氧气的制法(自学材料)

§ 2·5 氧气的制法
在空气里虽然含有相当多的氧气，但工业上或者实验室里，往往都需用纯粹的氧气。

因此，我们有必要研究制取纯氧的方法。

自然界里的哪些物质可以用作制造氧气的原料呢？前面讲过，氧在自然界里，既有以游离态存在的（单质的氧气，主要存在在空气里），也有以化合态存在在各种含氧化合物里的。

这些含有氧元素（游离态或化合态）的物质，都有可能用作制造氧气的原料。

由于所用原料的不同，制取氧气就有两类不同的方法。

第一类方法是以空气为原料，通过物理的方法，把氧气从空气里分离出来。

第二类方法是以含氧化合物为原料，通过化学反应，使其中所含的氧游离出来，成为单质的氧气。

第一类方法需用的装置比较复杂，但原料（空气）可以随处取得，成本少，适宜于工业上大量生产氧气；第二类方法的操作比较方便，适宜于实验室里制取少量氧气。

下面我们分别来介绍。

氧气的实验室制法实验室里制取氧气是用含氧化合物为原料的。

这些含氧化合物，必须具备下面两个条件：
第一，这种含氧化合物是较不稳定的，在加热时容易分解放出氧气；
第二，这种含氧化合物里含氧的百分比是比较高的，能分解放出较多的氧气。

在实验室里最常用的，符合于这两个条件的含氧化合物是氯酸钾（分子式是KClO3）,它含氧的百分比比较高（达40%左右），而且在不太高的温度下就能分解放出氧气。

用氯酸钾制取氧气的方法是：先把固体氯酸钾放在试管里，加热（图2·7(a)），
不久，氯酸钾固体开始熔化（氯酸钾的熔点是357℃），但这时还不分解放出氧气，继续加热到大约400℃时，就有氧气气泡从熔化的氯酸钾里缓慢地放出。

这时如果用一根带有余烬的木条放在管口，木条就会燃烧起来。

这一反应可以用下面的式子表示：
这是一个分解反应，反应时由一种物质变成两种新物质（氯化钾和氧气）。

氯酸钾里的氧是化合态的，当它分解出来后，就转变成游离态的氧气了。

如果我们在熔化的氯酸钾里加入少量黑色的二氧化锰（MnO2）粉末，氯酸钾会迅速分解，有多量的氧气放出（图2·7(b)）。

在实验室里实际制取氧气时，我们就预先在氯酸钾的粉末里混入适量的二氧化锰，这样，就不需加热到氯化钾熔化的温度，在200℃左右时，就能得到多量的氧气。

在反应结束后，实验证明，二氧化锰的质量并没有减少，也就是说，二氧化锰在反应过程里没有任何的消耗。

由此可知，所得的氧气并不是从二氧化锰
里分解出来的，而仍然是从氯酸钾里分解出来的。

由此可以看出，在氯酸钾分解的化学反应里，二氧化锰只是起了加快氯酸钾分解速度的作用，使氯酸钾在不太高的温度下就能迅速分解。

在化学反应里，一种物质只是改变了其他物质反应的速度，而它本身的质量在反应后并不改变，这叫物质对这个反应来说，叫做催化剂。

催化剂的这种作用，叫做催化作用。

二氧化锰在氯酸钾分解反应里所起的作用就是一种催化作用。

氯酸钾分解放出的氧气常用“排水集气法”（装置如图2·8所示）收集在集
气瓶里，以供试验氧气性质只用。

氧气的工业制法前面讲过，工业上制取氧气是以空气为原料的。

从空气制取氧气的过程是：先把空气增加压强和降低温度，使它转变成液态空气（§2·1）。

空气的液化是一个物理变化，在变化的过程里并没有新物质生成，因此液态空气主要是由“液态氧气”和“液态氮气”所组成。

在1个大气压下，液态氧的沸点是-183℃，而液态氮的沸点是-196℃，比液态氧更低。

我们知道，当蒸汽两种不同沸点的液态混合物时，沸点比较低的那种液体将首先蒸发，沸点比较高的则残留下来。

当液态空气蒸发时，首先蒸发出来的是氮气，残留下来的是液态氧，这样，就把氮气和氧气分离开来。

把残留下来液态氧蒸
发就能得到纯净的氧气。

这样得到的氧气再用很大的压力（一般用150大气压）压入钢筒（图2·9）贮存起来。

这种钢筒我们在有些工厂和医院里常能看到。

习题2·5
1．什么叫做催化剂？什么叫做催化作用？把少量二氧化锰和氯酸钾混合后加热能分解放出氧气，二氧化锰和氯酸钾哪一个是催化剂？为什么？
2．实验室和工业上怎样制备氧气？
3．为什么说实验室里从含氧化物制氧气是一个化学变化，而工业上从空气制氧气则是一个物理变化?
4．氧化汞（HgO）和氯酸钾（KClO3）里哪一个含氧百分率比较高？为什么？【提示：根据分子式算出。

】。