氧气的实验室制取方法
第91篇化学学霸笔记 · 全红婵的清华之路
实验原理
实验室制取氧气主要有三种方法，其中两种最常用：
过氧化氢法
2H₂O₂ → 2H₂O + O₂↑
氯酸钾法
2KClO₃ → 2KCl + 3O₂↑
高锰酸钾法
2KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂↑
科学笔记：过氧化氢法(双氧水法)是最推荐的实验室制氧方法，因其不需要加热、无污染、操作简便。二氧化锰(MnO₂)在此反应中作为催化剂，加速反应但本身不参与反应。
"在科学实验中，催化剂就像人生的助推器，它能加速你达成目标的过程，却不改变目标本身。"
— 时空智者
实验装置
1. 过氧化氢法制氧装置
使用固液不加热型发生装置，包括：
锥形瓶或平底烧瓶
分液漏斗(控制反应速率)
导管
集气瓶(排水法或向上排空气法)
实验技巧
使用分液漏斗时，可通过调节活塞控制双氧水滴加速度，从而控制反应速率。长颈漏斗末端必须插入液面以下形成液封，防止氧气从漏斗逸出。
2. 加热法制氧装置
用于氯酸钾或高锰酸钾制氧，包括：
铁架台
试管(需略向下倾斜)
酒精灯
导管
集气装置
安全提示：使用高锰酸钾时，试管口要塞一团棉花，防止加热时高锰酸钾粉末进入导管造成堵塞。
实验步骤
以过氧化氢法为例，操作步骤如下(简称"连查装定倒收")：
连：按顺序连接仪器装置
查：检查装置气密性
装：在锥形瓶中装入少量二氧化锰
定：固定装置
倒：从分液漏斗加入过氧化氢溶液
收：用排水法或向上排空气法收集氧气
重要提醒
使用排水法收集时，待导管口有连续均匀气泡冒出时才开始收集(最初排出的是装置中的空气)。实验结束时，必须先撤导管再熄灭酒精灯，防止水倒吸炸裂试管。
以氯酸钾法为例，操作步骤记忆口诀"茶庄定点收利息"：
查(气密性)→装(药品)→定(装置)→点(酒精灯)→收(集气体)→离(开导管)→熄(灭酒精灯)
收集与检验
收集方法对比
方法原理优点缺点
排水法氧气不易溶于水纯度更高可能含有水蒸气
向上排空气法氧气密度略大于空气操作简单纯度略低
氧气检验方法
检验：将带火星的木条伸入集气瓶内，木条复燃
验满：(排水法)集气瓶口有大气泡冒出；(排空气法)带火星木条放在瓶口复燃
"科学的魅力在于验证——就像带火星的木条遇到纯氧会复燃一样，真理的光芒总是在严谨的实验中绽放。"
— 红婵的实验感悟
常见问题
Q：为什么氯酸钾法得到的氧气中可能含有少量Cl₂、O₃？
A：因为氯酸钾在加热分解时会发生副反应：2KClO₃ + 2MnO₂ → 2KMnO₄ + Cl₂↑ + O₂↑，同时产生微量臭氧(O₃)。
Q：为什么高锰酸钾法试管口要塞棉花？
A：防止加热时高锰酸钾粉末随氧气流进入导管，造成导管堵塞，同时避免污染收集的氧气。
Q：为什么实验结束时要"先撤导管，再熄酒精灯"？
A：防止试管骤冷导致内部气压降低，水槽中的水倒吸入热试管，引起试管炸裂。
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