初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)制取氧氣方案與習(xí)題講解氧氣，作為我們生存不可或缺的氣體，也是初中化學(xué)學(xué)習(xí)中接觸到的第一種重要?dú)怏w。實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的實(shí)驗(yàn)，不僅是對(duì)化學(xué)基本操作的綜合應(yīng)用，更是理解物質(zhì)性質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)原理的絕佳載體。本文將系統(tǒng)梳理實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的常用方案，并結(jié)合典型習(xí)題進(jìn)行深度解析，希望能為同學(xué)們的學(xué)習(xí)提供切實(shí)的幫助。一、實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的核心方案實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的方法并非唯一，選擇何種方案取決于藥品的易得性、反應(yīng)條件的簡(jiǎn)易程度、以及對(duì)所制氧氣純度的要求等因素。初中階段，我們主要掌握以下三種核心方案：（一）加熱高錳酸鉀制取氧氣這是一種經(jīng)典且操作規(guī)范要求較高的制取方法。1.反應(yīng)原理：高錳酸鉀在加熱的條件下，分解生成錳酸鉀、二氧化錳和氧氣?；瘜W(xué)方程式：$2KMnO_4\stackrel{\triangle}{=\!=\!=}K_2MnO_4+MnO_2+O_2\uparrow$（注意：方程式需配平，并注明反應(yīng)條件“△”和氣體符號(hào)“↑”。）2.實(shí)驗(yàn)裝置：*發(fā)生裝置：“固固加熱型”。選用大試管作為反應(yīng)容器，配以單孔橡皮塞（插有導(dǎo)管）、鐵架臺(tái)（帶鐵夾）、酒精燈。*收集裝置：*排水法：氧氣不易溶于水，且不與水反應(yīng)，可用排水法收集，能得到較純凈的氧氣。*向上排空氣法：氧氣的密度比空氣略大，也可用向上排空氣法收集，但純度相對(duì)較低，需驗(yàn)滿。3.實(shí)驗(yàn)步驟（以排水法收集為例）：*查：檢查裝置的氣密性。將導(dǎo)管一端浸入水中，用手緊握試管外壁，若導(dǎo)管口有氣泡冒出，松手后導(dǎo)管內(nèi)形成一段穩(wěn)定的水柱，則氣密性良好。*裝：將高錳酸鉀裝入干燥的試管中，在試管口放一團(tuán)棉花（關(guān)鍵注意點(diǎn)：防止加熱時(shí)高錳酸鉀粉末進(jìn)入導(dǎo)管，堵塞導(dǎo)管），用帶導(dǎo)管的單孔橡皮塞塞緊試管口。*定：將試管固定在鐵架臺(tái)上，試管口應(yīng)略向下傾斜（關(guān)鍵注意點(diǎn)：防止冷凝水回流到熱的試管底部，導(dǎo)致試管炸裂）。鐵夾應(yīng)夾在距試管口約三分之一處。*點(diǎn)：點(diǎn)燃酒精燈，先對(duì)試管進(jìn)行預(yù)熱，然后將火焰集中在藥品部位加熱。*收：當(dāng)導(dǎo)管口有連續(xù)均勻的氣泡冒出時(shí)開(kāi)始收集（關(guān)鍵注意點(diǎn)：初始冒出的氣泡是試管內(nèi)的空氣，若此時(shí)收集則氧氣不純）。待集氣瓶口有大氣泡冒出時(shí)，說(shuō)明氧氣已收集滿。在水下用玻璃片蓋緊集氣瓶口，取出后正放在桌面上（因氧氣密度大于空氣）。*離：實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先將導(dǎo)管從水槽中移出。*熄：再熄滅酒精燈（關(guān)鍵注意點(diǎn)：防止水槽中的水倒吸進(jìn)入熱的試管，引起試管炸裂。這一步驟順序絕對(duì)不能顛倒）。（二）加熱氯酸鉀與二氧化錳的混合物制取氧氣此方法中，二氧化錳作為催化劑，能顯著加快反應(yīng)速率。1.反應(yīng)原理：氯酸鉀在二氧化錳的催化作用和加熱條件下，分解生成氯化鉀和氧氣?；瘜W(xué)方程式：$2KClO_3\frac{\underline{MnO_2}}{\triangle}2KCl+3O_2\uparrow$（注意：二氧化錳是催化劑，寫(xiě)在等號(hào)上方，反應(yīng)前后其質(zhì)量和化學(xué)性質(zhì)不變。）2.實(shí)驗(yàn)裝置：與加熱高錳酸鉀制取氧氣的裝置基本相同（固固加熱型發(fā)生裝置+相應(yīng)收集裝置）。但需注意：試管口無(wú)需塞棉花，因?yàn)槁人徕浄纸鈺r(shí)產(chǎn)生的固體顆粒相對(duì)較大，不易進(jìn)入導(dǎo)管。