0  276392  276400  276406  276410  276416  276418  276422  276428  276430  276436  276442  276446  276448  276452  276458  276460  276466  276470  276472  276476  276478  276482  276484  276486  276487  276488  276490  276491  276492  276494  276496  276500  276502  276506  276508  276512  276518  276520  276526  276530  276532  276536  276542  276548  276550  276556  276560  276562  276568  276572  276578  276586  447090 

5.资源开发:

⑴ 除二氧化锰上,还有很多物质可用来做该反应的催化剂。这些物质包括:TiO2、V2O5、Cr2O3、MoO3、P2O5、MnSO4、NaHSO4、Na2S2O4、Ca2P2O7、CuO、Fe2O3、PbO2、ZnO、Al2O3、Al2(SO4)3、CaCl2、KCl、NaCl、CaO、SiO2、碱石灰、细砂子、粉笔灰、碎瓷粉、砖瓦粉、玻璃粉、粘土、石灰石等。其中Fe2O3、CuO、PbO2等的实际效果,从表面上看,比MnO2的催化效果还要更好些。

验室若无二氧化锰时,完全可以用以上物质代替。

⑵ 用过氧化氢溶液时,若无二氧化锰,除用以上物质代替外,还可以用高锰酸钾代替,也有理想的放出氧气的速度。

⑶ 用过氧化氢溶液制取氧气时,可以用医用注射器代替分液漏斗,装置如图8-3所示,还可以用塑料瓶代替分液漏斗,装置如图8-4所示。

⑷ 可以不加催化剂而用直接加热过氧化氢溶液的方法制取过氧气。但要注意加热不可过猛,防止产生氧气的速度太快。

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4.探究评价:

⑴ 用氯酸钾和二氧化锰混合物制取氧气操作比较简便,产生气体速度适中,易控制反应速度,但由于有副反应,会使收集到的氧气带有白烟,同时有较浓厚的氯气气味。笔者曾用湿润的淀粉碘化钾试纸测试所生成的氧气,试纸变蓝色,说明气体中混有氯气。因此不是实验室制取氧气的最佳选择。

氯酸钾制取氧气最大的缺点是不安全,若氯酸钾中混有可燃性物质,在加热时会发生猛烈爆炸。如:

因此,用氯酸钾和二氧化锰混合加热制取氧气前,一定要对二氧化锰进行事先处理。一般可以将二氧化锰放入坩埚内用酒精喷灯灼烧,若发现二氧化锰中有火星放出,说明其中混有可燃性物质。必须灼烧足够时间,直到无火星放出时为止。

该实验中,二氧化锰加入的量决定了反应的速度,二氧化锰越多,反应速度越快。一般地,教师演示实验,加入的二氧化锰质量约为氯酸钾质量的三分之一为宜,学生实验以五分之一比较好。

⑶  用高锰酸钾制取氧气,产生气体的速度比较快,且几乎没有副产物,是比较好的制取氧气的方法,但高锰酸钾的粉末颗粒很小,易被气体带入水槽中,故实验时,需要在试管口置一团棉花。

该实验最大的缺点是生成氧气的量比较少,生成的氧气的质量仅占高锰酸钾质量的10%左右,要制取较多的氧气,也不宜用该方法。

⑶用过氧化氢溶液和二氧化锰的混合物制取氧气,很安全,不需加热,生成氧气速度较快。但反应速度不易控制,必须通过控制分液漏斗滴加溶液的速度来控制反应速度,对于初做实验的学生来说,有一定的难度。

为了使反应速度不至于过快,过氧化氢溶液的速度需控制好。教师演示实验时,可控制过氧化氢溶液的浓度在5%-8%之间,学生实验时,必须控制过氧化氢溶液的浓度在3%以下。

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3.探究方案:

⑴ 加热高锰酸钾制氧气

①按图8-1所示,将装置连接好。

②检查装置的气密性。若气温较高,用手握方法加热试管的效果很差,几乎看不到导管口有气泡冒出。此时,可用酒精灯微微加热试管,观察导管口是否有气泡放出。再移却酒精灯,静置一会,可观察到水进入导管,在导管里形成一段水柱。证明装置的气密性完好。

