過氧化氫和二氧化錳混合製取和收集氧氣

氧氣是人類和許多生物生存的不可的物質，通過測定可知，空氣中的氧氣體積分數大約佔21%，我們通過紅磷燃燒實驗，也可以得到「氧氣約佔空氣總體積的1/5」這個結論。現代研究認為，自然界的氧氣絕大部分都是由綠色植物光合作用產生。

我們在實驗室研究物質，通常要製取一些純淨的氧氣用於測試、驗證其性質。

什麼是「製取」呢？簡而言之，就是既要產生這種物質，又要用儀器將其收集。

那麼我們用什麼藥品和儀器，能夠完成氧氣的製取呢？

在之前的小組實驗中，我們已經明確了以下事實：

1.過氧化氫溶液與二氧化錳混合，能夠迅速產生大量氣泡，產生的氣體能夠使帶火星的木條復燃；

2.同濃度過氧化氫溶液中，加入與之前二氧化錳質量相近的硫酸銅晶體、胡蘿蔔塊等物質，能夠觀察到有氣泡產生，但是由於產生的速率較慢，所以不能夠使帶火星的木條復燃。如果想做出復燃的效果，可更換為濃度較高的過氧化氫溶液再次實驗。

3.這種其他條件都不變，只改變其中一個條件的方法，是控制變量法。不知不覺中，我們已經用控制變量法成功探究了二氧化錳、硫酸銅、胡蘿蔔塊對於過氧化氫溶液分解速度的改變情況。

綜上，實驗室中較為合理的實驗藥品，是過氧化氫溶液和二氧化錳。二氧化錳不需要很多，就能使過氧化氫溶液迅速產生氧氣。

1實驗裝置

如何才能產生氧氣呢？在之前的實驗中，我們驗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，反應前後的質量和化學性質都沒有發生改變。而且我們也通過帶火星的木條復燃這一事實，驗證了過氧化氫與二氧化錳混合之後產生氧氣，那麼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製取氧氣。

如何才能收集氧氣呢？在「探究人體呼出氣體」的實驗中，我們用排水法收集過人體呼出氣體，如圖：

所以，接下來我們就可以考慮將發生裝置（試管）和收集裝置（導管、集氣瓶、水槽）這二者進行組合。

首先必須保證實驗人員的安全，其次是儘量保證實驗成功。

在實驗室中，我們通常可以用這三種裝置製取氧氣：

這三種裝置可以分為兩部分，發生裝置和收集裝置。

發生裝置，指的就是產生氣體的裝置。在上圖中，左側部分都是發生裝置。

收集裝置，指的是收集生成氣體的裝置。在上圖裝置中，右側部分就是收集裝置。

2實驗過程

檢查裝置氣密性

裝置，使用試管、橡膠塞、導管、集氣瓶。

檢查氣密性方法：用手緊握試管，看伸入液體的導管口是否有氣泡產生，如果有則說明裝置氣密性良好。

II裝置，使用錐形瓶、長頸漏鬥、導管、集氣瓶。檢查氣密性方法：用彈簧夾夾住橡膠管，從長頸漏鬥中加入水，若長頸漏鬥中液面不下降則證明裝置氣密性良好。

III裝置與II裝置類似，使用錐形瓶、分液漏鬥、導管、集氣瓶、水槽。

檢查氣密性方法：將分液漏鬥閥門打開，並夾緊導管處的彈簧夾，從分液漏鬥中加入水，如果分液漏鬥中液面不下降，則證明裝置氣密性良好。

實驗過程

是簡易裝置，液態的過氧化氫溶液和固態的二氧化錳混合即可產生大量氣泡。

II裝置先在錐形瓶中加入一些黑色二氧化錳固體，然後將過氧化氫溶液從長頸漏鬥中加入，我們要注意，長頸漏鬥必須伸入液面以下，如果長頸漏鬥的底端在液面上方，生成的氣體（氧氣）有可能順長頸漏鬥逸散（跑了）。

III裝置與II裝置類似，不過加入液體的裝置是分液漏鬥，顧名思義，能把液體分開，分液漏鬥有一個閥門，當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，從而產生氧氣， 關閉後過氧化氫就不再流下，使用分液漏鬥的好處就是能夠控制加入過氧化氫的速率，從而間接控制反應的速率。因為分液漏鬥自帶閥門，所以它的末端不需要伸入液面以下。

這三種發生裝置，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生氣體的發生裝置，就可以選擇這三種裝置。

收集裝置

收集氧氣？

I和II的收集裝置使用的都是向上排空氣法，III使用的是我們收集人體呼出氣體時候使用的排水法。

為什麼能用向上排空氣法收集氧氣？是因為氧氣的密度比空氣的密度大。向上排空氣法要注意，導管必須伸到集氣瓶底端，我們可以想像，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。那麼為什麼可以用排水法收集呢？是因為氧氣不易溶於水，且不與水發生反應。

使用排水法的時候請注意，無論發生裝置是哪種，觀察到剛產生氣泡的時候，必然會先將試管或錐形瓶這些發生裝置內的空氣排出去，故我們在排水法的導管末端觀察到的氣泡，首先是空氣的，並不是純淨的氧氣，所以我們在收集氧氣的時候，剛開始產生的氣泡是不能夠收集的。那麼什麼時候收集呢？得等氣泡均勻穩定冒出的時候再收集，這樣收集到的氣體就是純淨的氧氣了。

驗證和驗滿

什麼是驗證？驗證指的是：做一個測試，看一看集氣瓶裡是什麼物質。而驗滿指的是做一個測試，看看集氣瓶中的氧氣是否滿了。關於驗證的問題就是：如何驗證集氣瓶中的氣體是氧氣呢？我們從現實世界總結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象，在上一個驗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，觀察到了木條復燃，證明了產生的氣體是氧氣，所以這裡我們也用帶火星的木條來驗證：將帶火星的木條放到集氣瓶中，如果木條復燃，證明集氣瓶中是氧氣。

那麼如何驗證集氣瓶中的氧氣已經滿了呢？我們已經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，就可以認為氧氣已經滿了：將帶火星的木條放到集氣瓶口，若木條復燃則證明氧氣已滿。

實驗原理

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