3.實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)：除上述試管口不塞棉花外，其余步驟（查、裝、定、點(diǎn)、收、離、熄）及注意事項(xiàng)（如試管口略向下傾斜、先移導(dǎo)管后熄燈等）均與加熱高錳酸鉀法制取氧氣一致。（三）分解過(guò)氧化氫溶液制取氧氣（常溫下）這是一種操作更為簡(jiǎn)便、安全，且能實(shí)現(xiàn)“隨開(kāi)隨用、隨關(guān)隨?！睗摿Φ姆椒?，體現(xiàn)了綠色化學(xué)的理念。1.反應(yīng)原理：過(guò)氧化氫在二氧化錳（或其他催化劑，如硫酸銅溶液等）的催化作用下，分解生成水和氧氣?；瘜W(xué)方程式：$2H_2O_2\stackrel{MnO_2}{=\!=\!=}2H_2O+O_2\uparrow$2.實(shí)驗(yàn)裝置：*發(fā)生裝置：“固液常溫型”?？梢赃x用錐形瓶（或大試管）作為反應(yīng)容器，配以長(zhǎng)頸漏斗（或分液漏斗、注射器）來(lái)添加過(guò)氧化氫溶液，以及帶導(dǎo)管的雙孔橡皮塞。若使用長(zhǎng)頸漏斗，其下端管口必須伸入液面以下，形成液封，防止生成的氧氣從長(zhǎng)頸漏斗逸出。使用分液漏斗或注射器的優(yōu)點(diǎn)是可以控制液體滴加速度，從而控制反應(yīng)速率。*收集裝置：與前兩種方法相同，根據(jù)需求選擇排水法或向上排空氣法。3.實(shí)驗(yàn)步驟：*檢查裝置氣密性：（針對(duì)錐形瓶與長(zhǎng)頸漏斗組合）關(guān)閉止水夾（或用手指堵住導(dǎo)管口），向長(zhǎng)頸漏斗中加水，若漏斗內(nèi)形成一段穩(wěn)定的水柱，則氣密性良好。*裝藥品：先向錐形瓶中加入二氧化錳固體，再通過(guò)長(zhǎng)頸漏斗（或其他儀器）加入過(guò)氧化氫溶液。*收集氣體：待反應(yīng)平穩(wěn)進(jìn)行后，開(kāi)始收集氧氣。*驗(yàn)滿與檢驗(yàn)：同前。4.優(yōu)點(diǎn)：無(wú)需加熱，節(jié)約能源；操作簡(jiǎn)便，安全性高；可通過(guò)控制液體滴加來(lái)控制反應(yīng)。二、制取方案的對(duì)比與選擇方案反應(yīng)條件反應(yīng)物狀態(tài)發(fā)生裝置類型優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn):-----------------------:-------------:---------------:-----------:---------------------------------------:-------------------------------------加熱高錳酸鉀加熱固體固固加熱型反應(yīng)穩(wěn)定，氧氣純度較高需加熱，操作步驟較多，試管口需塞棉花加熱氯酸鉀與二氧化錳加熱、催化劑固體（混合物）固固加熱型反應(yīng)速率可控，氧氣純度較高，催化劑可回收需加熱，操作步驟較多分解過(guò)氧化氫（二氧化錳）常溫、催化劑固體與液體固液常溫型無(wú)需加熱，操作簡(jiǎn)便安全，可控制反應(yīng)速率過(guò)氧化氫溶液濃度過(guò)高時(shí)反應(yīng)過(guò)于劇烈在選擇制取方案時(shí)，若追求操作簡(jiǎn)便和安全性，常溫下分解過(guò)氧化氫是首選；若需要較高純度的氧氣且能熟練操作加熱裝置，高錳酸鉀或氯酸鉀法則更為合適。三、典型習(xí)題深度解析理解了實(shí)驗(yàn)原理和操作細(xì)節(jié)后，通過(guò)習(xí)題來(lái)檢驗(yàn)和鞏固所學(xué)知識(shí)至關(guān)重要。例題1：實(shí)驗(yàn)裝置的選擇與評(píng)價(jià)題目：實(shí)驗(yàn)室常用下列裝置來(lái)制取氧氣：（此處假設(shè)有一套包含A（固固加熱型，試管口無(wú)棉花）、B（固固加熱型，試管口有棉花）、C（固液常溫型，用長(zhǎng)頸漏斗）、D（排水法收集）、E（向上排空氣法收集）、F（向下排空氣法收集）的裝置圖）請(qǐng)回答下列問(wèn)題：(1)寫(xiě)出圖中標(biāo)號(hào)儀器的名稱：①_______；②_______。(2)用高錳酸鉀制取氧氣時(shí)，應(yīng)選用的發(fā)生裝置是_______（填字母序號(hào)，下同），收集裝置可選_______，反應(yīng)的化學(xué)方程式為_(kāi)______。(3)用過(guò)氧化氫溶液和二氧化錳制取氧氣時(shí)，應(yīng)選用的發(fā)生裝置是_______，若要收集較純凈的氧氣，應(yīng)選用的收集裝置是_______。