氯酸钾制取氧气,制取氧气的三种方法

首页 > 经验 > 作者:YD1662023-05-17 03:21:06

氯酸钾制氧气:一场火花四溅的化学实验

我们每天都在呼吸空气,但你知道空气是由什么组成的吗?空气是一种混合气体,其中最多的是氮气,占了78%,其次是氧气,占了21%,还有少量的其他气体,如二氧化碳、水蒸气、惰性气体等。氧气是我们生命的重要保障,它参与了我们体内的呼吸作用和能量代谢。如果没有氧气,我们就无法存活。那么,如果我们想要得到更多更纯的氧气,该怎么办呢?今天,我们就来看看一种常见的实验室制氧方法:用氯酸钾制取氧气。

氯酸钾制取氧气,制取氧气的三种方法(1)

氯酸钾是什么?

在开始实验之前,我们先要认识一下我们的主角:氯酸钾。它是一种无色或白色的固体,有结晶体或粉末两种形态。它的化学式是KClO,由钾、氯和氧三种元素组成。它可以溶于水和碱溶液,但不易溶于乙醇。它有毒,不能吞食或接触皮肤和眼睛。

那么,为什么我们要用它来制取氧气呢?这是因为它有一个特殊的性质:强氧化性。什么是强氧化性呢?简单地说,就是它可以把其他物质中的电子夺走,使之失去还原性。这样,它就可以把自己分解为 氯化钾 和 氧气 ,而 氧气 就是我们想要得到的东西。

氯酸钾制取氧气,制取氧气的三种方法(2)

氯酸钾如何分解?

既然知道了 氯酸钾 可以分解为 氯化钾 和 氧气 ,那么我们就要想办法让它分解。但是,这并不是一件容易的事情。因为 氯酸钾 在常温下是稳定的,不会自己分解。我们需要给它一些刺激,让它产生变化。这个刺激就是温度。

当我们把 氯酸钾 加热到400℃以上时,它就会开始分解,并放出大量的热量和 氧气 。这个过程中发生的化学反应可以用方程式表示为:

2KClO₃==2KCl 3O₂

这个方程式告诉我们两件事:

  1. 两个 氯酸钾 分子会分解为两个 氯化钾 分子和三个 氧气 分子。
  2. 这个反应需要加热才能进行。

但是,这个方程式还不够完整。因为实际上,我们不可能只用加热就让 氯酸钾 分解。因为这样做需要很高的温度和很长的时间,而且还有可能发生爆炸。所以,我们还需要一个帮手:二氧化锰。

二氧化锰是一种黑色或棕色的固体粉末,它也由两种元素组成:锰和氧。它的化学式是MnO。它在这个实验中起到了一个重要的作用:催化剂。

氯酸钾制取氧气,制取氧气的三种方法(3)

什么是催化剂呢?催化剂就是一种能够加速反应速率或降低反应条件的物质,但本身不参与反应或改变反应结果。也就是说,催化剂只是一个观察者,它只是在旁边看着反应发生,并给反应双方一些暗示或推动,让他们更容易相遇或分离。

二氧化锰就是这样一个观察者,在加热时,它会促进 氯酸钾 的分解,并使反应更快更顺利地进行。但它自己并不会发生任何变化,所以在方程式中,我们要用括号把它括起来,并在上面写上一个三角形符号(表示加热)。这样,完整的方程式就变成了:

2KClO₃== (MnO₂ △)==2KCl 3O₂

这个方程式告诉我们三件事:

  1. 两个 氯酸钾 分子会在二氧化锰的催化下分解为两个 氯化钾 分子和三个 氧气 分子。
  2. 二氧化锰不参与反应,只起到催化作用。
如何进行实验?

现在我们已经知道了原理和方程式,那么我们就可以开始实验了。具体来说,我们需要以下几样东西:

  1. 氯酸钾粉末
  2. 二氧化锰粉末(催化剂)
  3. 试管
  4. 酒精灯
  5. 铁架台
  6. 铁夹
  7. 橡皮塞
  8. 导管
  9. 集气瓶
  10. 水槽

氯酸钾制取氧气,制取氧气的三种方法(4)

操作步骤如下:

  1. 把少量的 氯酸钾粉末 和 二氧化锰粉末 按比例混合均匀(比例大约为5:1),放入试管中。
  2. 用橡皮塞将导管插入试管口,并用铁夹固定在铁架台上。
  3. 用酒精灯加热试管底部(注意不要直接对准药品),使之均匀受热。
  4. 观察试管内发生的变化,当有大量的 气泡 产生时(说明反应开始进行),将导管另一端插入水槽中的集气瓶内,并用排水法收集 氧气 (注意导管要伸入集气瓶底部)。
  5. 当集满一瓶 氧气 后(可以用木条带火星检验是否复燃),用玻片盖住集气瓶口,并将其正放置。
  6. 停止加热,并先拔出导管再熄灭酒精灯(注意防止水倒流到试管中)。

这样,我们就得到了纯净的 氧气 。如果你想要更多的 氧气 ,你可以重复以上步骤。

氯酸钾制取氧气,制取氧气的三种方法(5)

实验结果和分析

通过这个实验,我们成功地从 氯酸钾 中提取出了纯净的 氧气 。这个实验有以下几个特点:

  1. 反应速度较快:由于二氧化锰的催化作用和加热的条件,氯酸钾的分解反应可以在较短时间内完成,并放出大量的氧气。
  2. 反应放热:氯酸钾的分解反应是一个放热反应,也就是说,反应过程中会释放出热量,使周围的温度升高。这也是为什么我们要用酒精灯加热试管底部,而不是直接对准药品,因为如果温度过高,反应会变得过于剧烈,甚至发生爆炸。
  3. 反应火花:氯酸钾的分解反应还会产生一些火花,这是因为反应过程中会产生一些微小的固体颗粒,如氯化钾和二氧化锰,它们在高温下会发光。这些火花让实验更加有趣和美观,但也要注意防止火花飞溅到皮肤或眼睛上。

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