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氧气的实验室制取(2014.5.14朱晓辉公开课教学设计)发布日期:2014-06-20 访问人数:10855 新闻来源:www.699.netwww.699.net教科研

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。

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如果实验室缺少MnO2时,可用KMnO4Fe2O3CuO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

 加热高锰酸钾制氧气

按图8-1所示,将装置连接好。

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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。

在试管内装入约7 g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。

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。

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。

将导管从水槽出取出。

熄灭酒精灯,停止加热。

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。

  用过氧化氢和二氧化锰混合制取氧气。

按图8-2所示,将装置连接好。

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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。

在锥形瓶中加入适量的二氧化锰。塞上塞子。

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)。

待气泡均匀且较快放出时,用排水法收集气体。

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:

 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:

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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。

  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。

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

 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:TiO2V2O5Cr2O3MoO3P2O5MnSO4NaHSO4Na2S2O4Ca2P2O7CuOFe2O3PbO2ZnOAl2O3Al2(SO4)3CaCl2KClNaClCaOSiO2、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Fe2O3CuOPbO2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。

 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。

 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。

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 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。