氧气的获得方法及氧气的性质.doc

_实验三：演示实验的准备与实验教学研究氧气的获得方法及氧气的性质一、 实验计划（1）实验内容1、 了解实验室制备气体有哪几种制气装置，制取各类气体适合的仪器装置、收集方法及尾气的吸收；2、 熟悉实验室制取氧气的几种方法，并能按绿色化学的理念判断、选择合适的实验室获得氧气的方法；3、 探讨氧气性质实验鲜明、生动、直观的方法及仪器装置，熟练掌握每一个氧气性质实验的操作技能和成败关键；4、 学习和研究氧气性质实验的教学技能；5、 体验教师课前做好预备实验的重要性，培养良好的实验教学态度和习惯。（2）实验计划 获得氧气的方法：MnO22KClO32KCl+3O2 2KMnO4K2MnO4+MnO2+O2 2H2O22H2O+O2（催化剂 MnO2）a、氯酸钾（KClO3）在二氧化锰（MnO2）做催化剂的条件下，加热制备氧气。注意氯酸钾与二氧化锰二者的比例关系应为6:1较为恰当，若二氧化锰的量过多，则有副反应，导致有氯气（Cl2）产生。实验装置如图7-4所示。注意装置中，试管口不要塞棉花，因为氯酸钾（KClO3）是易燃物，在长时间的加热的条件下，可能会发生危险。收集氧气时可用向上排空气法或用排水法。b、高锰酸钾（KMnO4）加热制备氧气。实验装置如图7-5所示。注意装置中，试管口要塞棉花，因为高锰酸钾是紫红色固体，加热时会有紫红色蒸汽产生，若没有塞棉花，会影响氧气的纯度，使制备的氧气略带紫红色。收集氧气时可用向上排空气法或排水法。 图7-5 高锰酸钾制备氧气c、H2O2在二氧化锰（MnO2）的催化下制取氧气。实验用30%的H2O2配制成10%15%的H2O2 ，每20mL的H2O2 需0.20.5g的二氧化锰，可先在二氧化锰中加入一点水，防止爆发式产生氧气，使反应更平稳。具体步骤：取200mL的锥形瓶，称取0.5g的二氧化锰加入，然后加入一些水，少量即可，用量筒量取10mL 30% H2O2 与一个100mL的烧杯中，再用量筒量取20mL的蒸馏水，加入烧杯中，摇匀，按装置图安装好装置，把配好的H2O2加入到漏斗里，用活塞控制加入锥形瓶的量来控制氧气的产生量，以免浪费。装置控制在铁架台上面，以免实验过程中翻倒，造成危险。 d、【注意事项】 1）、若用排水法收集氧气，则集气瓶一定要装满水，且不能有气泡，集气完后要用玻璃片盖好，不要让氧气漏出，造成浪费。 2）、在装好装置之后，都要进行检验装置气密性的操作，具体步骤：将导气管通入水中，用手捂住试管壁或微热试管，观察是否有气泡产生，若有，则说明气密性良好，否则要检查装置。 3）收集完氧气，要进行验满的操作，具体的步骤：将带火星的木条放在集气瓶口，看带火星的木条是否复燃，则可判断集气瓶中是否集满氧气。如下图所示、炭在氧气中燃烧：【展示】盛满氧气的集气瓶、镊子、酒精灯、澄清石灰水、木炭、【步骤】用排水法或向上排空气法收集一集气瓶的氧气，点燃酒精灯，用镊子夹取一小块炭，让炭在火焰上烧至红热状态，然后从上而下缓慢伸进集气瓶中至底部，完全燃烧完后，盖上玻璃片，倒入一些澄清石灰水，振荡，观察现象。实验操作过程如下图所示：点燃【现象】火焰更旺，发出耀眼的白光，集气瓶壁会热说明有大量的热量放出，澄清石灰水变浑浊。【讲解】发生的反应为：炭 + 氧气 二氧化碳 C O2 O2 其中澄清石灰水是用来检验二氧化碳（O2），若澄清石灰水变浑浊，则说明有二氧化碳（O2）生成。【注意事项】炭要燃烧到红热状态，在集气瓶中完全燃烧完后，要记得倒入澄清石灰水。、硫在氧气中燃烧：【展示】盛满氧气的集气瓶、玻璃棒、酒精灯、硫粉、氢氧化钠溶液【步骤】用排水法或向上排空气法收集一集气瓶的氧气，点燃酒精灯，将玻璃棒在酒精灯上加热稍许时间，再用玻璃棒的加热部位蘸取少许硫粉，将硫粉放在酒精灯的外焰上加热几秒，取出，观察现象，再由上而下缓慢将其伸入集气瓶中至底部，使之完全燃烧后，盖上玻片，倒入一些氢氧化钠溶液，振荡，观察现象。