③在试管内装入约7 g左右高锰酸钾(用250mL集气瓶收集,可收集到两瓶气体),按要求装好装置:铁夹夹持试管前半端,试管口略向下倾斜;并在试管口部位加一团棉花。

④点燃酒精灯加热,待导管末端气泡均匀放出时,用排水集气法收集气体。加热时,应从前往后慢慢移动酒精灯。若先加热试管后端,气流会将高锰酸钾粉尘冲到导管内。

⑤待气泡从集气瓶口往外冒出时,用水下盖住集气瓶口,移出水面,正放在桌面上待用。

⑥将导管从水槽出取出。

熄灭酒精灯,停止加热。

⑧用带火星木条伸入集气瓶内,木条复燃,证明收集的气体是氧气。

⑶  用过氧化氢和二氧化锰混合制取氧气。

①按图8-2所示,将装置连接好。

②检查装置的气密性:用止水夹夹住胶皮管,向分液漏斗中注入水,打开分液漏斗活塞,水不会持续流入锥形瓶中,证明装置不漏气。

③在锥形瓶中加入适量的二氧化锰。塞上塞子。

④在分液漏斗中加入过氧化氢溶液,打开塞子,缓慢滴入溶液(根据反应速度确定滴加过氧化氢溶液的速度)。

⑤待气泡均匀且较快放出时,用排水法收集气体。

⑥关闭分液漏斗活塞,从水槽中取出导管。清理实验台。

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2.实验仪器:试管、酒精灯、铁架台、带导管的单孔塞、分液漏斗、带导管的双孔塞、水槽、集气瓶、玻璃片。

实验药品:高锰酸钾、二氧化锰、3%过氧化氢溶液。

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1.化学反应原理

实验室可利用氯酸钾与二氧化锰混合加热、高锰酸钾加热或过氧化氢溶液和二氧化锰混合制取氧气。

如果实验室缺少MnO2时,可用KMnO4、Fe2O3、CuO等代替MnO2,效果也很不错,而且价格比MnO2低得多。

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6. 创新思维:

取一根粗铜丝,将其弯成螺旋状,如图12-8所示。将铜丝放到酒精灯外焰部位加热至红热,使其表面氧化成黑色的氧化铜。

用锥形瓶收集一瓶氢气,把红热的铜丝从酒精灯火焰上取出稍冷,让学生观察到外表的黑色氧化铜后,缓慢伸进集满氢气的锥形瓶口,可见铜丝很快变成紫红色。随即取出,铜丝又被氧化成黑色,再伸进锥形瓶,铜丝又变光亮的紫红色。如此可以反复多次。如图12-9。

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5.资源开发:

⑴ 氢气与空气混合爆炸实验可用滴瓶上的滴管代替。如图12-6所示。

取一根滴瓶上的胶头滴管,去掉胶头,插到氢气发生器导管前的胶皮管上,点燃。立即拔掉胶皮管,手持滴管,尖端朝上,可见氢气仍然继续安静燃烧,随着氢气的消耗,空气进入滴管内,与氢气混合。1-2秒后,听到明显的爆炸声。此实验既可说明纯净的氢气可以在空气中安静燃烧,也可以说明氢气不纯后,遇明火爆炸。

此实验容器小,没有危险性,爆炸声也很响亮。

⑵ 在一个蒸发皿里,加入适量肥皂水,启动氢气发生器,将氢气通入肥皂水中,鼓起氢气泡后,随即向肥皂水中通入适量氧气。迅速用火柴点燃肥皂泡,立即发生尖锐的爆鸣声。如图12-7。

⑶ 取一只塑料方便袋,拎起袋口稍抖动,使袋内盛一定量的空气,将氢气发生器的导管伸入塑料袋内,扎紧袋口,收集氢气,根据袋子膨胀后的体积大小,估计空气与氢气的体积比大约为1∶1时,停止收集气体,取下塑料袋,扎紧袋口。将塑料袋吊悬于某物体上(比如实验室的水管上),用较长的燃着木条点燃塑料袋,可听到猛烈的爆鸣声。

