化学相关:氧气

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氧气(\rm O_2),标况下(标准情况下,即一般情况下)氧气的密度是\rm 1.429\, g/L,比空气的密度,\rm 1.293\, g/L略小。氧气不易溶于水,室温下一升水中只能溶解约30毫升的氧气。一个标准大气压下,即\rm 1\, atm\rm 101.325\, kPa下,氧气在-183 ℃时变为淡蓝色液体,在-218 ℃时变成淡蓝色雪花状固体。

由于这种特性,工业生产的氧气,一般加压贮存在蓝色的钢瓶中。

一、化学性质

把带有火星的木条深入盛有氧气的集气瓶中,发现木条复燃,这说明氧气具有助燃性。

在通风橱中,将内放有少量硫的燃烧匙加热,直至发生燃烧,再把燃烧匙伸入充满氧气的集气瓶里。

现象有点不同。不如说,很不同。空气里几乎只有淡蓝色的微弱火焰,而氧气中则是明亮的蓝色火焰。

也就是说,硫与氧气发生化学反应,生成一种带有刺激性气味的气体,伴随放热,发出蓝紫色火焰。

这种气体就是二氧化硫(\rm SO_2),反应的符号表达式如下。

\rm S+O_2 \overset{Fire}{\longrightarrow}SO_2

同样的将木炭与铁丝分别放在氧气和空气中加热至燃烧(若可以),发现现象也是空气中微弱,氧气中强烈。木炭在氧气中有火焰,空气中只是红热,铁丝也一样,但在氧气中,铁丝火星四射,顺便把集气瓶炸裂了。

在进行铁丝燃烧实验时,集气瓶底部应放一点水或沙子,防止铁丝火星四射炸裂集气瓶。同时,铁丝下端应该绑一根燃尽的木条来引燃。

符号表达式分别如下。

\rm C+O_2 \overset{Fire}{\longrightarrow}CO_2

\rm Fe+O_2 \overset{Fire}{\longrightarrow}Fe_3O_4

这可以说明氧气的化学性质比较活泼,同时也说明,物质在空气中燃烧,实际上是与其中的氧气发生反应。只不过空气中氧气的浓度较低,因此物质在空气中燃烧不如在氧气中剧烈。

观察以上表达式,我们发现氧气与以上可燃物的反应都有共同的特点。

它们都是由两种物质发生反应,生成另一种物质。

这种反应,即有两种或两种以上物质生成另一种物质的反应,叫做化合反应

以上反应还有一个共同特点:它们都是物质与氧气发生反应。这种反应属于(为什么?)氧化反应。氧气在氧化反应中提供氧,具有氧化性。

关于氧化还原反应。

氧化反应,不只限于物质与氧气的反应。氧化还原反应,是化学反应前后,元素的氧化数(即中学阶段的化合价)有变化的一类反应。氧化,就是氧化数(化合价)升高的反应。反之则是还原反应。氧化还原反应可以同时发生,也就是说,氧化还原反应中,不同的元素,有的元素的化合价升高,有的元素的化合价降低。当然,有些反应中,一种元素的化合价既有上升有下降。这种自身的氧化还原反应也就称作歧化反应。氧化还原反应的实质就是电子(记作\rm e^{-})的得失,或者共用电子对的偏移。

这些燃烧都比较剧烈,但并不是所有的氧化反应都像这样剧烈。部分氧化反应进行得非常缓慢,比如说动植物的呼吸、食物的腐烂、醋的酿造、农家肥料的腐熟等等。

二、制备氧气

实验室制氧气一般有三种方案。

  • 加热高锰酸钾制氧气
  • 加热氯酸钾制氧气
  • 分解过氧化氢制氧气

1、加热高锰酸钾制氧气

检查装置的气密性就省略不写了。

将少量高锰酸钾装入试管中,并在试管口放一团棉花[1],用带有导管的塞子塞紧试管。

[1]:防止加热时高锰酸钾粉末进入导管。

标况下,高锰酸钾是一种暗紫色的固体,受热时,分解出氧气,同时还有锰酸钾和二氧化锰生成。

符号表达式如下。

\rm KMnO_4\overset{\Delta}{\longrightarrow}K_2MnO_4+MnO_2+O_2

这里的Δ,文字一般写作加热

收集氧气时,导管的另一头,置于倒扣于水槽内水面,装满水的集气瓶里。

但是开始收集的时间却不是导管口开始冒气泡的时候。应该等到导管口均匀连续冒出气泡的时候再开始收集。

原来的导管内部依然存在没有排尽的空气,只有不均匀的气泡冒完,也就是导管里的空气排尽的时候,收集到的氧气才纯。当然如果要测收集氧气的体积时必须先把导管放在瓶子里面。

先撤导管再撤酒精灯,防止水沿导管回流炸裂试管。

步骤可以简记为“查装定点收离熄”。

2、过氧化氢分解制氧气

过氧化氢溶液,也就是一般所说的双氧水,在常温下,就可以分解放出氧气。但是我们一般会添加一种粉末,也就是二氧化锰。这是为什么呢?

原来,常温下,过氧化氢溶液的分解十分缓慢,放出的氧气很少。加入少量二氧化锰以后分解就加速了。

进一步对二氧化锰粉末进行分析,我们可以发现它改变了反应的速率,并且自身的质量与化学性质都没有发生改变。这样的物质我们称作催化剂。有时也称作触媒。它在化学反应中所起到的作用被称作催化作用。

一个反应的催化剂一般不止一种。比如说,硫酸铜溶液对过氧化氢的分解也具有催化作用。

符号表达式如下。

\rm H_2O_2 \overset{MnO_2}{-\!-\!-\!\rightarrow}H_2O+O_2

催化剂写在反应条件的位置。如果不说明催化剂的种类,直接写“催化剂”(Catalyst)即可。

3、加热氯酸钾制氧气

通过加热混有二氧化锰的氯酸钾固体制取氧气。生成氧气以外,同时会生成氯化钾这种物质。二氧化锰也起到了催化作用。

符号表达式如下。

\rm KClO_3 \overset{MnO_2}{\underset{\Delta}{-\!-\!-\!\rightarrow}}KCl+O_2

断墨了。(唐突)

这样由一种反应物,生成两种或两种以上其他物质的反应,叫做分解反应

下一期,我们将会进入微观的视角,记得来看。

Lake桑

2019.1.5

发布者

lakejason0

日常潜水~ Blog:https://lakejason0.wordpress.com

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