對(duì)向上排空氣法收集氧氣的探討

摘 要：通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行深入的分析，澄清了“用高錳酸鉀或氯酸鉀制氧氣能否用向上排空氣法收集”這一問題，得出用高錳酸鉀或氯酸鉀制氧氣能用向上排空氣法收集的結(jié)論。

關(guān)鍵詞：加熱；向上排空氣法；收集；氧氣

一、問題提出

許多化學(xué)教材和資料上都說實(shí)驗(yàn)室制取氧氣時(shí)收集方法有兩種：一是排水法收集；二是向上排空氣法收集。原因是一方面氧氣不易溶于水，另一方面氧氣的密度比空氣大。在講到向上排空氣法收集氧氣時(shí)，有學(xué)生提出了這樣的疑問：在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，氧氣的密度是1.429 g/L，略大于空氣的密度（1.293 g/L）。如果我們用高錳酸鉀或者氯酸鉀制氧氣，必須要加熱才能進(jìn)行，那么，在高溫條件下，氧氣受熱體積就會(huì)膨脹，從而密度就會(huì)減小，甚至可能還會(huì)小于空氣的密度，這個(gè)時(shí)候我們還能不能用向上排空氣法收集氧氣呢？針對(duì)這個(gè)問題，我試著從理論和實(shí)際兩方面進(jìn)行了深入探究，以解決“用高錳酸鉀或氯酸鉀制氧氣能否用向上排空氣法收集”這一問題。

二、實(shí)驗(yàn)過程

1.實(shí)驗(yàn)用品

試劑：高錳酸鉀。

儀器：鐵架臺(tái)、試管、帶橡膠塞的導(dǎo)氣管4只（導(dǎo)氣管長度分別為20 cm、25 cm、30 cm、40 cm）、酒精燈、集氣瓶、電子溫度計(jì)、細(xì)鐵絲。

材料：棉花、火柴。

2.實(shí)驗(yàn)過程、現(xiàn)象

（1）按教材所示圖組裝好實(shí)驗(yàn)裝置：先選用20 cm長的導(dǎo)管開始制氧氣。在制取過程中用數(shù)字溫度計(jì)測量集氣瓶中的溫度，并記下剛收集滿時(shí)集氣瓶中的溫度。然后依次選用25 cm、30 cm、40 cm的導(dǎo)管制取氧氣，依次記下剛收集滿時(shí)集氣瓶中的溫度。最后依次在四瓶氧氣中做鐵絲燃燒實(shí)驗(yàn)（結(jié)果如下表）。

（實(shí)驗(yàn)室室溫：18.0℃）

（2）同時(shí)，假設(shè)氧氣受熱體積膨脹，密度小于空氣的密度。再次選用導(dǎo)管長度為20 cm的裝置制取氧氣，這時(shí)我選用向下排空氣法，在收集時(shí)間相同、氣體流速相同的情況下收集。收集完畢以后把它倒放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，用帶火星的木條伸入瓶中，發(fā)現(xiàn)帶火星的木條并沒有復(fù)燃，只是更明亮了些。

三、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析與結(jié)論

由以上數(shù)據(jù)可以看出：加熱制取氧氣時(shí)所制取的氧氣溫度改變并不大，而且導(dǎo)管越長所制取的氧氣溫度變化越小。這與氧氣的比熱容有關(guān)，因?yàn)闅怏w的比熱容都很小，吸熱升溫快，同時(shí)冷卻降溫也快。雖然在試管中氧氣的溫度很高，但在經(jīng)過導(dǎo)管的過程中又冷卻了下來，而且導(dǎo)管越長，所制取的氣體溫度越接近室溫。

接下來又通過向下排空氣法收集氧氣，但結(jié)果證明我們并沒有收集到氧氣，進(jìn)一步證明用高錳酸鉀或氯酸鉀制氧氣是能用向上排空氣法收集的。

最后，我們可以通過計(jì)算來比較加熱制取的氧氣密度與空氣的密度誰大誰小。在這里我們選擇收集氧氣過程中集氣瓶中的一個(gè)最高溫度20.4℃，室溫為18℃，

以上計(jì)算證明加熱制取的氧氣的密度還是大于空氣的密度，所以用高錳酸鉀或氯酸鉀制氧氣可以用向上排空氣法收集氧氣。

（作者單位 陜西省寧強(qiáng)縣榮程中學(xué)）