對向上排空氣法收集氧氣的探討

摘 要：通過實驗進行深入的分析，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論。

關鍵詞：加熱；向上排空氣法；收集；氧氣

一、問題提出

許多化學教材和資料上都說實驗室制取氧氣時收集方法有兩種：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，有學生提出了這樣的疑問：在標準狀況下，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，必須要加熱才能進行，那么，在高溫條件下，氧氣受熱體積就會膨脹，從而密度就會減小，甚至可能還會小于空氣的密度，這個時候我們還能不能用向上排空氣法收集氧氣呢？針對這個問題，我試著從理論和實際兩方面進行了深入探究，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、實驗過程

1.實驗用品

試劑：高錳酸鉀。

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

材料：棉花、火柴。

2.實驗過程、現象

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

（實驗室室溫：18.0℃）

（2）同時，假設氧氣受熱體積膨脹，密度小于空氣的密度。再次選用導管長度為20 cm的裝置制取氧氣，這時我選用向下排空氣法，在收集時間相同、氣體流速相同的情況下收集。收集完畢以后把它倒放在實驗臺上，用帶火星的木條伸入瓶中，發現帶火星的木條并沒有復燃，只是更明亮了些。

三、實驗現象分析與結論

由以上數據可以看出：加熱制取氧氣時所制取的氧氣溫度改變并不大，而且導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，因為氣體的比熱容都很小，吸熱升溫快，同時冷卻降溫也快。雖然在試管中氧氣的溫度很高，但在經過導管的過程中又冷卻了下來，而且導管越長，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，但結果證明我們并沒有收集到氧氣，進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最高溫度20.4℃，室溫為18℃，

以上計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 陜西省寧強縣榮程中學）