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《氧气的制备与性质》实验报告

一、实验目的与要求
1. 掌握实验室制备氧气与氧气性质实验的操作；
2. 初步学会本实验的演示教学方法。
二、实验原理
1.过氧化氢法： 2H2O2 MnO2 2H2O+O2↑
2.高锰酸钾法： 2KMnO4 △ K2MnO4+MnO2+O2↑
3.氧气的性质：
（1）物理性质：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（1.429g/L）比空气的平均密度（1.293g/L）大。不易溶于水（每升水溶解O2约30mL），所以，氧气采用排水法收集。
（2）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数金属、非金属发生反应，放出大量热。本次实验主要通过观察金属Fe、非金属C、S、以及石蜡在O2中燃烧的实验现象及反应产物来验证O2支持燃烧的化学性质。
三、仪器、材料与药品
硬质大试管、抽滤瓶、分液漏斗、玻璃弯管、酒精灯、火柴、水槽、集气瓶、毛玻璃片、橡皮软管、铁架台、玻璃棒、药匙、脱脂棉、托盘天平、燃烧匙、大烧杯、坩埚钳、细砂、试管及试管架；
MnO2、KMnO4、30%H2O2、硫黄、木炭、铁丝、蜡烛、澄清石灰水。
四、实验步骤
1.氧气的制备与收集
（1）过氧化氢分解制备法
①安装实验装置如图：

②实验步骤： a、检查装置气性；
b、在蒸馏烧瓶中加入 0.5-1.5gMnO2,用带有分液漏斗的塞子塞住烧
瓶，分液漏斗中加入 H2O2（与水各 20mL 稀释为质量分数 15%）； c、用排水法收集（氧气不溶于水）。反应开始后，待气泡快速、均匀冒出时开始收集，此时管中空气已排尽，当集气瓶冒出第一个大气泡时，表示已集满，这时用毛玻璃片盖住瓶口，移除水面，如此连续收集四瓶。
③实验现象描述： a、打开分液漏斗的活塞后，可以观察到有气泡迅速冒出； b、同时观察到蒸馏烧瓶中出现烟雾。
④现象分析： a、过氧化氢与滴入蒸馏烧瓶中与二氧化锰（催化剂）接触，迅速分解产生大量氧气和水蒸气形成了雾，从而看到水槽中气泡迅速冒出；
b、蒸馏烧瓶中产生了大量气体，二氧化锰固体颗粒被气流冲起形成烟。
⑤关键技术： a、控制好滴加过氧化氢的速率； b、过氧化氢用前要用蒸馏水稀释至 15%左右。 c、漏斗口一定要保持在液面以下，以免气体从漏斗排出，影响实验的进行。
⑥安全性分析： a、溶液中过氧化氢过少，反应太慢，过多则因反应剧烈而引起喷发事故；b、过氧化氢制氧气不用加热，常温下即可反应； c、反应后的产物是氧气和水，不会污染环境，是一种比较绿色的制备氧气的化学方法；d、30%的 H2O2对皮肤有强烈的腐蚀作用，操作时应戴上防护手套。
（2）KMnO4加热分解制备法
①安装实验装置如图：
②实验步骤： a、检查装置气密性；
b、取 10 克 KMnO4加入硬质试管中，管口放脱脂棉，塞进单孔塞； c、点燃酒精灯后，先预热试管，然后集中在试管的中下部加热； d、用排水法或向上排空气法收集（氧气比空气密度大）； e、排空法需用带火星的木条验证氧气是否已经集满，若木条复燃，则集满，否则需要继续收集。
③实验现象描述： a、观察到 KMnO4颗粒在加热时有强烈的迸裂； b、伴随有少量烟产生。
④关键技术： a、在加热时，颗粒容易迸裂而从导气管冲进水槽，或致导气管堵塞，因此要在试管口放一团脱脂棉；b、加热 KMnO4时，缓缓向后移动酒精灯，保证高锰酸钾能够充分反应，增加氧气产量；c、将导气管伸至集气瓶底部，尽量排尽空气。
⑤安全性分析： a、用高锰酸钾分解制氧气的优点是不用催化剂，热分解的温度要比氯酸钾法低； b、加热时应将试管向下倾斜。
以上步骤可以记为：查—装—定—点—收—离—熄(茶庄定点收利息)
查----检查装置的气密性
装----装药品
定----把试管固定到铁架台上
点----点燃酒精灯加热(先预热，注意：一律先让试管均匀受热，否则会因冷热不均炸裂试管)
收----收集气体（可以使用排水法、向上排空气法）
离----把导管从水槽中取出（如果使用向上排空气法，此步骤基本不需要，但是最好先取出导管在盖上玻片）
熄----熄灭酒精灯
2.O2的性质
(1)硫在氧气中的燃烧: S+O2 点燃 SO2
