对向上排空气法收集氧气的探讨分析

关键词：加热；向上排空气法；收集；氧气
　　一、问题提出
　　许多化学教材和资料上都说实验室制取氧气时收集方法有两种：一是排水法收集；二是向上排空气法收集。原因是一方面氧气不易溶于水，另一方面氧气的密度比空气大。在讲到向上排空气法收集氧气时，有学生提出了这样的疑问：在标准状况下，氧气的密度是1.429 g/L，略大于空气的密度（1.293 g/L）。如果我们用高锰酸钾或者氯酸钾制氧气，必须要加热才能进行，那么，在高温条件下，氧气受热体积就会膨胀，从而密度就会减小，甚至可能还会小于空气的密度，这个时候我们还能不能用向上排空气法收集氧气呢？针对这个问题，我试着从理论和实际两方面进行了深入探究，以解决“用高锰酸钾或氯酸钾制氧气能否用向上排空气法收集”这一问题。
　　二、实验过程
　　1.实验用品
　　试剂：高锰酸钾。
　　仪器：铁架台、试管、带橡胶塞的导气管4只（导气管长度分别为20 cm、25 cm、30 cm、40 cm）、酒精灯、集气瓶、电子温度计、细铁丝。
　　材料：棉花、火柴。
　　2.实验过程、现象
　　（1）按教材所示图组装好实验装置：先选用20 cm长的导管开始制氧气。在制取过程中用数字温度计测量集气瓶中的温度，并记下刚收集满时集气瓶中的温度。然后依次选用25 cm、30 cm、40 cm的导管制取氧气，依次记下刚收集满时集气瓶中的温度。最后依次在四瓶氧气中做铁丝燃烧实验（结果如下表）。
　　（实验室室温：18.0℃）
　　（2）同时，假设氧气受热体积膨胀，密度小于空气的密度。再次选用导管长度为20 cm的装置制取氧气，这时我选用向下排空气法，在收集时间相同、气体流速相同的情况下收集。收集完毕以后把它倒放在实验台上，用带火星的木条伸入瓶中，发现带火星的木条并没有复燃，只是更明亮了些。
　　三、实验现象分析与结论
　　由以上数据可以看出：加热制取氧气时所制取的氧气温度改变并不大，而且导管越长所制取的氧气温度变化越小。这与氧气的比热容有关，因为气体的比热容都很小，吸热升温快，同时冷却降温也快。虽然在试管中氧气的温度很高，但在经过导管的过程中又冷却了下来，而且导管越长，所制取的气体温度越接近室温。
　　接下来又通过向下排空气法收集氧气，但结果证明我们并没有收集到氧气，进一步证明用高锰酸钾或氯酸钾制氧气是能用向上排空气法收集的。
　　最后，我们可以通过计算来比较加热制取的氧气密度与空气的密度谁大谁小。在这里我们选择收集氧气过程中集气瓶中的一个最高温度20.4℃，室温为18℃，
　　以上计算证明加热制取的氧气的密度还是大于空气的密度，所以用高锰酸钾或氯酸钾制氧气可以用向上排空气法收集氧气。

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