点燃【现象】在空气中燃烧的火焰为淡蓝色并且火焰很小，在氧气中燃烧更旺，为明亮的蓝紫色火焰，并且有刺激性气味的气体产生，瓶壁会热,说明有大量热放出。【讲解】发生的反应：硫 + 氧气 二氧化硫S O2 SO2 实验完毕后加入的氢氧化钠溶液，是尾气吸收的步骤。因为氢氧化钠会吸收二氧化硫，使二氧化硫不能排放到空气中污染空气。【注意事项】硫为易燃易爆物使用时要多加小心，反应完后，产生的为二氧化硫，直接排入空气中会污染空气，因此，可以往集气瓶中加入氢氧化钠溶液，达到尾气吸收的目的。、铁丝在氧气中燃烧【展示】盛满氧气的集气瓶、短木条、铁丝、酒精灯、镊子【步骤】用排水法或向上排空气法收集一集气瓶的氧气，留一些水在里面或加入一些细沙在集气瓶底部，把光亮银白色的铁丝缠在木条上，要缠好，一圈一圈的缠成螺旋状，间隔不要太紧，铁丝要露出1cm左右，用镊子夹取在酒精灯上加热至木条燃烧，铁丝呈微红状态，再慢慢由上而下地伸入集气瓶中，注意不要让铁丝落入集气瓶中，观察现象。实验操作过程如下图所示：点燃【现象】铁丝剧烈燃烧，火星四射，放出大量的热，在集气瓶壁看见黑色固体附着。【讲解】发生的反应为：铁 + 氧气 四氧化三铁Fe O2 Fe3O4【注意事项】用排水法集气的时候，一定要留些水在里面，若用向上排空气法，则应加些水或细沙，以免发生危险，使瓶底破裂。在铁丝缠绕在木条上时，注意木条不要太长，缠绕也不要太紧，最好铁丝的缠绕长度与木条的长度相近，否则很容易不成功，切记要慢慢地伸入。、蜡烛在氧气中燃烧【展示】盛满氧气的集气瓶、酒精灯、蜡烛、镊子、铁丝【步骤】用向上排空气法收集一集气瓶氧气，并且用带火星的木条检验是否集满，蜡烛用铁丝缠上，并用镊子夹住铁丝，这时先点燃蜡烛，让学生观察好此时的现象，并且注意火焰大小，然后迅速把蜡烛伸入集气瓶中，确认学生观察好现象后，取出蜡烛，倒进一些澄清的石灰水，振荡，观察现象。【现象】蜡烛比在空气中燃烧更旺，有明亮的黄色火焰，瓶壁有水雾，加入澄清石灰水后，澄清石灰水变浑浊。【讲解】发生的是有机物燃烧的反应，产物是二氧化碳和水【注意事项】用镊子夹住铁丝是为了防止手被烫伤，用排空气法是为了不引入水，要得到干燥的氧气。二、 思考与讨论1、 实验室制备气体有哪几种制备气体装置，收集气体的方法有哪些，为什么？答：1.加热试管中的固体制备气体 2.利用启普气体发生器制备气体 3.利用蒸馏烧瓶和分液漏斗的装置制备气体 4.从钢瓶直接获得气体。本实验中制取氧气的方法：加热分解氯酸钾（在二氧化锰作为催化剂的条件下）制取氧气、过氧化氢的分解（在二氧化锰作为催化剂的条件下）制取氧气无须加热、加热分解高锰酸钾制取氧气。收集气体的方法：向上或向下排空气法、排水法。若收集的气体密度比空气大，则用向上排空气法，反之用向下排空气法；若收集的气体不溶于水或溶解度很小，也可以用排水法。2、 从绿色化学的角度及直观、简单、安全、可靠等方面进行实验室制取氧气的方法的创新性设计。这里的“绿色”主要指什么？答：绿色主要指实验产物环保无污染，装置节能，安全。3、 按直观、简单、安全可靠的原则，分别对上述四个实验作为演示实验进行创新性设计，这里的“安全”主要指什么？答：四个演示实验的设计如上“实验计划”中、步骤所示。“安全”主要指操作过程中的安全事项及产物（有害气体）的正确处理方法。4、 上述四个实验作为演示实验成功的关键是什么？各应注意哪些事项？ 答：（1）炭在氧气中燃烧：木炭要烧至发红才可缓慢伸进氧气瓶中至底部，氧气应集满，燃烧要完全；（2）硫在氧气中燃烧： 硫应先在空气中加热至燃烧，出现淡蓝色火焰后，再缓慢伸入集气瓶中至底部；硫粉应少量，二氧化硫应注意尾气的处理。 （3）铁丝在氧气中燃烧：铁丝要用光亮银白色的细铁丝并绕成螺旋状，不要太紧，在空气中点燃至红热状态，才可缓慢从上而下伸进集气瓶；集气瓶里应预先装少量水，或者铺上一层细沙，以防止爆裂集气瓶。 （4）蜡烛在氧气中燃烧：（注意）对比蜡烛在空气中和氧气中的火焰，实验前集气瓶壁要干燥，以免影响实验结果。5、.铁丝在氧气中燃烧的实验是一个难度较大的实验，该实验对铁丝的形状、引发反应条件的装置，反应容器以及实验操作各有何要求？提出这些要求的原因各是什么？你能否设计一个Al在O2中燃烧的演示实验？答：铁丝应为银白色光亮的细铁丝；铁丝应绕在木条上成螺旋状，增大跟氧气的接触面积，但不可缠绕太紧，木条用作引燃（木条不要太长）；铁丝应在空气中用酒精灯烧至发红以引发其进一步在氧气中反应，但不可让其燃烧；伸入集气瓶中要从上而下缓慢伸入至集气瓶底部，使之燃烧完全，事先应在集气瓶底部放置少量水或少许细沙，以防止爆裂集气瓶。Al在O2中燃烧的演示实验（实验过程如下图所示：）把集满氧气的木塞换成毛玻璃片，把以去掉氧化层的铝片的一端缠绕上木条，集气瓶里应预先装少量水或细沙，先在酒精灯上烧至发红，再缓缓地伸入集气瓶里（铝在氧气中燃烧，产生更为耀眼的强光，放出大量的热，生成灰色固体氧化铝Al2O3）铝是良好的导体,具有较好的热传递能力,为了防止铝在伸入氧气前冷却到燃点以下,保持更好的实验效果，所以在需要反应的铝的一段裹上木条，防止铝燃烧时放出大量热的瞬间损坏酒精灯,还容易造成危险 6.在中学教学中上述四个实验如果作为演示实验其教学目的是什么？观察重点是什么？应引导学生观察哪些现象？答：让学生更好的理解氧气性质，观察重点：注意观察炭，硫，铁丝，蜡烛在空气中和氧气中燃烧的现象哪些现象：火焰颜色，生成物的气味、形状，生成物的性质检验三、 实验最大收获通过本实验的学习与操作，我深刻地意识到一个简单的实验背后，需要做的准备工作是很多的，很多时候我们自认为一切都准备的很妥当，但是在具体的操作过程中总是会有很多意外。在实验过程中要抓住实验成功的要点，首先要认真，每一步都要小心，要抓住实验中的操作步骤，使实验能成功，并且要注重操作上的环节，四个燃烧实验的现象要注意与在空气中的燃烧现象的比较。片断教学硫在氧气中燃烧【导入】同学们，刚才我们涉及到炭与氧气的燃烧，那么我们常见的非金属还有哪些？之前我们介绍过的。（硫）【讲述】对，是硫，那么硫会不会跟炭一样，也会和氧气发生反应？（会、不会）那我们接下来就来验证一下硫与氧气会不会发生反应。【展示】硫粉、盛氧气的集气瓶、玻璃棒、酒精灯【演示实验】1、先取少量硫粉于滤纸上面，再取一根洁净的玻璃棒，在酒精灯上加热至微热；2、蘸取少量的硫粉于玻璃棒的加热部位，使硫粉粘附在玻璃棒上，然后将蘸有硫粉的玻璃棒末端在酒精灯的外焰上加热几秒，取出，观察现象，再缓慢地由上而下伸入盛有氧气的集气瓶中至底部，观察实验现象，并闻气味；3、燃烧完全后，盖住玻片，往集气瓶中加入少量的氢氧化钠（NaOH）溶液，用玻片盖住瓶口，充分振荡。【提问】观察到什么现象？闻到什么气味？（硫在空气中燃烧发出微弱的淡蓝色火焰；硫在氧气中燃烧更旺，发出蓝紫色火焰，产生刺激性气味的气体。）【讲解】恩，其实硫在空气中燃烧也发出刺激性气味的气体，只是同学们可能没有闻到。通过观察实验现象，我们知道硫与氧气能够发生反应，【提问】那生成物应该是什么？（具有刺激性气味的气体SO2）点燃【讲述】对，是SO2气体，那我们一起来写出这个化学方程式【板书】硫 + 氧气 二氧化硫S O2 SO2【设问】同学们，刚才老师在实验结束的时候为什么要往集气瓶中倒入氢氧化钠溶液？【讲解】其实这里面是有原因的。我们知