①实验步骤：取一洁净的燃烧匙，放入少量硫磺粉，酒精灯上加热至燃烧，然后将燃着的硫匙缓缓伸进有 O2的集气瓶中。
②实验现象： a、硫磺粉在酒精灯上加热至燃烧时，在黑色背景下看到：发出微弱的淡蓝色火焰；b、硫匙缓缓伸进有 O2的集气瓶中可以观察到这时火焰颜色为明亮的蓝紫色，并伴有刺激性气体生成。
③注意事项： a、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。 b、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。
（2）炭在 O2中的燃烧: C+O2 点燃 CO2
①实验步骤： a、用坩埚钳夹取一小段木炭，在酒精灯上烧至红热； b、缓慢将木炭伸进 O2瓶中，观察实验现象； c、给此集气瓶中倒入少量澄清石灰水，振荡，观察实验现象。
CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O
②实验现象： a、木炭伸进 O2瓶中实验现象为：木炭燃烧的更剧烈，并发出白光,并伴有少量烟产生。 b 倒入少量澄清石灰水，振荡后的实验现象为：石灰水变混浊。
③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 02中的燃烧：3Fe+2O2 点燃 Fe3O4 装置同上
①实验步骤： a、取一条细铁丝，砂纸擦亮后将铁丝缠绕于火柴棍上，充分利用火柴燃烧的热量将铁烧至红热； b、点燃火柴，用坩埚钳夹住火柴一端，烧至火焰将尽时，竖直将其伸入到铺有一层细沙的 O2集气瓶中，观察实验现象。
② 实验现象： a、空气中只能看到铁丝被烧红，火柴燃尽； b、看到铁丝在氧气中燃烧，火星四射，并伴有少许烟产生，瓶壁可观察到有黑色的熔融物。
③注意事项： a、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； b、集气瓶底一定要铺细砂，而不能用水代替。因熔铁落入水中，导热不良，高温的熔融物会使集气瓶底炸裂。铁在空气中不能剧烈反应，在氧气中能够反应强烈。
（4）蜡烛在氧气中的燃烧：CO2+Ca(OH)2==CaCO3↓+H2O
①实验步骤：a、用小刀截取 4cm 左右长蜡烛一段，放入燃烧匙，点燃后伸入用排空气法收集的氧气瓶中，观察蜡烛燃烧的实验现象；b、向集气瓶中注入少量石灰水，振荡，观察实验现象。
②实验现象：a、蜡烛在氧气中燃烧时火焰更加亮白；b、瓶壁上有水珠出现； c、振荡后集气瓶中出现混浊。蜡烛是有机物，含有 C、H 元素，与氧气反应生成 CO2和 H2O，CO2 能使澄清石灰水便混浊。
③注意事项：a、为了鉴定水的生成，此瓶氧气必须是用排空气法收集； b、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、讨论与研究
1、过氧化氢是液态，只需加入催化剂二氧化锰就可以反应，不需要加热，而且可以根据需要随开随停，并可以通过过氧化氢溶液的滴加速度来控制反应的速度和通过烧瓶内气体的冒出速度来判断反应速度，产物是水没有污染。
2、加热高锰酸钾制氧气的优点：能产生较为稳定的气流，反应速率适中，危险小。KMnO4加热的温度高于 200℃，便有 O2产生。缺点：原料价格高，氧元素利用率低，反应装置复杂，操作不当容易引起试管炸裂，固体废弃物对环境有负面影响。
3、在演示教学中我认为要做到以下几点：（1）.搭装置的方向要为学生服务，并且药品标签要面朝学生。（2）. 在实验过程中，药品的放置可离操作者更近，灯具放置较远。 (3). 做实验时老师离反应中心应有一段距离，例如铁丝在氧气中燃烧，火星四射，老师不应该太靠近集气瓶。 （4）.在整个实验过程中，装置和样品的摆放有有序美观，教师的操作要尽量简洁大方。（5）.在氧气的性质验证实验中，尽可能不要动收集好的集气瓶,以免影响实验效果。
六、参考文献
[1] 柴文锋.氧气的制法相关知识问答［J］.《中学理科：初中数理化》，2003年，7 期：4 [2] 任晶晶. 实验室制氧气解疑[J]. 化学教学，2009，（9）
[2] 李明娟. 对氧气的性质和制取实验的几点思考[J]. 中学化学教学参考，2004，（Z1）
[3] 徐良水.氧气性质考查新视点[J].中学生数理化（初中版）（中考版），2006,（Z1）