氧气的制法与性质

一、 实验的目的与要求

掌握实验室制取和收集氧气的方法及性质实验的操作技巧；初步掌握本实验的演示教学方法。

二、 实验原理

1、 高锰酸钾法：2KMnO4 △ K2MnO4+MnO2+O2↑

2、 过氧化氢法：2H2O2 MnO2 2H2O+O2↑

3、 氧气的性质：

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（每升水溶解氧气约30ml）。

氧气的化学性质很活泼。它不仅可以助燃，而且在高温或点燃条件下可以和大多数金属、非金属发生反应，放出大量的热。

三、 仪器、材料和药品

硬质大试管、锥形瓶、分液漏斗、单孔橡皮塞、双孔橡皮塞、300玻璃弯管、1200玻璃弯管、酒精灯、火柴、垫木、水槽、集气瓶、蒸发皿、毛玻璃片、橡皮软管、铁架台（配铁夹）、玻璃棒、钥匙、脱脂棉、托盘天平、燃烧匙、大烧杯、坩埚钳、砂纸、细河沙、镊子、试管及试管夹；MnO2、KMnO4、10%H2O2、硫磺、木炭、铁丝、蜡烛、澄清石灰水。

四、 实验内容

1、 O2的制取与收集

KMnO4加热分解制取氧气装置

（1）KMnO4加热分解法

首先检查装置的气密性。取15g KMnO4加入硬质试管中，管口放好脱脂棉后，塞紧单孔塞。否则，药品会随产生的气流喷向试管口。KMnO4反应安全，约可得到1000mlO2。 准备6只集气瓶，装满水后用毛玻璃片横切瓶口，盖住以不留水泡为度，然后依次倒置在水槽中。装置如图所示，点燃酒精灯后，先均匀预热试管，然后集中在试管的中下部加热，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，这事将导气管伸进集气瓶集气。当气泡量略有减少时，可移动酒精灯向试管底部加热。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，如此连续收集6瓶氧气。

实验现象：加热一段时间后，导管口产生连续均匀的气泡，伴随着集气瓶内水逐渐减少 ，氧气增多。实验完毕，先取出导管再撤离灯火，以防水被倒吸。

（2）H2O2分解法

实验装置如图所示

H2O2分解制氧气实验装置

在锥形烧瓶中装入0.5-1.5g MnO2，用带有分液漏斗的塞子塞住瓶口，分液漏斗中装入H2O2，其质量分数10% —15%为宜（与水的体积之比：1：1-—1：4）。溶液中双氧H2O2太少，反应太慢，过多则因反应剧烈而易引起喷发事故。30%的H2O220ml，完全分解可以收集到氧气2000ml.

由于H2O2易分解，稀释时应该用蒸馏水，并在用前稀释。

实验现象：加入H2O2后，产生大量气泡及烟雾，同时导管口冒出大量气泡，收集氧气很迅速。实验过程中由于加入H2O2过快，导致水倒吸进锥形瓶，关闭分液漏斗塞子并排气后实验恢复。

2.氧气的性质

(1) 硫在O2中的燃烧

取一洁净的燃烧匙，放入少量的硫磺粉，酒精灯上加热至燃烧，发出微弱的淡蓝色火焰。然后将燃烧着的硫匙由上往下缓缓伸进集有O2的集气瓶中，这是火焰颜色呈现为明亮的蓝紫色，并伴有刺激性气味的二氧化硫气体生成。

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。

（2）碳在O2中的燃烧

用坩埚钳或镊子夹取一小段木炭，在酒精灯上烧至红热，在缓慢伸进装满O2的集气瓶中，可看到木炭燃烧的更剧烈并发出白光。给此集气瓶中倒入少量的澄清石灰水，振荡，石灰水变浑浊。

（3）铁在O2中的燃烧

准备一条铁丝（粗细以石棉网上的铁丝为度或者比它更细），砂纸擦亮后弯成螺旋状，其端部缚一根火柴，点燃火柴，燃至火焰将尽时，伸入铺有一层细河纱的集气瓶中，会看到铁丝在O2中燃烧，火星四射，并生成黑色的熔融物Fe3O4。

（4）蜡烛在O2中的燃烧

用小刀截取一段长约1cm的蜡烛，放入燃烧匙，点燃后伸入O2瓶中，蜡烛的火焰更加亮白，集气瓶中倒入少量的石灰水，振荡后变浑浊。

五、 注意事项

1、 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。MnO2可灼烧实现提纯。

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

3、 H2O2在pH=4时最稳定。炭粉和尘埃都能使H2O2分解，在碱性溶液中分解最快。为防止H2O2的分解，保存时可加入少量的H3PO4作为稳定剂，并贮存在不透明的塑料瓶中。使用时加入少量的碱。30%的H2O2对皮肤有强烈的腐蚀作用，操作时应该戴上防护手套。

4、 做O2的性质实验时，燃烧时一定要放在集气瓶中央，切勿靠近瓶壁，以防集气瓶炸裂。

5、 另外，在做铁丝燃烧试验时，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，高温时熔融物质会使集气瓶爆裂。

六、 讨论与研究

1、 KClO3单独加热，在3650C时熔化，约在3800C时发生分解生成KClO4、KCl和O2，继续加热至4000C以上，KClO4分解为KCl和O2。而在催化剂MnO2存在下，KClO3加热至2400C时即可分解出O2来。

2、 KMnO4加热的温度高于2000C，便有O2产生。

3、 H2O2在有催化剂存在时，常温下即可分解出O2来。从绿色化学的角度来看，H2O2制取O2最好，KMnO4最差。

4、 用KClO3和MnO2的混合物制取O2，在用排水法集气的瓶中常有刺激性气味并出现白色的烟雾。经静置、水或稀NaOH溶液洗涤及缓慢加热反应物，控制产生O2速率，即可除去。产生此现象的原因可能是少量的Cl2和KCl颗粒及其未被分解的KClO3所致。

5、 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。但是由于KMnO4中的氧不能全部放出，故反应物的利用较低。

6、 H2O2同制取氧气不用加热，常温下即可反应，另外，反应后的产物除了氧气之外，其余的都是水，不污染环境，值得提倡。