实验室制取氧气_精品文档Word格式.doc

1、熔点610，加热分解为氯化钾和氧气，2KClO4=2KClO3+O2，=-16.36kJ/mol；完全燃烧时的分解反应为：2KClO42KCl +4O2，=-71.10 kJ/mol；当有氯化钾、溴化钾、碘化钾、铜、铁等存在时，分解反应加剧。基于这一性质（高氯酸盐均具有此性质），高氯酸钾用作火箭及喷气推进器的助燃剂、潜艇等的供氧剂，在炸药、照相、化学试剂方面也得到应用。单独加热KClO3实验，在加热到400500时分解放出氧气。2、MnO2作催化剂，KClO3受热分解2KClO32KCl+3O2，约70C开始反应，至100C剧烈，分解温度至150C，在实验室制时O2，控制在200左右（1502

2、40）。产物中除KCl和O2外，还有高达3%的ClO2、Cl2等。火柴盒侧面涂有红磷（发火剂）和三硫化二锑（Sb2S3，易燃物）等；火柴头上的物质一般是KClO3、MnO2（氧化剂）和S（易燃物）等。划火柴时，火柴头和火柴盒侧面摩擦发热，放出的热量使KClO3分解，产生少量氧气，使红磷发火，从而引起火柴头上易燃物（如硫）燃烧，这样火柴便划着了。3、用MnO2 作催化剂KClO3分解的实验现象：、制得的氧气，在用排水法集气的瓶中常有有氯气的气味，生成的氯化钾又略带紫红色。用MnO2催化KClO3热分解的机理可以解释，见下文。、产生“白烟”。白烟是KCl和KClO3的微粒。由于加热过度，导致产生白

3、烟的原因有二：一是过度加热使分解速度过快，生成的氧气将KCl和KClO3的微粒带入集气瓶在气相空间凝固；二是过度加热超过的KClO3熔点，剧烈反应产生的O2气泡和KClO3的熔体及其裹挟的KCl，形成飞沫，一起到达集气瓶的气相空间。经静置、水或稀NaOH溶液洗涤及缓慢加热反应物，控制产生O2速率，即可除去“白烟”。KClO3与MnO2质量比对分解速度的影响KClO3与MnO2质量比3161101分解速度很快演示实验适中较慢建议教师准备实验制O2教师演示实验学生实验4、有关研究1820年Doberenier首次利用MnO2催化KClO3分解的方法制备O2气体。同时指出气体产物有异常的气味，当时曾

4、认为是含Cl2、O3所致。证实气体产物中异物的一种实验装置。已知一般情况下，O2不可能氧化KI，但在实验中用湿的KI淀粉试纸却变色，表明产物中必含有氧化性比O2强的物质。在J.Chem.Educ.（美，化学教育）上，1962年、1963年先后发表过2篇文章讨论KClO3的热分解产物。实验1：把热分解生成的气体导入水中，然后取出少量水溶液，用HNO3酸化并滴入AgNO3溶液，得白色沉淀。表示有Cl-。实验2：使气体通过KI溶液，再用已知浓度的Na2S2O3溶液滴定生成的I2。表示含有氧化性的气体。根据KClO3用量及Na2S2O3消耗量知，KClO3（MnO2）热分解气态产物中含有3（体积分数）

5、的非O2的氧化性气体；进而对气体进行质谱分析，得知其中含有ClO2。到目前为止，已确证KClO3（MnO2）热分解生成的气体中含有（除O2外）Cl2、ClO2及HCl（文献中未列出各物的具体含量）。化学上认为KClO3（MnO2）的热分解是“极为完全的反应”。实验事实表明：“极完全反应”中尚且有“副反应”，可见，“完全的反应”并不见得是“唯一的反应”。也可以说，有副反应是化学反应的一个普遍特点。一般书上给出的是某化学作用的主要反应式，而不是全部反应式。需要强调，主要反应并不都是转化率很高的反应，也有转化率很低的主要反应。如，用XeF2（二氟化氙）氧化KBrO3为KBrO4是目前制备KBrO4的

6、一个有效的方法，但KBrO3的转化率仅为20。XeF2+BrO3-+2OH-Xe+BrO4-+2F-+H2O为了加深副反应具有普遍性的印象，再举一个实例。实验3：把AgNO3液滴入KBr液中发生了主要反应的方程式为Ag+Br-AgBr，其副反应的方程式为：AgBr+Br-AgBr2-生产感光胶片的一种方法，恰好是利用了生成溶解度略大于（AgBr）的AgBr2-的副反应，以加速（按上式进行的）沉淀溶解平衡，使AgBr颗粒较快地长大，并长得较有规则，以提高胶片的感光性能。顺便把有关KClO3（MnO2）热分解的资料作一介绍。、早期文献认为MnO2催化KClO3热分解的历程2KClO3+2MnO22

