“氧氣的制取與性質(zhì)”學(xué)生分組探究的新嘗試

姜紹南+陳盛艷

1 問題的提出

加熱高錳酸鉀制取氧氣這個(gè)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)是中學(xué)化學(xué)中的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)，在各種化學(xué)教科書中已存在多年。

有幾位來我校參觀的校長在走訪化學(xué)實(shí)驗(yàn)室的時(shí)候問，初三學(xué)生做完制取氧氣的實(shí)驗(yàn)之后，將KMnO4弄得到處都是，不能及時(shí)清除掉，實(shí)驗(yàn)室留下深一塊、淺一塊的斑點(diǎn)，有什么方法去除。根據(jù)化學(xué)常識，學(xué)生手上的斑點(diǎn)，可以用維生素C片擦洗；實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的污漬，用滴加少量稀硫酸的草酸溶液清洗。但各班實(shí)驗(yàn)課安排有時(shí)相差幾天，學(xué)生實(shí)驗(yàn)留下的痕跡很頑固，無論怎么清洗，效果都不好。為此，校長和實(shí)驗(yàn)室管理員都很苦惱。

2 思考與嘗試

KMnO4制備O2的實(shí)驗(yàn)作為經(jīng)典的演示實(shí)驗(yàn)來開展，效果很好。但用于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，在如今注重綠色化實(shí)驗(yàn)及環(huán)境整潔的時(shí)代，值得商榷。2 mol KMnO4（316 g）如果完全反應(yīng)才能制得1 mol O2，同時(shí)產(chǎn)生284 g廢渣，其中大部分廢渣是易溶于水的物質(zhì)，溶于水后產(chǎn)生大量廢液。何況學(xué)生在制備時(shí)，KMnO4達(dá)不到100%的利用率，就會產(chǎn)生更多的廢渣，加之不小心溶于水就會產(chǎn)生大量的廢液。10個(gè)班的初中生如果開展這個(gè)分組實(shí)驗(yàn)，至少有幾公斤的廢渣產(chǎn)生，如果這些廢渣和廢液被隨意丟棄，對周邊環(huán)境會造成極大的火災(zāi)隱患和污染。

因此，筆者對此分組實(shí)驗(yàn)做了一點(diǎn)改進(jìn)。過去采用MnO2催化KClO3的實(shí)驗(yàn)確實(shí)存在反應(yīng)太過劇烈和氣體不純的缺點(diǎn)，在改進(jìn)時(shí)沒有采納。MnO2催化H2O2溶液開始時(shí)稍顯劇烈，特別是在一些學(xué)生加入過多的MnO2之后，能夠聽到“哧啦”的聲音，反應(yīng)中放熱較多。初三學(xué)生剛開始做實(shí)驗(yàn)，動作較慢，結(jié)果往往收不滿3瓶氣體，就需要更換藥品重復(fù)制取。經(jīng)過進(jìn)一步的研究，筆者對這個(gè)分組實(shí)驗(yàn)做了如下的修改。把要求學(xué)生掌握的基本操作，如本實(shí)驗(yàn)中用試管加熱固體粉末與用排水取氣法收集氣體這個(gè)內(nèi)容保留住，更換實(shí)驗(yàn)藥品。采用實(shí)驗(yàn)時(shí)學(xué)生已經(jīng)研究過的銅綠（堿式碳酸銅）制備CuO，用CuO催化H2O2溶液而得到穩(wěn)定釋放的氧氣。

在學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)探究之前，筆者探索了分解堿式碳酸銅得到CuO催化H2O2分解的最佳條件。在60 ℃水浴的條件下，產(chǎn)生O2的速率比較穩(wěn)定，制得的O2無異味，用排水取氣法收集氧氣，集氣瓶中不會形成水霧。

3 “氧氣的制取”改進(jìn)

（1）在托盤天平上稱取0.6 g Cu2（OH）2CO3粉末，用藥匙或小紙條折疊成的紙槽小心地將它送入試管底部，然后將試管直立起來，使藥品全部落到試管底部。

（2）將裝好Cu2（OH）2CO3粉末的試管平放，稍稍抖動試管底部，使藥品平鋪于試管底部。試管口略向下傾斜，固定在鐵架臺上。

（3）先均勻加熱試管，再集中加熱試管底部，等到Cu2（OH）2CO3粉末完全變黑時(shí)停止加熱，讓試管冷卻，用鎳子夾取濾紙條，吸干掛在試管內(nèi)壁上的水珠。

（4）使用另一支大試管和帶有導(dǎo)管的單孔橡膠塞相連作為簡易制氣裝置，連接好裝置并檢查其氣密性。

（5）量取25 mL 6% H2O2溶液，加入到簡易制氣裝置的大試管中，然后加入分解后冷卻的CuO，塞好單孔塞，連接好導(dǎo)氣管。將試管放入盛有約150 mL 60 ℃熱水的250 mL燒杯中水浴加熱，固定好大試管。當(dāng)導(dǎo)管口氣泡連續(xù)均勻冒出時(shí)，用排水法收集氧氣。