氧气的制备及性质

氧气的制备及性质

一．实验教学目标

掌握实验室制备O2与O2性质实验的操作；初步学会本实验的演示教学方法。二．实验原理

1.H2O2法：

2.KMnO4法：

O2物理性质：通常状况下，O2为无色无味的气体；在标准状况下，O2的密度为（1.429g/L）比空气的平均密度（1.293g/L）大；O2不易溶于水（每升水大约可溶解30ml氧气）。

O2化学性质：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金属、非金属发生反应，大量放热。

三．仪器、材料与试剂

硬质大试管、抽滤瓶、分液漏斗、单孔橡皮塞、30℃玻璃弯管、120℃玻璃弯管、酒精灯、集气瓶、水槽、毛玻璃片、橡皮软管、铁架台、火柴、玻璃棒、药匙、脱脂棉、托盘天平、燃烧匙、200ml烧杯、坩埚钳；

MnO2、KMnO4、30%H2O2、S、木炭、铁丝、蜡烛、澄清石灰水、砂纸四．实验内容

1.氧气的制取和收集

（1）H2O2催化分解法

实验装置如下图,H2O2制备O2只用催化剂，不用加热，常温下即可反应。另外反应后的产物不污染环境，值得提倡。

①检查装置气密性,将导气管通入到水中，用手握住抽滤瓶对其微热，在导气管末端会有气泡产生。在松开手后，导气管末端有一段水柱上升，则证明装置

气密性良好。

②在蒸馏烧瓶中装入1g克MnO2，将与烧瓶口匹配的分液漏斗塞住烧瓶口，分液漏斗中加入H2O2(取30ml30%H2O2稀释到盛有30ml水的200ml烧杯中)。

③将集气瓶装满水并倒扣于水槽中，打开分液漏斗活塞，等到导管口有均匀连续气泡逸出，将导管伸入集气瓶内（此时集气瓶仍为倒置），观察到有连续的气泡从瓶口冒出，移开导管，用玻璃片毛面迅速封口，从水槽中取出集气瓶既可。收集四瓶气体。

④实验现象:打开分液漏斗活塞后,可以观察有大量气泡冒出.,同时观察到烧瓶中出现烟雾。

⑤注意事项：H2O2的质量分数一般为30%，使用期要用蒸馏水稀释至15%左右。若H2O2浓度过低，反应会太慢，过高，则反应剧烈易喷发；由于H2O2易分解，稀释时应当用蒸馏水，并随用随配；30%的H2O2对皮肤有强烈的腐蚀作用，操作过程中应戴上护目镜和防护手套。

（2）KMnO4加热分解法

实验装置如下图,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低，操作方便安全，便于学生分组实验。但由于KMnO4中的氧不能全部放出，固体反应物的利用率较低。

①检查装置气密性,将导气管通入到水中，用手握住试管对其微热，在导气管末端会有气泡产生。在松开手后，导气管末端有一段水柱上升，则证明装置气密性良好。

②在试管中装入7g高锰酸钾，并在试管口放一团棉花，用带有导管的塞子塞紧管口。把试管口略向下倾斜固定在铁架台上。将集气瓶装满水，并用玻璃片盖住瓶口。然后把盛满水的瓶子连同玻璃片一起倒立在盛水的水槽里。

③给试管加热。先使酒精灯火焰在试管下方来回移动，让试管均匀受热，然后集中在试管中加高锰酸钾的部位进行加热。

④导管口开始有气泡放出时，不宜立即收集，当气泡连续地并比较均匀地放出时，即表示管中空气已排尽，这时将导气管盛满水的集气瓶集气。当气泡量略有减少时，可移动酒精灯向试管底部加热。等瓶子里的水排完以后，（当集气瓶

口冒出第一个气泡时，表示已集满O 2），在水下面用毛玻璃片盖住瓶口。小心地把瓶子移出水槽，正放在桌子上。

⑤停止加热时，先要把导管移出水面，然后再熄灭酒精。（如果先熄灭酒精灯，可能会出现倒吸）

⑥ 实验现象：高锰酸钾在加热时有紫色的蒸汽产生。

⑦ 注意事项：KMnO 4在加热时，颗粒容易迸裂，会从导气管冲进水槽或者

导致导气管堵塞，因此要在大试管口放一团脱脂棉，能使气体通过，阻止固体通过；点燃酒精灯后，先均匀预热试管，然后集中在试管的中下部均匀加热；实验结束后，先将导气管移出水面，然后熄灭酒精灯，防止水槽中的水倒流，炸裂试管。

