试论实验室制取氧气的方法

试论实验室制取氧气的方法

作者：吕柚燃

来源：《新教育时代·学生版》2017年第13期

摘 要：化学是以实验为主的自然学科，化学的研究和学习都以化学实验为科学的基础。本文通过实验室制取氧气最常用的三种方法的对比分析，得出选择使用过氧化氢分解制取氧气为最佳方法的结论。

关键词：实验室 制取氧气 方法

化学是一门以实验为基础的学科，实验在化学的占比太大了。想要学习好化学，我们需要不断地做实验，分析实验现象，总结实验原理。作为学生，除了要按照老师的要求去做好每个实验，还应自己主动对实验进行探究，弄懂实验的原理，才能处理好不同化学实验。有些实验的操作方法不止一种，那么在有多种实验方法选择的情况下，我们如何去选择最佳的方法来掌握呢？比如我们最熟悉的氧气制取。氧气是人体进行新陈代谢的关键物质，是人体活动的第一需要。氧气制取也高中化学的经典兼重要实验，实验室制取氧气最常用的方法有三种，分别是高锰酸钾制氧气法、高氯酸制氧气法、分解过氧化氢制氧气法。经过资料查询，我发现当前的不同地区所用的不同高中化学教材版本里面有关实验室制氧气的方法都不一样，侧重点也各不相同。究竟哪一种方法制取氧气更有优势？以下是我从成本、操作、环保、安全等方面对三种物质分解制取氧气的方法进行综合对比与全面评估。 一、三种物质制取氧气的成本对比

根据从市面上了解到的化学试剂价格，我对高锰酸钾制氧气法、高氯酸制氧气法、分解过氧化氢制氧气法的成本进行了一个初步的计算。高锰酸钾（500g）70元、氯酸钾（500g）40元、过氧化氢溶液（30%、500mL）9.8元、二氧化锰（500g）60元。为了方便计算，下面以生成32g氧气所需要的反应物价格进行比较：

①高锰酸钾制氧气法，根据2KMnO4 ≜K2MnO4+MnO2+O2↑和高锰酸钾（500g）70元，可以计算出要生成32g的氧气，需要花费44.24元的高锰酸钾。

②高氯酸制氧气法，同样根据氯酸钾与二氧化锰制氧气的反应方程式和氯酸钾（500g）40元，可以计算出生成32g的氧气，需要花费6.536元氯酸钾。由于一般使用二氧化锰是氯酸钾的三分之一，而氯酸钾的相对分子质量为81.7，因此二氧化锰价格等于81.7÷3x60÷500=3.268元，所以用氯酸钾与二氧化锰制32g氧气需要花费6.536+3.268=9.804元。

③分解过氧化氢制氧气法，由于过氧化氢溶液（30%、500mL）9.8元，一瓶500ml过氧化氢溶液的质量大约是555g，所含H2O2的量大约为555gx30%=1665g，再结合2H2O2 MnO2 2H2O+O2↑，可计算出制取32g的氧气需要4元的过氧化氢溶液，但由于每次只需要在锥形瓶

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放少量的二氧化锰，不妨我们假设制取1L的氧气需要消耗1g的二氧化锰，则消耗的二氧化锰价格为22.4x58÷500=2.6元，因此用过氧化氢和二氧化锰制取32g氧气的总价格为6.6元。 很明显制取相同质量的氧气，高锰酸钾44.24元>氯酸钾9.804元>过氧化氢6.6元，由此可得，使用过氧化氢来制取氧气，实验的成本更低。当然上述价格只是一个粗略的对比，还没有包括实验过程中其他辅助材料的成本以及浪费的材料成本等。 二、三种制取氧气实验方法在操作上的对比 1.高锰酸钾制取氧气

高锰酸钾制取氧气时有以下优点：①反应速度快；②不需要催化剂；③反应条件简单，只需要稍微加热即可；④易收集到纯净的氧气。然而它也存在很多的缺点，比如①用量多而产氧率低；②产物中的锰酸钾难以回收，只能排放，容易造成环境污染；③加热高锰酸钾，试管受腐蚀，清洗后透明性变差，试管报废率高；④不慎碰到高锰酸钾晶体会使实验者皮肤被腐蚀，造成心理阴影。 2.氯酸钾制取氧气

氯酸钾制取氧气时，操作上稍微复杂一些，需事先与二氧化锰混合均匀，再加热才能够使反应完全，而且制得的氧气中存在异味，反应后的产物氯化钾不易回收，对环境也会造成一定的污染。因此，在制取氧气实验时，我不是很推荐采用这种办法。 3.过氧化氢制取氧气

氯酸钾制取氧气，优点如下：①不需要加热，操作简单方便；②获得的氧气较多，且无异味；③反应后的产物是水和氧气，只要对催化剂二氧化锰进行回收，则不会造成环境污染。同样地，氯酸钾制取氧气也存在缺点：①反应速率不好控制；②放出的热量多；③氧气会含有大量的水蒸气，不够纯净。 三、基于实验安全性的比较

由于高锰酸钾制氧气法、高氯酸制氧气法、分解过氧化氢制氧气法这3种制取氧气的方法涉及到的物质主要有3种：高锰酸钾晶体、氯酸钾晶体、过氧化氢溶液。下面将针对以上3种物质的性质进行安全性的分析。 1.高锰酸钾晶体

高锰酸钾是一种紫色的结晶固体，溶于水、碱液，微溶于甲醇、丙酮、硫酸，也是强氧化剂。高锰酸钾晶体接触易燃材料可能引起火灾。要避免的物质包括还原剂、强酸、有机材料、易燃材料、过氧化物、醇类和化学活性金属。因此，在做实验时，使用高锰酸钾加热制取氧气

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之前记得把试管清洗干净，避免意外发生。另外，由于高锰酸钾具有腐蚀性，在实验时要注意做好保护，不要让裸露的皮肤接触到高锰酸钾，否则皮肤会被灼伤呈黑色。 2.氯酸钾晶体

氯酸钾为无色片状结晶或白色颗粒粉末，是一种强氧化剂。常温下稳定，但是加热到400℃以上能分解并放出氧气，与还原剂、易燃物（硫、磷或金属粉末）混合时，就变成危险的爆炸物。因此氯酸钾在混有一定杂质或暴露在日光照射下，都可能自爆，遇到浓硫酸也会爆炸。因此要慎重使用和保存好氯酸钾晶体，在使用氯酸钾加热制取氧气时，要养成良好的习惯，必须确保试管是干净的，不含其它杂质。氯酸钾具有毒性，误食后能使血红蛋白变性并分解，食用量10g就能致死。因此，我们在使用化学物质进行实验前，必须对该物质进行全面清晰的了解，从而避免使用不当而对自己造成生命危险。 3.过氧化氢溶液

虽然过氧化氢溶液相对前面两种物质安全一些，但是它也存在一定的危害，比如高浓度的过氧化氢具有强烈的腐蚀性，不小心吸入其蒸气或雾，则会对人体的呼吸道产生有强烈的刺激性，眼睛若直接接触液体甚至可能失明。因此在使用过氧化氢制取氧气之前要进行稀释，就会相对安全。 结语

综上所述，在以上三种实验室制取氧气的方法对比中，得出使用过氧化氢分解制取氧气更好，既安全，又环保、节能。因此，希望在高中化学实验中，这种方法能被大力推荐和使用，从而确保学生的安全，也能培养他们的环保节能意识。