此实验爆炸声音很响,但没有危险。

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4.探究评价:

⑴ 用上述方法测定的氢气纯度,不能说明氢气已纯。实验事实证明,只要氢气的纯度超过氢气的爆炸极限,就听不到尖锐的爆鸣声。

下表是不同浓度下氢气点燃时的现象:

氢气纯度(%)
90
80
70
50
30
10
5
空气体积分数(%)
10
20
30
50
70
90
95
点燃现象
安静燃烧
安静燃烧
弱的
爆鸣声
强的
爆鸣声
强的
爆鸣声
弱的
爆鸣声
几乎不燃
烧和爆鸣

由上表可知,只要氢气的纯度超过70%,点燃时就不会出现爆鸣声。

⑵ 氢气燃烧实验时,气流速度慢了,火焰太小且易熄灭。若在天气较热的夏末秋初做些实验,很难看到有水滴产生,为此,做实验时,可将烧杯稍冷却后再罩在火焰上方。

实验中常常看到的是黄色火焰,这是由于玻璃中钠离子的焰色所致。要做好此实验,一是要注意气流不要太小,火焰小了,也很难看到蓝色火焰;二是将玻璃管换成金属管,点燃时可见明显的蓝色火焰。还可以在玻璃导管外套上一支口径为15-20cm的长玻璃管,可见火焰黄色明显减弱,出现蓝色火焰,并明显看到玻璃管壁出现水滴,一段时间后,可见水滴滴下。套上玻璃管,加速了空气对流,使氢气燃烧更加充分。如图12-5。

氢气不纯的爆炸实验,若塑料筒体积较大,爆炸声很响,现象明显,给学生较强烈的刺激。但有一定的危险性,做此实验时一定要注意安全。

⑶ 用氢气还原氧化铜,由于氧化铜粉末颗粒较细,堆积在试管底部,很难与氢气充分接触,完全反应需要较长的时间。为此,可将氧化铜换成加热变黑的铜丝。将粗铜丝弯成螺旋状,在酒精灯上加热烤黑,表面生成薄薄的一层氧化铜,将此螺旋状铜丝置于试管内,通入氢气加热,反应所需要时间短,现象明显。

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3.探究方案:

⑴ 检查纯气纯度:用排水集气法收集一试管氢气,用大拇指按住试管口,移进火焰,放开拇指,若听到尖锐的爆鸣声,证明氢气不纯;若听到轻微的“噗”声,说明氢气已纯。如图12-1。

⑵ 点燃在导管口点燃氢气,可观察到蓝色火焰。用冷而干燥的烧杯罩在火焰上方,一会后,可观察到烧杯内壁出现水滴。如图12-2。证明有水生成:

取一个去盖、底部有小的塑料筒,用纸团堵住小孔,用排水法集满一筒氢气,倒置时筒下垫木条使筒的下边缘一端稍抬起(如图12-3,Ⅰ),拿掉小孔纸团,用燃着的木条在小孔处点火,注意观察有什么现象发生。

可以看到,刚点燃时,氢气安静地燃烧(如图12-3,Ⅱ),过一会儿,随着“砰”的爆炸声响,塑料筒被爆炸的气浪高高掀起(如图12-3,Ⅲ)。

        

⑶按如图12-4所示装配好装置,先通入氢气,直到排尽试管内空气后,点燃酒精灯加热。防止氢气与空气混合后,遇热爆炸。一会后,可见黑色氧化铜逐渐变光亮的紫红色,试管口有水滴出现。

实验结束后,先停止加热,直到试管冷却后,停止通入氢气。防止铜在较热的条件下氧化成氧化铜,使实验失败。

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2.实验仪器:试管、导管、铁架台、酒精灯、塑料筒等

实验药品:贮气瓶中的氢气、氧化铜等。

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