氧气的制法与性质

氧气的制法与性质

姓名：洪浩

2011级化学一班第3实验小组

邮箱：809250023@

一、实验目的与要求

1.掌握实验室制取和收集氧气的方法以及性质实验的操作技巧

2.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加热

K2MnO

4

+MnO2+O2↑

2.过氧化氢法：2H2O2MnO2

2H2O+O2↑

3.氧气的性质：

在通常状况下，O2为无色无味的气体。在标准状况下，O2的密度是1.429g·L-1，比空气的平均密度（1.293g·L-1）大。不易溶于水，每升水能溶解氧气约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。

三、仪器、材料与药品

仪器：硬质大试管、集气瓶、水槽、毛玻璃片若干、锥形瓶、分液漏斗、单孔橡皮塞、30°玻璃弯管、120°玻璃弯管、橡皮软管、酒精灯、火柴、铁架台、铁夹、药匙、托盘天平、燃烧匙、大烧杯、坩埚钳、试管架、试管、试管夹。

药品及材料：脱脂棉、砂纸、MnO2、KMnO4、30%H2O2、硫黄、木炭、铁丝、蜡烛、澄清石灰水。

四、实验内容及实验步骤

1.O2的制取与收集

⑴用KMnO4分解制取氧气的优点是不使用催化剂，加热分解温度较低，操作方便、安全，适用于学生分组实验。但该法反应物的利用率较低。

步骤：

①将大试管、单孔塞、导气管等组合好后先进行气密性检测；

②取8g KMnO4加入干燥硬质试管中，为防止KMnO4在加热时，颗粒由于迸裂而从导气管冲进水槽导致气管阻塞，在试管口放一团脱脂棉，塞进单孔塞，连接好玻璃弯管和橡皮软管，将整套装置固定在铁架台上，试管口略微向下，调整高度，再将30º玻璃弯管一端伸入装有水的水槽中；

③点燃酒精灯，加热KMnO4，可以看到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；

④当集气瓶口冒出第一个气泡时，表示已集满O 2，这时用毛玻璃片盖住瓶口，缓慢移出水面。

⑤实验完毕，先取出导管再撤离酒精灯，以防止倒吸。实验装置如下：

KMnO 4加热分解法流程图

按上图连接装置

⑵H 2O 2分解法

H 2O 2分解法无需加热，常温下即可反应。另外反应产物除了O 2就是H 2O ，均对环境友好，值得提倡。

步骤：

①在锥形瓶中装入 1.0g MnO 2，用带有分液漏斗的塞子塞住烧瓶，在锥形瓶瓶口支管处连接好橡皮软管，另一端连30º玻璃弯管，伸入水槽中；

②分液漏斗中加入30％H 2O 2与蒸馏水以1:2稀释好的H 2O 2溶液；

③缓慢滴加H 2O 2溶液与MnO 2反应，控制H 2O 2流速，不宜使反应剧烈而引起喷发事故，看到导气管口开始有气泡冒出，待气泡快速、均匀冒出时，即表示 仪器气密性检测 取8g 高锰酸钾于试管中 点燃酒精灯， 实验开始 排水法收集氧气

集气瓶装好，备用

管中空气排尽，这时将导气管伸进集气瓶集气；

④当集气瓶口冒出第一个气泡时，表示已集满O 2，这时用毛玻璃片盖住瓶口，移出水面。

⑤共收集4瓶纯净的O 2，反应完毕，按顺序拆除反应装置。

实验装置如下：

H 2O 2分解法操作流程图

按上图连接装置

2.O 2的性质

⑴硫黄在O 2中的燃烧

①取一洁净的燃烧匙，放入少量的硫黄粉，在酒精灯上加热至熔化、燃烧，发出微弱的淡蓝色火焰；

②将燃着的硫匙由上向下缓慢伸进集有O 2的集气瓶中；火焰的颜色呈明亮的蓝紫色，并伴有刺激性气味的SO 2气体生成。

③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。 反应方程式为：S+ O 2

点燃SO 2

示意图如下图：

取1.0g 二氧化锰于锥形瓶中，将稀释后的过氧化氢置于分液漏斗中 打开分液漏斗阀门，开始反应 排水法收集气体

集气瓶装好，备用

⑵碳在O2中的燃烧

①用坩埚钳或镊子夹取一小段木炭，在酒精灯上烧至红热；

②再缓慢伸进盛满O2的集气瓶中，可看到木炭燃烧得更加剧烈并发出白光；

③给此集气瓶中倒入少量澄清石灰水，振荡可观察到石灰水变浑浊。

反应方程式为：C+O2点燃

CO2

示意图如下图：

⑶铁在O2中的燃烧

①将一条用砂纸擦亮后的铁丝缠绕在一根火柴的尾部，用坩埚钳夹起，点燃火柴，烧至火焰将尽、铁丝红热；

②伸入已盛有少量水的集气瓶中，看到铁丝在O2中燃烧，火星四射，并生成黑色的Fe3O4。

反应方程式为：3Fe+2O2点燃

Fe3O4

示意图如下图：

⑷蜡烛在O2中的燃烧

①用小刀截取长约1cm长的蜡烛一段（取出蜡烛芯），放入燃烧匙中，点燃，

观察火焰颜色及火焰大小；

②待火焰稍小后伸进已盛满氧气的集气瓶中，看到蜡烛的火焰比在空气中更加亮白切火焰更大；

③在集气瓶中注入少量的石灰水，看到振荡后变浑浊。

反应方程式为：蜡烛+O2点燃

CO2+H2O

示意图如下图：

⑸实验结论

通过四个性质实验的现象分别与空气中现象对比，我们可以得出结论O

2

具有助燃的性质。

五、注意事项

1.实验时取药品及添加试剂时应该戴手套防止药物腐蚀，在加热时和进行化学反应时应当注意佩戴护目镜；

2.在进行铁丝与氧气的点燃实验时，一定要提前在集气瓶中铺上沙子或留少量水，以防止炽热的铁丝熔融物对集气瓶造成损坏；

3.硫黄反应后，燃烧匙中剩余的物质应在火焰上继续燃烧处理干净；

4.进行蜡烛燃烧实验时，燃烧匙中应当放入少量蜡烛，以避免火焰太大影响效果；

5.进行木炭燃烧实验时，要注意木炭与夹子方向一致，以便于伸入集气瓶中。

六、相关文献综述

氧气的制备与氧气性质的检测实验，很早就出现在中学实验的教材中。并且氧气制备与收集的方式在不断发生着改进，同时氧气的性质实验也在发生着变化。

氧气制取时应注意，实际要合理摆放，科学管理。对于学生来说，氧气的制取实验中，所用试剂品种比较多，因此要既保证易取易放，也要保证学生安全。所以要将易混淆的药品摆在桌子上，便于教师控制药品用量。试剂的取量应当合理，并且学生用剩下的药品应当及时回收避免发生不安全事故。注意装置和操作的准确性。

实验教学时教师应当引导学生先观察这试管中的情况，然后把带火星的木条伸入试管中，观察木条是否复燃。要求每个小组的成员都要提出对该项实验的观点，并经过讨论后记录下来，这样可以更好地发挥各种层次学生的团队精神，也最大限度地让每个学生参与探究活动。

氧气制备实验中用到作为催化剂的MnO2参与反应，其属于多相催化反应。