氧氣的制備及性質(zhì)

氧氣的制備及性質(zhì)一.實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)掌握實(shí)驗(yàn)室制備02與o2性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的操作;初步學(xué)會(huì)本實(shí)驗(yàn)的演示教學(xué)方法。二.實(shí)驗(yàn)原理1.H1.H2O2法:2H曲―52H#+02T2.KMnO42.KMnO4法:2KMnO4=KzMnO4+Mn02+02T02物理性質(zhì)：通常狀況下，02為無(wú)色無(wú)味的氣體；在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，02的密度為（1.4298力）比空氣的平均密度（1.293g/L）大；02不易溶于水（每升水大約可溶解30ml氧氣）。02化學(xué)性質(zhì)：氧氣的化學(xué)性質(zhì)很活潑。它不僅可以助燃，而且在點(diǎn)燃或高溫條件下可以和大多金屬、非金屬發(fā)生反應(yīng)，大量放熱。三.儀器、材料與試劑硬質(zhì)大試管、抽濾瓶、分液漏斗、單孔橡皮塞、30口玻璃彎管、120口玻璃彎管、酒精燈、集氣瓶、水槽、毛玻璃片、橡皮軟管、鐵架臺(tái)、火柴、玻璃棒、藥匙、脫脂棉、托盤(pán)天平、燃燒匙、200ml燒杯、坩堝鉗；Mn02、KMnO4、30%H2O2、S、木炭、鐵絲、蠟燭、澄清石灰水、砂紙四.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容.氧氣的制取和收集（1）h2o2催化分解法實(shí)驗(yàn)裝置如下圖,H2O2制備02只用催化劑，不用加熱，常溫下即可反應(yīng)。另外反應(yīng)后的產(chǎn)物不污染環(huán)境，值得提倡。檢查裝置氣密性，將導(dǎo)氣管通入到水中，用手握住抽濾瓶對(duì)其微熱，在導(dǎo)氣管末端會(huì)有氣泡產(chǎn)生。在松開(kāi)手后，導(dǎo)氣管末端有一段水柱上升，則證明裝置氣密性良好。在蒸餾燒瓶中裝入里克MnO2,將與燒瓶口匹配的分液漏斗塞住燒瓶口分液漏斗中加入H2O2（取30ml30%H2O2稀釋到盛有30ml水的200ml燒杯中）。③將集氣瓶裝滿水并倒扣于水槽中，打開(kāi)分液漏斗活塞，等到導(dǎo)管口有均勻連續(xù)氣泡逸出，將導(dǎo)管伸入集氣瓶?jī)?nèi)（此時(shí)集氣瓶仍為倒置），觀察到有連續(xù)的氣泡從瓶口冒出，移開(kāi)導(dǎo)管，用玻璃片毛面迅速封口，從水槽中取出集氣瓶既可。收集四瓶氣體。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:打開(kāi)分液漏斗活塞后，可以觀察有大量氣泡冒出.，同時(shí)觀察到燒瓶中出現(xiàn)煙霧。⑤注意事項(xiàng)：H2O2的質(zhì)量分?jǐn)?shù)一般為30%，使用期要用蒸餾水稀釋至15%左右。若h2o2濃度過(guò)低，反應(yīng)會(huì)太慢，過(guò)高，則反應(yīng)劇烈易噴發(fā)；由于h2o2易分解，稀釋時(shí)應(yīng)當(dāng)用蒸餾水，并隨用隨配；30%的H2O2對(duì)皮膚有強(qiáng)烈的腐蝕作用，操作過(guò)程中應(yīng)戴上護(hù)目鏡和防護(hù)手套。（2）KMnO4加熱分解法實(shí)驗(yàn)裝置如下圖,用KMnO4分解制O2的優(yōu)點(diǎn)是不用催化劑，加熱分解的溫度要比KClO3低，操作方便安全，便于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。但由于KMnO4中的氧不能全部放出，固體反應(yīng)物的利用率較低。①檢查裝置氣密性，將導(dǎo)氣管通入到水中，用手握住試管對(duì)其微熱，在導(dǎo)氣管末端會(huì)有氣泡產(chǎn)生。在松開(kāi)手后，導(dǎo)氣管末端有一段水柱上升，則證明裝置氣密性良好。②在試管中裝入7g高錳酸鉀，并在試管口放一團(tuán)棉花，用帶有導(dǎo)管的塞子塞緊管口。把試管口略向下傾斜固定在鐵架臺(tái)上。將集氣瓶裝滿水，并用玻璃片蓋住瓶口。然后把盛滿水的瓶子連同玻璃片一起倒立在盛水的水槽里。③給試管加熱。先使酒精燈火焰在試管下方來(lái)回移動(dòng)，讓試管均勻受熱，然后集中在試管中加高錳酸鉀的部位進(jìn)行加熱。④導(dǎo)管口開(kāi)始有氣泡放出時(shí)，不宜立即收集，當(dāng)氣泡連續(xù)地并比較均勻地放出時(shí)，即表示管中空氣已排盡，這時(shí)將導(dǎo)氣管盛滿水的集氣瓶集氣。當(dāng)氣泡量略有減少時(shí)，可移動(dòng)酒精燈向試管底部加熱。等瓶子里的水排完以后，（當(dāng)集氣瓶

