實驗室的一個“謊言”

陳琳

【摘 ? 要】 ?在“九義”初中三年級的化學課堂中，實驗室制取氧氣的實驗一直都是非常重要的一個實驗，它既是初中化學八大必做實驗中的一個，同樣也是初中會考的重點考查實驗內容。本文將針對用氯酸鉀和二氧化錳組成的混合物加熱到一定程度或者是直接加熱高錳酸鉀來一次制取氧氣的這個實驗探究，即實驗室中存在的一個關于氧氣制取的謊言。

【關鍵詞】 ?實驗室;制取氧氣;實驗探究;謊言

通常在實驗室想要制取氧氣的辦法就是將氯酸鉀和二氧化錳組成的混合物加熱到一定程度或者是直接加熱高錳酸鉀來獲取氧氣，并且采用排水法來收集氧氣。同時在化學教材中的課后習題專門強調了這一點，實驗結束前必須要做的一個重要的步驟就是在熄滅酒精燈前一定要把導管從水槽中移出來，之后才能熄滅酒精燈，因為只有這樣才能保證液體不會回流進試管而使試管急劇遇冷而炸裂。

在一次化學課上，我們正是在做這個實驗，但是由于我們在課堂上粗心大意，在實驗結束的時候居然先熄了酒精燈，而此時導管還在水槽中，這時就同課本上講的一樣，試管中充滿了從水槽中倒流進來的水，但是卻并沒有發生老師講課時提到的后果，也就是試管會炸裂的現象。在下課后，筆者同其他小組的同學交流了這次的實驗過程，發現他們中也有人犯了同樣的失誤，但是現象也基本一樣，水槽中的水倒流入試管，但是并沒有發生試管炸裂的現象。

正因如此，筆者心中滿是困惑，明明書上寫的很有道理，老師也講的很清楚，是應該先將導管取出水槽再停止加熱，但是筆者犯了錯誤后實驗結果卻并沒有受到影響，所以在筆者看來“防止試管炸裂”是否是一個實驗室的“謊言”。

為了一探究竟，筆者又在下課后用一個100mL的試管，規格是25×200，按照課本上的裝置圖準備了一套實驗器材，并在試管中放入了適量的氯酸鉀和二氧化錳。在實驗進行過程中，用酒精燈加熱試管，這時導管口冒出了很多氣泡，大約兩分鐘過后，挪開酒精燈停止對試管進行加熱。結果是水槽中的水部分流入試管中，然而卻并沒有發生炸裂。考慮到這可能是一個偶然的情況，便又進行了多次相同的試驗，每次做試驗的過程中都改變了不同的氯酸鉀和二氧化錳的比例，但是每次試驗的結果都一樣，即試管并沒有發生炸裂。隨后筆者又將混合物換成高錳酸鉀來進行重復的實驗，過程和步驟與上述實驗完全一樣，但是得到的結果也完全一樣，即試管并沒有發生炸裂。針對此次實驗的結果，筆者深信實驗現象才是正確的，因此便去請教了教師，以下做了一些簡單的分析研究。

一、查閱資料情況

1.氯酸鉀一般情況下是在400攝氏度的高溫環境下才能開始分解并生成氧氣，但是可以選擇氧化銅作為催化劑，此時僅需350攝氏度就能迅速分解生成氧氣，如果加入的是二氧化錳作為催化劑，那么分解實驗所需要的溫度還會更低一些。

2.高錳酸鉀大約在240攝氏度的環境下能夠分解。

3.酒精燈一般能夠將物品加熱到400至500攝氏度。

二、粗略的計算

實驗室的溫度大約是27攝氏度，所用試管的容積是100mL，由氯酸鉀和二氧化錳組成的混合物能在300攝氏度的溫度下分解。實驗結束后，熄滅酒精燈，結束加熱時，試管內部的氣體會接觸到試管的玻璃內壁，而內壁溫度較外壁要低很多，所以此時管內氣體溫度相對于加熱時的溫度很低的了，甚至比60攝氏度還低，這個時候可以將溫度設定為60攝氏度方便計算。查閱資料得知氣體的狀態方程為V1/V2=T1/T2，基本的計算過程在下文中展示出來：

V1=100mL，T1=273+60=333K，T2=273+27=300K，100/V2=333/300，計算得出V2=90mL

在上述的計算過程中V1指的是試管的容積，V2指的是停止加熱后氣體的體積，T1指的是停止加熱時試管內壁氣體的開始溫度，T2指的是實驗室的開始溫度。

從計算結果我們可以看出，在停止加熱后，等待溫度降到正常溫度后，氣體體積已經減小了，而減小的量算出來是100mL-90mL=10mL。

這時只需要將加熱試管的試管口微微地向下傾斜一點，再加上導管內倒流進入試管內的水有殘留的體積，還有導管內的液面與水槽內的液面會有一個高度差，那么就會產生一個壓強差，因此實際上倒流進入試管內的水會比10mL還更少，并且水槽中的水倒流入試管中時，試管內壁的溫度已經下降了很多，和倒流入水的溫度差不會太大，所以可以得出結論：試管不會因為水的倒流而發生炸裂。

那如果是用高錳酸鉀作為反應物來分解氧氣的話，可以從資料得知高錳酸鉀的分解溫度比氯酸鉀還低，所以根據前面氯酸鉀和二氧化錳制取氧氣所計算的結果，高錳酸鉀制取氧氣時倒吸進入試管的水將會更少，即不足10mL，那么我們也可以得出結果，即也不會發生試管炸裂的現象。

根據前文的敘述來看，雖然我們得知了實驗結束后是先熄滅酒精燈還是先撤離試管的順序不會造成試管炸裂，但是筆者認為我們應該遵守教材中的順序，因為筆者在此次實驗中只考慮到藥品的比例問題，卻忽視了試管的問題，包括試管不同直徑對實驗的影響，以及試管不同材質對實驗的影響，而此時如果我們先熄滅酒精燈也許會造成炸裂。所以教材中所提到的先熄滅酒精燈停止加熱再將導管撤離水槽是正確的，根本目的不是為了防止試管炸裂。根據筆者的實驗過程以及計算過程，教材中之所以這樣說是為了提醒我們學生在做實驗的時候要仔細小心，按照規定步驟一步一步做，形成良好的實驗思維，也同樣是為了排除偶然性的危險情況，所以在筆者看來這個知識點是一個善意的“謊言”。

【參考文獻】

[1]林子謙.實驗室制取氧氣的一個“謊言”[J].實驗教學與儀器，2015年第10期

[2]潘璞峻，向玲.二氧化錳催化過氧化氫制氧氣的實驗改進[J].中學化學教學參考，2016（4）.