7、KMnO4+Cl2+O22KMnO4K2MnO4+MnO2+O2；+） Cl2+K2MnO42KCl+MnO2+O2；_ 2KClO32KCl +3O2总结果：2KClO3+（ 2MnO2）2KCl +3O2+（ 2MnO2）这种认识解释了“制得的氧气里为什么有较浓的氯气味以及生成的氯化钾为什么常带有紫红色”的原因。在实验中发现，把1gKClO3和0.04gMnO2混匀加热，在KClO3未完全分解前，冷却混合物并把它倒入冷水中，可观察到MnO4-的特征颜色（如加热“过了头”，就看不到紫红色）。看到了特征的紫红色是否就证实了上述催化过程是正确，而且是唯一正确的呢？按说这个历程基于有MnO4-和C

8、l2存在提出的，大体说来是可信的（习惯上，不把可信的过程理解为唯一正确的历程，除非有确切的证据）。然而这个实验结果并不能排除，看到的紫红色是由“MnO42-”（绿色）在水中发生自氧化还原反应所生成的。3K2MnO4+2H2O2KMnO4+MnO2+4KOHKClO3分解制取氧气，用MnO2 作催化剂的作用机理，目前还没有取得一致的认识。但是，多数认为MnO2参加了化学反应，出现了一些中间产物，只不过最终MnO2又恢复出现，同时原来的KClO3变成KCl和O2。另一种催化反应机理：2KClO3+4MnO22KCl+2Mn2O7+） 2Mn2O74MnO2+3O2；_ 、曾试验过多种氧化物作为KC

9、lO3热分解反应的催化剂，并测定了它们（作为催化剂）的活化能反应物组成（11）KClO3+NiO+1%Li2O+1%Cr2O3KClO3+CuO分解温度/K活化能/kJmol-1630638148.5603643107.1152.7603673196.7KClO3+MgOKClO3+ZnOKClO3+TiO2738773219.7733773200.0198.7也有人研究过Al2O3和Fe2O3的作用，Fe2O3较好。基于这些氧化物的结构，目前认为p型氧化物（NiO和CuO）的催化性能较强，n型氧化物（ZnO、TiO2）和绝缘体（MgO）的催化性能较差。（“p”表示正电的意思，“n”表示负电的

10、意思。）它们的催化机理是：p型氧化物和氯酸根形成化学键（VB）MClO4的分解温度高于MClO3，但“ClO2-”盐却极易分解（式中表示缺电子，x2）这两种催化剂的不同点是反应始于催化剂和ClO3-中的Cl或O相连。显然，这两个机理比上述生成KMnO4中间物过程更进了一步。关于氯酸钾催化热分解反应是怎样进行的请参考：冯增嫒等，化学通报9，4345（1988）。文献报道，加0.2（相当于KClO3质量）MnO2作催化剂，将被KClO3氧化成KMnO4。又，MnO2作为催化剂，其活性取决于对它的预处理；若MnO2和10（MnO2质量的10）Fe2O3混合，则是比MnO2更强的催化剂。二、在用MnO

11、2 作催化剂、KClO3分解制取氧气的实验过程中，应该怎样给试管加热？先用酒精灯在试管下方来回移动，让试管均匀受热；然后，对氯酸钾与二氧化锰混合物的部位加热。还应注意把握住要适度加热。因为氯酸钾在二氧化锰催化作用下，于240即可大量分解。如果加热过度，容易出现下列情况：第一、KClO3分解速度过快，生成的氧气将氯酸钾和氯化钾的微粒带入集气瓶的气相空间；第二、温度超过氯酸钾的熔点356368C，剧烈反应产生的氧气泡和氯酸钾的熔体并裹挟的氯化钾形成飞沫，一起到达集气瓶的气相空间。人们观察到的白烟，就是KCl和KClO3的微粒。三、中国化学会第21届（2007年）全国高中学生化学竞赛第1题（8分）K

12、ClO3热分解是实验室制取氧气的一种方法。KClO3在不同条件下热分解结果如下：实验反应体系第一放热峰温度/第二放热峰温度/AKClO3400480BKClO3Fe2O3360390CKClO3MnO2350已知：K（s）1/2Cl2（g）KCl（s） H（1）=-437kJK（s）1/2Cl2（g）3/2O2（g）KClO3（s） H（2）=-398kJK（s）1/2Cl2（g）2O2（g）KClO4（s） H（3）=-433kJ1根据以上数据，写出上述三个体系对应的分解过程的热化学方程式。2用MnO2催化KClO3分解制得的氧气有轻微的刺激性气味。推测这种气体是什么，并提出确认这种气体的实验方案。 解析：已知中给出的是KCl（s）=-437kJmol-1，给出的是KClO3（s）=-398kJmol-1，给出的是KClO4（s）=-433kJmol-1，1、是利用计算各个反应的。答案：1A：第一次放热：4KClO3（s）3KClO4（s）KCl（s） H=-144kJ/mol第二次放热：KClO4（s）KCl（s）2O2（g） H=-4kJ/mol每个方程式1分。方程式写错，不得分；未标或标错物态，扣0.5分；未给出H或算错，扣0.5分。第一次放热过程，在上述要求的方程式外，还写出2KClO3（s）=2KCl（s）+3