氧氣是人類和許多生物生存的不可或缺的物質(zhì),空氣中的氧氣體積分?jǐn)?shù)大約占21%,現(xiàn)代研究認(rèn)為,自然界的氧氣絕大部分都是由綠色植物光合作用產(chǎn)生。 我們在實(shí)驗(yàn)室研究物質(zhì),通常要制取一些純凈的氧氣用于測試、驗(yàn)證其性質(zhì),那么我們用什么方法,能夠收集到相對純凈的氧氣呢?(就像我們要測試?yán)畎缀蛷埩颊l厲害一點(diǎn),首先得有一個李白才行) 1 實(shí)驗(yàn)裝置 在上一個實(shí)驗(yàn)中,我們驗(yàn)證了二氧化錳在過氧化氫分解中起催化作用,加速了過氧化氫的分解,而二氧化錳作為催化劑,反應(yīng)前后的質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)都沒有發(fā)生改變。而且我們也通過帶火星的木條復(fù)燃這一事實(shí),驗(yàn)證了過氧化氫與二氧化錳混合之后產(chǎn)生氧氣,那么也就證明了我們可以通過將過氧化氫溶液這種液體和二氧化錳這種固體混合制取氧氣。 首先保證實(shí)驗(yàn)人員的安全,其次是盡量保證實(shí)驗(yàn)成功。 在實(shí)驗(yàn)室中,我們通??梢杂眠@三種裝置制取氧氣 這三種裝置可以分為兩部分,發(fā)生裝置和收集裝置。 發(fā)生裝置,指的就是產(chǎn)生需要?dú)怏w的裝置。在上圖中,左側(cè)部分都是發(fā)生裝置。 收集裝置,指的是收集生成氣體的裝置。在上圖裝置中,右側(cè)部分就是收集裝置。 2 實(shí)驗(yàn)過程 檢查裝置氣密性。左裝置是用手緊握試管,看伸入液體的導(dǎo)管口是否有氣泡產(chǎn)生,如果有則說明裝置氣密性良好。 中裝置,彈簧夾夾住橡膠管,從長頸漏斗中加入水,若長頸漏斗中液面不下降則證明裝置氣密性良好。 右裝置與中裝置類似,將分液漏斗閥門打開,并夾緊導(dǎo)管處的彈簧夾,從分液漏斗中加入水,如果分液漏斗中液面不下降,則證明裝置氣密性良好。 發(fā)生裝置。 左是簡易裝置,液態(tài)的過氧化氫溶液和固態(tài)的二氧化錳混合即可產(chǎn)生大量氣泡; 中裝置先在錐形瓶中加入一些黑色二氧化錳固體,然后將過氧化氫溶液從長頸漏斗中加入,我們要注意,長頸漏斗必須伸入液面以下,如果長頸漏斗的底端在液面上方,生成的氣體(氧氣)有可能順長頸漏斗逸散(跑了)。 右裝置與中裝置類似,不過加入液體的裝置是分液漏斗,顧名思義,能把液體分開,分液漏斗有一個閥門,當(dāng)在上部加入過氧化氫溶液的時候,打開就能夠使過氧化氫流下與二氧化錳接觸,從而產(chǎn)生氧氣, 關(guān)閉后過氧化氫就不再流下,使用分液漏斗的好處就是能夠控制加入過氧化氫的量,從而控制反應(yīng)的發(fā)生與停止。因?yàn)榉忠郝┒纷詭чy門,所以它的末端不需要伸入液面以下。這三種發(fā)生裝置,都是固液混合裝置,如果再遇到固體和液體僅僅混合就能產(chǎn)生氣體的發(fā)生裝置,就可以選擇這三種裝置。 收集裝置。 左和中的收集裝置使用的都是向上排空氣法,右使用的是我們收集人體呼出氣體時候使用的排水法。 為什么能用向上排空氣法收集氧氣?是因?yàn)檠鯕獾拿芏缺瓤諝獾拿芏却?。向上排空氣法要注意,?dǎo)管必須伸到集氣瓶底端,我們可以想象,一個個氧氣氣泡就像水一樣慢慢聚集在從下向上逐漸聚集。那么為什么可以用排水法收集呢?是因?yàn)檠鯕獠灰兹苡谒?,且不與水發(fā)生反應(yīng)。 使用排水法的時候請注意,無論發(fā)生裝置是哪種,觀察到剛產(chǎn)生氣泡的時候,必然會先將試管或錐形瓶這些發(fā)生裝置內(nèi)的空氣排出去,故我們在排水法的導(dǎo)管末端觀察到的氣泡,首先是空氣的,并不是純凈的氧氣,所以我們在收集氧氣的時候,剛開始產(chǎn)生的氣泡是不能夠收集的。那么什么時候收集呢?得等氣泡均勻穩(wěn)定冒出的時候再收集,這樣收集到的氣體就是純凈的氧氣了。 驗(yàn)證和驗(yàn)滿。什么是驗(yàn)證?驗(yàn)證指的是:做一個測試,看一看集氣瓶里是什么物質(zhì)。而驗(yàn)滿指的是做一個測試,看看集氣瓶中的氧氣是否滿了。關(guān)于驗(yàn)證的問題就是:如何驗(yàn)證集氣瓶中的氣體是氧氣呢?我們從現(xiàn)實(shí)世界總結(jié)出氧氣兩大用途是供給呼吸和支持燃燒,而支持燃燒相對來說更容易觀察到現(xiàn)象,在上一個驗(yàn)證二氧化錳在過氧化氫分解過程中,我們將帶火星的木條放入試管,觀察到了木條復(fù)燃,證明了產(chǎn)生的氣體是氧氣,所以這里我們也用帶火星的木條來驗(yàn)證:將帶火星的木條放到集氣瓶中,如果木條復(fù)燃,證明集氣瓶中是氧氣。那么如何驗(yàn)證集氣瓶中的氧氣已經(jīng)滿了呢?我們已經(jīng)知道觀察一杯水是否“滿”,就是看水的液面是否在杯口處,所以我們也用類似的方法,只要證明了集氣瓶口處有氧氣的存在,就可以認(rèn)為氧氣已經(jīng)滿了:將帶火星的木條放到集氣瓶口,若木條復(fù)燃則證明氧氣已滿。 3 實(shí)驗(yàn)原理 這是實(shí)驗(yàn)室用液態(tài)的過氧化氫溶液和固態(tài)的黑色二氧化錳混合制氧氣的實(shí)驗(yàn)過程和注意事項(xiàng)。我們可以用這種方法,在實(shí)驗(yàn)室制取一些氧氣,測試其性質(zhì),或者與其它物質(zhì)反應(yīng)。 過氧化氫在二氧化錳作催化劑的條件下,生成了水和氧氣。 4 小結(jié) |
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