO3  2KCl+3O2↑（MnO2作催化剂）

由于市售的MnO2中常混有有机物和炭屑等杂质，若与KClO3相混合后加热，会看到试管里出现闪光，发生危险。为确保安全，可先将MnO2放在铁盘或蒸发皿中加强热至暗红，使可燃物在空气中燃尽。

颗粒状KClO3晶体可放在研钵中用杵慢慢压碎，切不可研磨，更不能把它与MnO2混合研磨，以免引起爆炸。压细后，可将两者放在洁净的瓷蒸发皿中，用玻璃棒轻轻搅和，混合均匀后，装入硬质试管中。

综上，为了安全起见，该实验过程由老师演示完成。

2.高锰酸钾法： 

用KMnO4分解制O2的优点是不用催化剂，加热分解的温度要比KClO3法低，操作方便、安全，适于学生分组实验。但由于KMnO4中的氧不能全部放出，故反应物的利用率较低。另外，KMnO4在加热时，颗粒容易迸裂而从导气管冲进水槽，或致导气管阻塞。防止的办法就是在试管口放一团脱脂棉即可。

3、过氧化氢法： 2H2O2  2H2O+O2↑（MnO2作催化剂）

H2O2制O2不用加热，常温下即可反应，另外，反应后的产物除了O2外            其余都是H2O，不污染环境，值得提倡。

用双氧水制氧气，其质量分数以10为宜（与水的体积比：1：11:4）。溶液中H2O2过少，反应太慢，过多则因反映剧烈而易引起喷发事故。

此外，本次实验主要以此法制备O2。

4.氧气的性质:

物理性质：在通常状况下，O2为无色无味的气体。 在标准状况下，O2的密度(1.429g/L)比空气的平均密度(1.293g/L)大。不易溶于水(每升水溶解O2约30mL)。 

化学性质：比较活泼，它不仅可以助燃，而且在点燃或高温条件下可以和大多数金属、非金属发生反应，放出大量热。

二、实验操作过程与实验现象

1.O2的制取与收集

(1)KMnO4加热分解法

制取装置及氧气的收集操作如下：

步骤：

a、组－按装置图组装好仪器；

b、查－检查装置的气密性；

c、装－装药品，取20g KMnO4入硬质试管中，管口放好脱脂棉后，塞紧单孔塞；

d、定－把试管固定到铁架台上；

e、点－点燃酒精灯加热（先均匀预热，再集中加热试管中下部）；

f、收－收集气体（可用排水法和向上排空气法，此处用排水法）;

g、离－把导管从水槽中取出；

h、熄－熄灭酒精灯。

收集：

导气管开始有气泡冒出，待气泡快速、均匀冒出时，即表示管中空气排尽，这时将导气管伸进集气瓶集气。当集气瓶口冒出第一个气泡时，表示已集满O2，这时用毛玻璃片盖住瓶口，移出水面。

现象：

加热高锰酸钾：试管内有高锰酸钾升华形成的紫色蒸气，固体物颜色变深，呈黑色（二氧化锰和锰酸钾），水槽中的导管口有气泡冒出。

（2）H2O2分解法 

H2O2分解制取氧气装置图如下：

步骤：

a、按图组装好仪器；

b、检查气密性；

c、装好药品：

在蒸馏烧瓶中装入0.5～1.5g（本次采用0.5g） MnO2，用带有分液漏斗的塞子塞住锥形瓶，分液漏斗中装入刚稀释好的H2 ，（与水体积比为1:3)。 30%的H2O2　20mL，完全分解后可收集到O2约2000mL。

收集与(1)相同。

现象：有大量的气泡产生。

2、O2的性质

(1)硫在O2中的燃烧

操作：取一洁净的燃烧匙，放入少量硫磺粉，酒精灯上加热至燃烧，然后将燃着的硫匙由上往下缓缓伸进集有O2的集气瓶中

现象：留在酒精灯上加热燃烧时发出微弱的淡蓝色火焰，伸进集气瓶后火焰由微弱的淡蓝色呈现为明亮的蓝紫色，有白雾产生，并伴有刺激性气味的气体生成。（为避免污染空气，将燃烧匙取出后及时淬入盛有冷水的大烧杯中。）

