气体的制备与性质研究

一、实验目的

1、熟练掌握制取和收集氧气的方法及氧气性质实验的规范操作。

2、实习氧气制取及化学性质演示实验的讲解方法。

3、初步探索制取氧气实验的最佳方案（催化剂的选择和试剂的配比等）。

二、实验用具

氯酸钾、二氧化锰、氧化铜、小块木炭、细铁丝、石灰水、大试管、试管夹、单孔橡皮塞、导气管、集气瓶、毛玻片、燃烧匙、坩埚钳、水槽、铁架台、铁夹、酒精灯(或煤气灯)、火柴。

三、实验步骤

1、用KClO₃制取氧气

(1)、如图所示连接好装置，检查装置的气密性。

(2)、把氯酸钾和二氧化锰的混合物放入试管中，再塞上带有导管的塞子，将试管用铁夹固定好。给试管加热，用排水法收集三瓶氧气(其中一瓶收集时不要将水全排尽，让瓶中留有1/5体积的水)。

   思考:其间哪些问题在演示时应引导中学生进行观察、讨论，哪些问题应作解释或给出结论。

2、氧气的化学性质实验

(1)、木炭在氧气中燃烧

用坩埚钳夹取一小块木炭放在灯焰上烧到发红，放在燃烧匙中立即伸入盛有氧气的集气瓶里。(注意别让燃烧匙接触瓶壁，以免瓶子炸裂) 燃烧停止后取出燃烧匙，往集气瓶中加入5ml澄清石灰水，再振荡一下。

(2)、铁跟氧气的反应

把一根光亮的铁丝绕成螺旋状，一端系在燃烧匙铁柄上，另一端系上一根火柴，点燃火柴后立即将火柴带同细铁丝伸入氧气瓶中。(瓶内留有约1/5体积的水，以防熔化的产物炸裂瓶底)

   思考:其间哪些问题在演示时应引导中学生进行观察、讨论，哪些问题应作解释或给出结论。

三、     实验研究和讨论

1、通过实验确定氯酸钾和二氧化锰的最佳质量比。

提示:（1）、实验中KClO₃与MnO₂的质量配比可选择1:1、2:1、3:1、5:1、10:1、20:1等（也可自己选择，但各点分布应科学合理）。其中每次试验中的KClO₃的质量应固定不变。中学化学教参把该演示实验KClO₃与MnO₂的用量定为5g：1.6g (约3:1，供参考)。

（2）实验效果主要是指产生氧气的快、慢，产氧的速度是否均匀及产气的总量有否变化等。

（3）实验前要设计好书面的测试计划和操作步骤，并制作好记录表格，实验中要按照计划的规定观察、记录每次实验的有关现象及数值。

2、通过实验来分析用氧化铜代替二氧化锰作催化剂的优缺点。

提示:(1)、本实验可用多种物质来作催化剂，氧化铜仅是其中一例。下面提供一位同学的实验测试资料仅供参考:

 KClO₃2.8克加CuO催化剂加热制氧测试记录

     (2)、在比较不同催化剂效果时，其他的反应条件应保持一致，例如选用的试管大小要相同、加热灯具及火焰温度要一致、混合的程度及颗粒大小也要相近等等。另外，不同催化剂对同一个反应作催化时，它们各自在达到最佳效果时的用量比例不一定相同。

   （3）所谓的实验效果应是多方面的，例如产气的速度，产气的量，有否产生白烟、火星，有否较多的副反应等等。

 （4）实验前，要书面设计好实验计划，编排好步骤、画好有关的记录表。实验中要及时记录有关现象和测得的数据。实验后进行逐项和综合的对比、分析，并给出自己的观点和结论。

    3、关于用KClO₃和MnO₂来制取氧气的反应机理，有多种观点，其中有一种观点认为该反应的主要历程如下：

2KClO₃+2MnO₄2KMno₄+Cl₂+O₂

2KMnO₄K₂MnO₄+MnO₂+O₂

K₂MnO₄+Cl₂→2KCl+MnO₂+O₂

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2KClO₃+(2MnO₂) 2KCl+3O₂+(2MnO₂)

通过上述实验的仔细观察，你认为能否接受这种观点？为什么？          

4、氯酸钾是一种强氧化剂，不能混入可燃性物质（如炭粉、镁粉、纸屑及其它有机物等），以免在加热或摩擦情况下产生火花、烟雾，甚至发生小的爆炸。较大的KClO₃颗粒要研细，可放在研钵里用研杵轻轻压碎，不可用力研磨，也不要和二氧化锰等混和研磨（应用角匙拌和）。如单独加热KClO₃到368℃，即开始熔化，加热到约380℃时，即使没有催化剂，也会产生少量氧气。本实验中的KClO₃和催化剂混和后应平铺于试管后部。

      5、作业：结合初中化学课本“氧气化学性质”的演示实验，写出讲解稿，并实习试讲。