(4)用裝置C制取氧氣時(shí)，長(zhǎng)頸漏斗下端管口為什么要伸入液面以下？_______。解析：(1)此類問(wèn)題考查對(duì)常見(jiàn)儀器的識(shí)別。①通常為試管，②可為集氣瓶或酒精燈等，需根據(jù)具體圖示判斷。假設(shè)①為試管，②為酒精燈。(2)高錳酸鉀制取氧氣，反應(yīng)物為固體，反應(yīng)需加熱，故發(fā)生裝置選擇固固加熱型。由于高錳酸鉀加熱時(shí)粉末易進(jìn)入導(dǎo)管，試管口需塞棉花，故應(yīng)選裝置B。氧氣不易溶于水且密度比空氣大，收集裝置可選D（排水法）或E（向上排空氣法）?；瘜W(xué)方程式為$2KMnO_4\stackrel{\triangle}{=\!=\!=}K_2MnO_4+MnO_2+O_2\uparrow$。(3)過(guò)氧化氫溶液和二氧化錳制取氧氣，反應(yīng)物為固體與液體，反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，故發(fā)生裝置選擇C（固液常溫型）。要收集較純凈的氧氣，排水法（D）優(yōu)于排空氣法，因?yàn)榕趴諝夥赡芑烊肷倭靠諝狻?4)裝置C中長(zhǎng)頸漏斗下端管口伸入液面以下的目的是形成液封，防止生成的氧氣從長(zhǎng)頸漏斗口逸出，確保氣體能從導(dǎo)管順利導(dǎo)出。例題2：實(shí)驗(yàn)操作與注意事項(xiàng)分析題目：某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室用加熱高錳酸鉀的方法制取氧氣，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，發(fā)現(xiàn)試管炸裂，請(qǐng)你幫助分析可能的原因（至少寫(xiě)出三條）。解析：試管炸裂是加熱固體藥品制取氣體時(shí)常見(jiàn)的實(shí)驗(yàn)事故，其原因主要與受熱不均或驟冷驟熱有關(guān)?？赡艿脑蛴校?.試管口沒(méi)有略向下傾斜：導(dǎo)致冷凝水回流到熱的試管底部，引起試管炸裂。2.沒(méi)有進(jìn)行預(yù)熱：直接對(duì)試管某部位集中加熱，造成試管局部過(guò)熱而炸裂。3.實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，先熄滅了酒精燈，后將導(dǎo)管移出水面：導(dǎo)致水槽中的水倒吸進(jìn)入熱的試管。4.試管外壁有水：加熱時(shí)水蒸發(fā)吸熱，使試管受熱不均而炸裂。5.試管底部與酒精燈燈芯接觸：燈芯溫度較低，會(huì)造成試管底部受熱不均。6.（若試管本身質(zhì)量問(wèn)題，或加熱時(shí)試管未夾持穩(wěn)而晃動(dòng)等，也是可能原因，但初中階段以前五點(diǎn)為主要考察點(diǎn)。）例題3：反應(yīng)原理與催化劑概念的理解題目：下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的說(shuō)法中，正確的是（）A.加熱氯酸鉀制氧氣時(shí)，加入二氧化錳可增加氧氣的產(chǎn)量B.用過(guò)氧化氫溶液制氧氣時(shí)，必須加入二氧化錳，否則反應(yīng)不能發(fā)生C.高錳酸鉀受熱分解，反應(yīng)前后錳元素的化合價(jià)發(fā)生了改變D.收集氧氣時(shí)，用帶火星的木條伸入集氣瓶中，若木條復(fù)燃則說(shuō)明氧氣已收集滿解析：A.錯(cuò)誤。二氧化錳在此反應(yīng)中是催化劑，只能改變化學(xué)反應(yīng)速率（加快），不能增加生成物的質(zhì)量（氧氣的產(chǎn)量）。B.錯(cuò)誤。過(guò)氧化氫在常溫下也能緩慢分解產(chǎn)生氧氣，二氧化錳的作用是加快反應(yīng)速率，而不是使反應(yīng)發(fā)生的必要條件。C.正確。高錳酸鉀（KMnO?）中錳元素的化合價(jià)為+7價(jià)，反應(yīng)后生成的錳酸鉀（K?MnO?）中錳元素為+6價(jià)，二氧化錳（MnO?）中錳元素為+4價(jià)，化合價(jià)發(fā)生了改變。D.錯(cuò)誤。驗(yàn)滿氧氣時(shí)，應(yīng)將帶火星的木條放在集氣瓶口，若木條復(fù)燃則說(shuō)明已收集滿。伸入瓶中是檢驗(yàn)瓶?jī)?nèi)是否是氧氣的方法。答案：C四、總結(jié)與提升制取氧氣的實(shí)驗(yàn)是初中化學(xué)的重中之重，不僅要記住反應(yīng)原理、裝置特點(diǎn)、操作步驟，更要深刻理解每一個(gè)注意事項(xiàng)背后的原因，做到知其然更知其所以然