口冒出第一個(gè)氣泡時(shí)，表示已集滿02）,在水下面用毛玻璃片蓋住瓶口。小心地把瓶子移出水槽，正放在桌子上。⑤停止加熱時(shí)，先要把導(dǎo)管移出水面，然后再熄滅酒精。（如果先熄滅酒精燈，可能會(huì)出現(xiàn)倒吸）⑥實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：高錳酸鉀在加熱時(shí)有紫色的蒸汽產(chǎn)生。⑦注意事項(xiàng)：KMnO4在加熱時(shí)，顆粒容易迸裂，會(huì)從導(dǎo)氣管沖進(jìn)水槽或者導(dǎo)致導(dǎo)氣管堵塞，因此要在大試管口放一團(tuán)脫脂棉，能使氣體通過(guò)，阻止固體通過(guò)；點(diǎn)燃酒精燈后，先均勻預(yù)熱試管，然后集中在試管的中下部均勻加熱；實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，先將導(dǎo)氣管移出水面，然后熄滅酒精燈，防止水槽中的水倒流，炸裂試管。2、氧氣的性質(zhì)與實(shí)驗(yàn)（1）硫在02中的燃燒：取一潔凈的燃燒匙，放入少量硫磺粉，在酒精燈上加熱至燃燒，發(fā)出微弱的淡藍(lán)色火焰，然后將燃著的硫匙由上往下緩緩伸進(jìn)集有02的集氣瓶中。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在酒精燈上加熱會(huì)發(fā)出微弱的淡藍(lán)色火焰，而在氧氣瓶中火焰顏色為明亮的藍(lán)色，并有刺激性氣味的氣體產(chǎn)生。點(diǎn)燃S+02 -S02注意事項(xiàng)：燃燒物定要放于集氣瓶中央，切勿靠近瓶壁，以防集氣瓶炸裂；在硫的燃燒試驗(yàn)中，為避免污染空氣，將燃燒匙取出后及時(shí)淬入盛有冷水的大燒杯中；（2）碳在02中的燃燒：用坩堝鉗夾取一小段木炭，在酒精燈上燒至紅熱，再緩慢伸進(jìn)盛滿氧氣的集氣瓶中，觀察現(xiàn)象。給此集氣瓶中倒入少量澄清石灰水，振蕩。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：木炭在02中燃燒得更劇烈，并發(fā)出白色亮光，并伴有少量煙產(chǎn)生。加入的澄清石灰水變渾濁。C+02C+02點(diǎn)燃C02+Ca(0H)2C02二CaC03+H20注意事項(xiàng)：燃燒物定要放于集氣瓶中央，切勿靠近瓶壁，以防集氣瓶炸裂（3）鐵在02中的燃燒：取一小段細(xì)鐵絲，將其繞在火柴上，用坩堝鉗夾住兩頭的鐵絲，點(diǎn)燃火柴，燒至火焰將盡時(shí)，伸入瓶底留有少許水的集氣瓶中。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：在空氣中只看到火柴燃燒，鐵絲被燒紅。鐵絲在氧氣中燃燒，火星四射，并生成黑色的熔融物。點(diǎn)燃3Fe+2O2 Fe3O4注意事項(xiàng)：燃燒物定要放于集氣瓶中央，切勿靠近瓶壁，以防集氣瓶炸裂；在鐵絲的燃燒試驗(yàn)中，集氣瓶底一定要鋪細(xì)砂或者留有部分水，高溫的熔融物會(huì)使集氣瓶底炸裂。（4）蠟燭在02中的燃燒：取一小截蠟燭，放入燃燒匙，點(diǎn)燃后伸入集氣瓶中，觀察現(xiàn)象，給此集氣瓶中倒入少量澄清石灰水，振蕩。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：蠟燭在酒精燈上只在一端燃燒，而在02中會(huì)全部燃燒，火焰更加亮白，石灰水變渾濁。注意事項(xiàng)：燃燒物定要放于集氣瓶中央，切勿靠近瓶壁，以防集氣瓶炸裂五.實(shí)驗(yàn)安全與個(gè)人防護(hù)分液漏斗使用前要給旋鈕部涂凡士林以密封，然后檢驗(yàn)氣密性。實(shí)驗(yàn)完畢，清除凡士林并夾硬紙以防旋鈕與套粘連。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%的過(guò)氧化氫對(duì)皮膚有強(qiáng)烈的腐蝕作用，操作時(shí)應(yīng)穿實(shí)驗(yàn)服，戴護(hù)目鏡和防護(hù)手套。KMnO4、K2MnO4、MnO2具有強(qiáng)氧化性，不能與皮膚直接接觸，特別是濕的皮膚。O2的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)注意環(huán)境保護(hù)，不使有害氣體從集氣瓶?jī)?nèi)逃逸出來(lái)。進(jìn)實(shí)驗(yàn)室不留長(zhǎng)發(fā)，不飲食，不穿拖鞋、短裙和短褲，不將書(shū)本和書(shū)包攤放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)面。首次進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，知道消防器材和沙箱位置，會(huì)正確使用。實(shí)驗(yàn)前，先投濕抹布，放固定位置。實(shí)驗(yàn)后形成的固、液、氣體廢棄物統(tǒng)一放至指定容器，不亂拋灑。六.相關(guān)文獻(xiàn)與重點(diǎn)文獻(xiàn)綜述[1]于安源.用過(guò)氧化氫溶液和二氧化鎰制備氧氣實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014，（04）：53.評(píng)價(jià)：文獻(xiàn)講述了在過(guò)氧化氫制氧氣實(shí)驗(yàn)中二氧化錳起了催化作用，可以回收再利用，但是實(shí)驗(yàn)后老師怕麻煩,不愿費(fèi)時(shí)費(fèi)力,所以很少有過(guò)濾回收的。在做了改進(jìn)后達(dá)到了兩個(gè)目的：一、方便回收，循環(huán)再使用；二、快速驗(yàn)證二氧化錳的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)反應(yīng)前后都不變，幫助學(xué)生理解催化劑的概念。