2、氧气的性质与实验

（1）硫在O 2中的燃烧：

取一洁净的燃烧匙，放入少量硫磺粉，在酒精灯上加热至燃烧，发出微弱的淡蓝色火焰，然后将燃着的硫匙由上往下缓缓伸进集有O 2的集气瓶中。

实验现象：在酒精灯上加热会发出微弱的淡蓝色火焰，而在氧气瓶中火焰颜色为明亮的蓝色，并有刺激性气味的气体产生。

S + O

2 SO 2

注意事项：燃烧物定要放于集气瓶中央，切勿靠近瓶壁，以防集气瓶炸裂；在硫的燃烧试验中，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O 2中的燃烧：

用坩埚钳夹取一小段木炭，在酒精灯上烧至红热，再缓慢伸进盛满氧气的集气瓶中，观察现象。给此集气瓶中倒入少量澄清石灰水，振荡。

实验现象：木炭在O 2中燃烧得更剧烈，并发出白色亮光，并伴有少量烟产生。加入的澄清石灰水变浑浊。

C + O 2 CO 2

CO 2 + Ca(OH)2 CaCO 3 + H 2O

注意事项：燃烧物定要放于集气瓶中央，切勿靠近瓶壁，以防集气瓶炸裂

（3）铁在O 2中的燃烧：

取一小段细铁丝，将其绕在火柴上，用坩埚钳夹住两头的铁丝，点燃火柴，烧至火焰将尽时，伸入瓶底留有少许水的集气瓶中。

实验现象：在空气中只看到火柴燃烧，铁丝被烧红。铁丝在氧气中燃烧，火星四射，并生成黑色的熔融物。

3Fe + 2O

Fe3O4

注意事项：燃烧物定要放于集气瓶中央，切勿靠近瓶壁，以防集气瓶炸裂；在铁丝的燃烧试验中，集气瓶底一定要铺细砂或者留有部分水，高温的熔融物会使集气瓶底炸裂。

（4）蜡烛在O2中的燃烧：

取一小截蜡烛，放入燃烧匙，点燃后伸入集气瓶中，观察现象，给此集气瓶中倒入少量澄清石灰水，振荡。

实验现象：蜡烛在酒精灯上只在一端燃烧，而在O2中会全部燃烧，火焰更加亮白，石灰水变浑浊。

注意事项：燃烧物定要放于集气瓶中央，切勿靠近瓶壁，以防集气瓶炸裂五．实验安全与个人防护

分液漏斗使用前要给旋钮部涂凡士林以密封，然后检验气密性。实验完毕，清除凡士林并夹硬纸以防旋钮与套粘连。

质量分数为30%的过氧化氢对皮肤有强烈的腐蚀作用，操作时应穿实验服，戴护目镜和防护手套。

KMnO4、K2MnO4、MnO2具有强氧化性，不能与皮肤直接接触，特别是湿的皮肤。

O2的性质实验注意环境保护，不使有害气体从集气瓶内逃逸出来。

进实验室不留长发，不饮食，不穿拖鞋、短裙和短裤，不将书本和书包摊放在实验台面。

首次进实验室，知道消防器材和沙箱位置，会正确使用。

实验前，先投湿抹布，放固定位置。

实验后形成的固、液、气体废弃物统一放至指定容器，不乱抛洒。

六．相关文献与重点文献综述

[1]于安源.用过氧化氢溶液和二氧化锰制备氧气实验的改进[J].中学化学教学参考，2014，（04）：53.

评价：文献讲述了在过氧化氢制氧气实验中二氧化锰起了催化作用,可以回收再利用,但是实验后老师怕麻烦,不愿费时费力,所以很少有过滤回收的。在做了改进后达到了两个目的：一、方便回收,循环再使用；二、快速验证二氧化锰的质量和化学性质反应前后都不变,帮助学生理解催化剂的概念。

[2]潘国荣，白显圣，等.实验室制取氧气方法的对比及建议[J].化学教学，2015，（09)：45-47.