反应：S+ O２=SO2

(2)碳在O２中的燃烧

操作：用镊子夹取一小段木炭，在酒精灯上烧至红热，再缓慢伸进盛满O2的集气瓶中。

现象：观察到木炭燃烧得更剧烈，并发出白光并产生明亮的火焰。给此集气瓶中倒入少量澄清石灰水，振荡，石灰水变混浊。

反应：C+ O2 =CO2

 (3)铁在O2中的燃烧

操作：准备一条铁丝(粗细以石棉网上的铁丝为度或比它更细)，砂纸檫亮后弯成螺旋状，其端部缚一根火柴，点燃火柴，烧至火焰将尽时，伸入装有少量水的集气瓶中。（本实验铁丝较细，产生高温熔融物少，故用水代替细沙。）

现象：会看到铁丝在O2中燃烧，火星四射，并生成黑色的熔融物。

反应：3Fe+ 2O2=Fe3O4

(4)蜡烛在O2中的燃烧

操作：用小刀截取长约1cm长蜡烛一段，放入燃烧匙，点燃后伸入集气瓶中。

现象：蜡烛的火焰更加亮白，集气瓶中注入少量石灰水，振荡后变混浊。

三、实验应注意的事项

1.KClO3、MnO2和KMnO4若含有可燃物，在高温加热时会出现事故。因此在使用前要进行检查。其方法是：取少量药品放入洁净试管中加热，如果发现有火星出现，这种药品是不纯净的，不可使用。若要使用，必须先做处理。KClO3可通过重结晶办法提纯，MnO2可灼烧。

2.学生实验若使用KClO3，一定要注意避免学生误将红磷当MnO2，否则会酿成强烈的爆炸事故。

3.H2O2在pH=4时最稳定。炭粉及尘埃都能使H2O2分解，在碱性溶液中分解最快。为防止H2O2分解，保存时可加入少量磷酸作为稳定剂，并贮存在不透明的塑料瓶中。使用时可加入少量碱。30%的H2O2对皮肤有强烈的腐蚀作用，操作时应戴上防护手套。

4.做O2性质实验时，燃烧物一定要放置于集气瓶，切勿靠近瓶壁，以防集气瓶炸裂。

5.高锰酸钾法制氧气时，试管口要略向下倾斜，防止倒流。

6.另外，在做铁丝燃烧实验时，集气瓶底一定要铺细砂而不能用水代替。因熔铁落入水中后，导热不良，高温的融熔物质会使集气瓶破裂。

四、文献综述

有关氧气实验室制法的几个问题中探讨了氧气实验室制法的思路和方法，并说明了用KClO3 制取氧气时催化剂的作用。加热KMnO和 KClO3 的混合物时也能迅速放出氧气，提到了安装氧气发生装置时的注意事项，介绍了实验室制备氧气的收集方法，并对排水法收集氧气的操作进行了详细的解说。对装置的采用也进行了探讨。

《对新教材中“氧气制备实验”的教学思考》中，将实验室提供的三种制备氧气的每一种方法的教学意图，在教学中如何把握进行了思考。从各个方法可能基于的原则，和教材为何如此处理等做了进一步的思考。笔者认为，教材所提供的三种制取氧气的方法其教学侧重点不一样的：氧气的方法其教学侧重点是不一样的： “用双氧水和二氧化锰混合制取氧气” 侧重于催化剂概念的教学； 用 “氯酸钾和二氧化锰混合共热制取氧气” 侧重于基本实验方法和技能的教学； “单独加热高锰酸钾制取氧气” 侧重于为中学化学的后续学习打下基础。

在使用新教材的过程中教师一定要注意钻研教材、钻研课标、准确把握教学内容才能科学灵活地运用新课标和新教材实施教学达到最好的教学效果。

五、参考文献.1、 马玉山. 《氧气的制取和性质》实验中的注意事项[J]. 青海师专学报, 1999,(S1) .2、曹志兵. 对新教材中“氧气制备实验”的教学思考[J]. 化学教学, 2008,(11)

3、 刘双生. 有关氧气实验室制法的几个问题[J]. 中学教与学, 2001,(09)

4、 孙玉德,马胜利. 氧气的性质探究性教学实践[J]. 教学仪器与实验, 2004,(04) .

5、 许纪芬. 氧气的性质实验改进[J]. 化学教学, 2009,(09) .