氧气的制备及性质.docx

氧气的制备及性质1 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。2 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。 3 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4 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。 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。 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)。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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O2），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。 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） 实验现象：高锰酸钾在加热时有紫色的蒸汽产生。 注意事项：KMnO4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O2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O2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。点燃 S + O2 SO2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O2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O2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。点燃 C + O2 CO2 CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O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O2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。点燃 3Fe + 2O2 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5 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。6 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.评价：该文献讨论了KMnO4、KClO4、H2O2三种物质制取氧气方法的特点，旨在为中学化学教学探寻一种实验室制取氧气的优化方案。通过从成本、氧气纯度、操作、环保、安全、能源消耗等对比得出，使用过氧化氢分解制取氧气是一种比较高效、节能、环保、安全的好方法。该文献得出的结论为实验室制取氧气的方法及相关教学提供了有益的参考。3朱耀扬，朱恩.氧气的制取和性质的微型实验J.化学教学，2012，（04）：41-43.评价：针对教科书上实验装置复杂、实验过程中不能有效控制反应速度、缺少回收措施以及安全隐患等方面的问题，该文献以绿色化学、微型化学实验的核心思想为指导，介绍了了“氧气制取和性质”的微型实验。4朱丽.“氧气的制取及性质”实验的改进J.课程教材教学研究（中教研究），2008，（Z6）：63.评价：该文献将氧气的制备，性质，环保这三个知识点结合在一起设计了组合装置，这样既提高了知识的效率，而且使知识系统化，具有直观，对比性强的效果，有利于培养学生的分析能力和综合能力。5卢香宇.过氧化氢制取氧气的新方法J.化学教学，2008（03）：9-10.评价：该文献探究以水泥为载体，制成粒状MnO2催化剂，能解决过氧化氢催化制取氧气过程中MnO2催化剂的回收问题，实验现象明显，使学生易于观察。这样做既达到了不浪费药品、保护环境的目的，又有利于培养学生的节约意识和环保意识。同时该文献通过探究实验，使学生体验科学探究的乐趣，激发了化学学习的兴趣，并增进了对科学探究过程的理解。6吴江明.实验室制取氧气的绿色化探索J.化学教学，2004，（10）：13.评价：这篇文献从反应原理、生产原料、制取过程三个方面对实验室制取氧气进行了分析，以期探索理想的制取氧气的绿色化途径。通常在实验室中用H202制备氧气时,如果按照教材中的方法,生成氧气的反应速率过快,不易控制,产生氧气的气流也很不均匀。作者为了解决这个问题,提出了一个非常有效的措施，即采用将粉末状的MnO2分散在块状的不溶于水的固体载体中。7李德前.试管直立情况下加热高锰酸钾制取氧气的可行性研究J.化学教育，2012，（08）：77-79.评价：该文献利用控制变量法设计对比实验,通过比较放出氧气的速率、氧气的产率等几个数据发现,使用直立式发生装置加热高锰酸钾制氧气,比使用斜卧式发生装置简化了实验操作、缩短了实验时间、提高了课堂效率，