①原理:2KMn04=加熱=2K2MnO4+MnO2+O2 ↑ (a)
2KClO3 =加熱/二氧化錳=2KCl+3 O2 ↑ (b)
2H202 =二氧化錳=2H20+2O2 ↑ (c)
②發生裝置的選擇
選擇發生裝置的依據是:反應物的狀態和反應條件等。若選用原理(a)或(b)的反應,則選用典型的固體與固體反應且需要加熱型的裝置。
若選用原理(c)的反應,則選用典型的固體與液體反應且不需要加熱型的裝置。
③收集方法及檢驗、驗滿、存放
a.氣體的收集方法是跟氣體的性質密切相關的。選擇氣體收集方法的依據是:該氣體的水溶性、密度以及該氣體是否具有毒性,能否與空氣或水反應等。
排水法:適用於難溶於水、或不易溶於水、且不與水發生化學反應的氣體。此法收集的氣體較為純凈,但含有水蒸氣。
向上排空氣法:適用於相同狀況下,密度比空氣大且不與空氣中任何成分發生反應的氣體。操作時應註意將導管口伸到接近集氣瓶瓶底處,便於將集氣瓶內的空氣排盡。同時,應在集氣瓶的瓶口處蓋上玻璃片,以便穩定氣流。此法收集的氣體較為幹燥,但純度較低。
向下排空氣法:適用於相同狀況下,密度比空氣小且不與空氣中任何成分發生反應的氣體。操作時應註意將導管口伸到接近集氣瓶底處,便於將集氣瓶內的空氣排盡。此法收集的氣體較為幹燥,但純度較低。
由於氧氣不易溶於水,且不與水反應,所以可以用排水法收集;又由於氧氣的密度比空氣略大,且不與空氣中任何成分發生反應,因而還可以用向上排空氣法收集。用排水法收集的氧氣比較純凈,而用向上排空氣法收集的氧氣比較幹燥。
b.檢驗:將帶火星的木條伸人集氣瓶中,若木條復燃,證明該氣體是氧氣。
c.驗滿和存放:用排水法收集氣體時,當有氣泡從集氣瓶口邊緣冒出時,表明氣體已收集滿。用向上排空氣法收集氧氣時,將帶火星的木條放在集氣瓶瓶口,若木條復燃,表明氣體已收集滿。收集滿氧氣的集氣瓶要用玻璃片蓋住並正放在桌面上。
④實驗步驟
若選用原理(a)或(b)的反應,用排水法收集氧氣,其實驗步驟可以概括為“查”、“裝”、“定”、“點”、“收”、“離”、“熄”個字,可用諧音記憶:“茶”、“莊”、“定”、“點”、“收”、“利”、
“息”。
若選用原理(c)的反應,用排水法收集氧氣,其實驗步驟為:連接儀器;檢查裝置的氣密性;加入藥品;收集、檢驗、驗滿、存放。制取任何氣體之前,都應先檢查裝置的氣密性,原理是利用氣體受熱膨脹,遇冷收縮,在裝置內外產生壓強差。操作方法是:先連接好儀器,然後把導管的壹端浸入水裏,兩手緊貼容器的外壁,如果裝置不漏氣,裏面的空氣受熱膨脹,導管口有氣泡冒出。松開兩手,冷卻後,導管中形成壹段水柱。
不能先裝入藥品再檢查裝置的氣密性。
⑤實驗室用高錳酸鉀制取氧氣時的註意事項
a.試管口要略向下傾斜,防止藥品中的水分受熱後變成水蒸氣再冷凝成水珠倒流回試管底部,使試管炸裂。
b.試管內導管稍微露出橡皮塞即可,便於氣體排出。
c.藥品要斜鋪在試管底部,以增大受熱面積。
d.鐵夾要夾在離試管口1/3處。
e.要用酒精燈的外焰對準藥品部位加熱;加熱時要先將酒精燈在試管下方來回移動,讓試管均勻受熱,然後對準放藥品部位加熱。
f.用排水法收集氧氣時,集氣瓶充滿水後倒置於水槽中(瓶口要在水面下),導管伸到瓶口處即可;用向上排空氣法收集氧氣時,集氣瓶正放,導管口要接近集氣瓶底部。
g.用排水法時,應註意當氣泡從導管口連續、均勻地放出時再收集,否則收集的氣體中混有空氣。當集氣瓶瓶口有氣泡冒出時,證明氣體已集滿。
h.停止反應時,應先把導管從水槽裏拿出,再熄滅酒精燈 (防止水倒流到試管中導致試管炸裂)。
i.用高錳酸鉀制取氧氣時,試管口應放壹團棉花。
⑥實驗室用過氧化氫制取氧氣時的註意事項
a.用長頸漏鬥時,其末端伸入液面以下,防止生成的氣體從長頸漏鬥中逸出。
b.導氣管只需略微伸出橡膠塞。
c.裝藥品時,先裝固體後裝液體。固體藥品放在試管、燒瓶、錐形瓶、廣口瓶等容器中,液體從長頸漏鬥(或分液漏鬥)加入。
d.在加熱過氧化氫(雙氧水)的實驗中,由於5%過氧化氫溶液加熱時有大量的水蒸氣和少量的氧氣***同逸出,帶火星的木條比較難復燃,可將制得的氣體先幹燥,再檢驗。
(2)工業制法——分離液態空氣
實驗室制取氧氣,要求反應快、操作簡便、便於收集等,但成本高,無法大量生產。工業制取氧氣,要求原料廉價易得、成本低廉、能夠大量生產、對環境無汙染等。
①方法:分離液態空氣法
②原料:空氣
③原理:根據氧氣、氮氣的沸點不同,將空氣降溫加壓,使其液化,然後蒸發,得到氮氣和液態氧:在該變化前後,沒有新物質生成,屬於物理變化。
④貯存:加壓到1.5×104 kPa,並貯存在藍色的鋼瓶中。
除分離液態空氣外,工業上還可以用膜分離技術得到含氧90%以上的富氧空氣,廣泛應用於醫療、發酵工業、化學工業、富氧燃燒等。
(3)自然界中氧氣的主要來源——綠色植物的光合作用
二氧化碳+水 →葡萄糖+氧氣