高效快速制氧法研究
高效快速制氧法研究
氧气的制取和性质实验是初中化学的一个重要组成部分。但教材中有关做演示实验和学生实验的方法效果均不太理想。为此，河南平顶山师专化学系赵元芳老师对这一实验进行研究改进，现总结出来和同行共商。
1反应原理
（1）高锰酸钾在较低温度下分解生成二氧化锰、锰酸钾和氧气。新生成的二氧化锰可作在较高温度下才分解的氯酸钾的催化剂。氯酸钾和高锰酸钾完全分解以后，新生成的一部分锰酸钾和二氧化锰又在较高的温度下分解放出氧气。其反应如下：
（2）试管为一圆柱体，其底部为球面形，恰似一凹镜。处于试管底部的高锰酸钾是紫黑色固体，又最易吸收热能。用普通酒精灯外焰包围试管底部加热，在管内轴线附近有一热辐射高温线，在管底有一热辐射点，这是管内温度的最高点。这个地方的温度足以达到二氧化锰和锰酸钾的分解温度。
图9 制取氧气
2实验过程
用台秤称取1克氯酸钾和2．4克高锰酸钾，混合均匀，用纸条送入大试管底部，试管直立，轻轻在书本上敲几下，使药品压实，再在反应物上加约0．3—0．5cm厚细砂，如图9固定在铁架台上。酒精灯内加足酒精，调整灯芯，外露约1cm，分成伞型，外罩5—6cm高的铁丝网罩。点燃，火焰约3寸高，外焰包围试管底部。铁夹固定在试管口部，防止烧坏铁夹上的橡皮垫。用排水取气法收集氧气。约2分钟快速反应停止，转为慢速，约5分钟反应基本停止。可收集到579．6ml氧气，远远超出氯酸钾和高锰酸钾完全分解放出的气体量。
3实验现象
加热片刻，反应即发生，反应物熔化、沸腾，只有在靠近试管壁处才有极少量反应物蒸气逸出。逸出后因试管内温度高，还会再分解，但未见火花。试管底部反应物呈红黑色熔融状，冷却后呈黑灰色固熔物。加水溶解得黑绿色溶液。这说明新生成的锰酸钾没有分解完。
4实验研究
实验得知氯酸钾和二氧化锰以质量比3∶2比较合适。经理论计算1．5克氯酸钾需1克二氧化锰，1克二氧化锰又需3．6克高锰酸钾分解提供。
3．6克高锰酸钾和1．5克氯酸钾完全分解共放出255＋411＝666mlO2，实验情况如下：
实验说明，除高锰酸钾和氯酸钾完全分解外，新生成的二氧化锰和锰酸钾也可能分解了。
经理论计算：1克MnO2分解生成85．8ml O2，2．2克新生成的K2MnO4在640℃～680℃可分解生成208．5ml O2，产生O2的总理论值为666＋85．8＋208．5＝960ml，产气率为（775/960）×100%＝80%
实验中发现细粉反应物飞扬厉害，损失太大。又发现反应物在高温时都已熔化，故反应物改用颗粒状（原状），先加高锰酸钾，后加氯酸钾，使氯酸钾盖在高锰酸钾表面。为提高温度，又在酒精灯上罩上铁丝网罩，试管口部加棉球。
反应现象：在收集约400ml氧气以前试管内几乎没有高锰酸钾蒸气，到高锰酸钾全部熔化、沸腾、淹没氯酸钾以后，试管内开始有蒸气，反应物上方有火星，反应物炸裂的小颗粒又落回底部，试管底部可见红黑色熔融物，棉球上有不少黑色粉末。
实验情况如下：（为了便于在一个集气瓶中收集O2，试剂用量减少。）
为防止反应物损失，在反应混合物上方加0．3—0．5cm厚的干细砂，反应时试管上方有极少量高锰酸钾细粉，看不到火星，管口棉球上有极少黑色粉末。
实验情况如下：
5说明
（1）试管竖直固定，酒精灯外焰包围试管底部，反应物受热面大，试管底部温度特别高；反应物炸裂小颗粒又落回底部继续反应；反应物不因熔化流动而损失；湿存水在高温下汽化，不易在试管口部冷疑，试管不会因冷热不均而炸裂。
（2）该实验简单，反应快，产气量大，药品利用率高，约2分钟急速反应即结束，即适于演示实验，又适于学生实验。尤其是生成的锰酸钾溶于水，呈明显黑绿色，现象直观。
（3）为减少气体损失，一加热就开始收集气体。收集到的气体包括反应器中的空气。不过反应结束，反应器中还存在等体积氧气。从理论上看收集气体的总量不变。