[2]潘國(guó)榮，白顯圣，等.實(shí)驗(yàn)室制取氧氣方法的對(duì)比及建議[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（09）：45-47.評(píng)價(jià)：該文獻(xiàn)討論了KMnO4、KClO4、H2O2三種物質(zhì)制取氧氣方法的特點(diǎn)，旨在為中學(xué)化學(xué)教學(xué)探尋一種實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的優(yōu)化方案。通過(guò)從成本、氧氣純度、操作、環(huán)保、安全、能源消耗等對(duì)比得出，使用過(guò)氧化氫分解制取氧氣是一種比較高效、節(jié)能、環(huán)保、安全的好方法。該文獻(xiàn)得出的結(jié)論為實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的方法及相關(guān)教學(xué)提供了有益的參考。［3］朱耀揚(yáng)，朱恩.氧氣的制取和性質(zhì)的微型實(shí)驗(yàn)［J］.化學(xué)教學(xué)，2012，（04）：41-43.評(píng)價(jià)：針對(duì)教科書(shū)上實(shí)驗(yàn)裝置復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不能有效控制反應(yīng)速度、缺少回收措施以及安全隱患等方面的問(wèn)題，該文獻(xiàn)以綠色化學(xué)、微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)的核心思想為指導(dǎo)，介紹了了“氧氣制取和性質(zhì)”的微型實(shí)驗(yàn)。［4］朱麗.“氧氣的制取及性質(zhì)”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)［J］.課程教材教學(xué)研究（中教研究），2008,（Z6）：63.評(píng)價(jià)：該文獻(xiàn)將氧氣的制備，性質(zhì)，環(huán)保這三個(gè)知識(shí)點(diǎn)結(jié)合在一起設(shè)計(jì)了組合裝置，這樣既提高了知識(shí)的效率，而且使知識(shí)系統(tǒng)化，具有直觀，對(duì)比性強(qiáng)的效果，有利于培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和綜合能力。［5］盧香宇.過(guò)氧化氫制取氧氣的新方法［J］.化學(xué)教學(xué)，2008（03）：9-10.評(píng)價(jià)：該文獻(xiàn)探究以水泥為載體，制成粒狀MnO2催化劑，能解決過(guò)氧化氫催化制取氧氣過(guò)程中MnO2催化劑的回收問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，使學(xué)生易于觀察。這樣做既達(dá)到了不浪費(fèi)藥品、保護(hù)環(huán)境的目的，又有利于培養(yǎng)學(xué)生的節(jié)約意識(shí)和環(huán)保意識(shí)。同時(shí)該文獻(xiàn)通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣，激發(fā)了化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣，并增進(jìn)了對(duì)科學(xué)探究過(guò)程的理解。［6］吳江明.實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的綠色化探索［J］.化學(xué)教學(xué)，2004，（10）：13.評(píng)價(jià)：這篇文獻(xiàn)從反應(yīng)原理、生產(chǎn)原料、制取過(guò)程三個(gè)方面對(duì)實(shí)驗(yàn)室制取氧氣進(jìn)行了分析，以期探索理想的制取氧氣的綠色化途徑。通常在實(shí)驗(yàn)室中用H202制備氧氣時(shí)，如果按照教材中的方法，生成氧氣的反應(yīng)速率過(guò)快，不易控制，產(chǎn)生氧氣的氣流也很不均勻。作者為了解決這個(gè)問(wèn)題,提出了一個(gè)非常有效的措施，即采用將粉末狀的MnO2分散在塊狀的不溶于水的固體載體中。［7］李德前.試管直立情況下加熱高鎰酸鉀制取氧氣的可行性研究［”.化學(xué)教育，2012,（08）：77-79.評(píng)價(jià)：該文獻(xiàn)利用控制變量法設(shè)計(jì)對(duì)比實(shí)驗(yàn)，通過(guò)比較放出氧氣的速率、氧氣的產(chǎn)率等幾個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，使用直立式發(fā)生裝置加熱高錳酸鉀制氧氣，比使用斜臥式發(fā)生裝置簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)操作、縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間、提高了課堂