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蜀麓耕夫山野草堂

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  蜀麓耕夫者, 山野之间一散人也。朝饮一杯清茶, 夜酌二两小酒。闲来读数页诗书, 兴至诌两句心得。望日升月落, 观云卷云舒。虽在王化之内, 不在名利之中。

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【原创】实验研究之6——氧气的性质  

2009-05-20 13:19:24|  分类: 实验研究 |  标签: |举报 |字号 订阅

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探究实验设计六 

氧气的性质

1.化学反应原理

氧气是化学性质比较活泼的气体,能和很多物质发生化学反应。碳、硫、磷、镁、铁、蜡烛等物质都可以在氧气中燃烧,放出大量的热,发出明亮的光,同时生成对应的氧化物。

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氧气能支持木条燃烧,所以可以用带火星的木条检验氧气。

2.实验仪器:集气瓶、玻璃片、镊子、燃烧匙、石棉网。

   实验药品:木条、木炭、硫粉、红磷、镁带、铁丝、石灰水。

3.探究方案:

⑴ 氧气的检验:用带火星的木条伸入盛氧气的集气瓶中,木条复燃。进行氧气检验时,操作速度不可太慢,因木条易自然熄灭。若改用带火星的卫生香试验效果会更好。若用还火星的木条,易取用木质疏松的杉木、梧桐木等木条,不宜用木质坚硬的材料,火柴梗太短,也不宜使用。

⑶  用镊子夹持一小块木炭,放在酒精灯上加热,待点燃后移出火焰,观察到木炭红热,无焰,无烟。将此木炭放入盛氧气的集气瓶中,由上往下,慢慢放入,观察到木炭剧烈燃烧,发白光,无烟,无焰。待燃烧结束后,取出木炭,倒入澄清石灰水,稍振荡,观察到澄清石灰水变浑浊。

该实验木炭的宜选用硬质木材烧制的木炭,这样的木炭可保证燃烧的时间比较长,在酒精灯上加热点燃后,移出火焰也不易熄灭。向集气瓶中伸入时,要慢慢地由上往下放入,不宜立即伸入瓶底。木炭燃烧时放热,使气体膨胀而逸出,导致燃烧的时间比较短,观察的时间不长。进行以下实验时,也应比照此操作。

⑶在燃烧匙中先垫一层石棉绒,防止加热时铜与硫反应损坏燃烧匙。再在石棉绒上加入少量硫粉(不可过多)。在酒精灯上加热点燃,移出火焰。观察到硫粉熔化后燃烧,放出微弱的淡蓝色火焰,产生有刺激性气味的气体。将燃烧匙由上往下慢慢伸入集气瓶中,观察到硫粉剧烈燃烧,产生蓝紫色火焰,产生刺激性气味的气体。

为防止产生的二氧化硫污染环境,应在瓶底放少量水,以吸收产生的二氧化硫。反应结束后,若有硫剩余,应立即将燃烧匙伸入水中,使火焰熄灭,尽量减少二氧化硫的污染。

⑷ 在燃烧匙中加入少量红磷,在酒精灯火焰上加热点燃,观察到红磷燃烧,有黄色火焰,产生大量的白烟。立即将燃烧匙伸入盛氧气的集气瓶中,观察到有明亮的白色火焰,产生浓厚的白烟。

产生的五氧化二磷在空气中有刺激性气味,对呼吸道的刺激性较强,因此该实验中红磷的量不宜过多,实验结束后,应立即熄灭红磷。

⑸ 取一根镁条,用砂纸打磨光亮后,用坩埚钳夹住放在酒精灯火焰上点燃,待点燃后,立即移出火焰,放在石棉网上方。观察到镁条剧烈燃烧,产生耀眼的白光,发出大量的热,同时产生白色固体。

镁带打磨光亮,除去表面氧化膜,以避免学生误以为镁是黑色的。做该实验前,一定要提醒学生注意保护眼睛,镁带燃烧时产生的强光对视网膜的刺激性太强,不能直视。

⑹ 取一根细铁丝,弯成螺旋状状(增大铁丝与氧气的接触面积,铁丝燃烧时,给上面的铁丝预热,以利于燃烧持续),在铁丝下端绑一根火柴梗。用坩埚钳夹住铁丝,点燃火柴梗,待火柴梗燃烧接近结束时,将铁丝伸入集气瓶中(同样,由上往下慢慢伸入)。观察到铁丝剧烈燃烧,产生明亮的白光,放热,同时生成黑色固体。

铁丝宜细,但太细易燃烧尽,不利于对现象的观察,一般用石棉网上的铁丝比较合适。若用铁丝窗纱上的细铁丝,可用2~3根拧在一起使用。一定要待火柴梗燃烧将尽时才伸入集气瓶中,过长会消耗更多的氧气,不利于铁丝燃烧。为防止生成的熔融物溅落瓶底,使瓶底炸裂,需在瓶底放少量的水或铺一层细砂。

4.探究评价:

该探究实验操作要求比较高,特别是铁丝的燃烧实验,因此一定要求学生掌握实验要领,注意操作的准确性和规范性。为防止炸裂瓶底,放少量水或细砂都有局限性。放水少了起不到吸热作用,水放多了,集气瓶内气体少了。放细砂只能用排空气集气法收集,氧气的纯度很难保证。为避免以上缺点,我们可以在收集之前,在石棉网上剪下一块(比集气瓶内径稍大点),推入集气瓶内,再用排水法收集;亦可以点燃前,将潮湿的多层滤纸放入瓶底,此两法都能比较好的起到隔热作用。

5.创新思维:

⑴ 能使带火星木星复燃的气体不仅仅是氧气。

① 臭氧(O­­3)可使带火星的木条复燃。

② 一氧化二氮也能使带火星的木条复燃。一氧化二氮是一种无色气体,加热条件下可以分解生成氮气和氧气。

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在带火星条件下,加速了分解过程,增强了氧化性,从而使带火星的木条复燃。

③ NO2也能使带火星的木条复燃。这是由于NO2在常温下就能缓慢分解出氧气,在加热条件分解速度更快。因此,带火星的木条在氧气中也能复燃。

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­⑵ 纯度为多少时,氧气可使带火星的木条复燃?

能使带火星的木条复燃烧的气体,未必是纯净的氧气。让我们看看实验的结果。先在集气瓶内预留一定量的空气,再用排水集气法收集氧气,集满后,用带火星木条试验,结果如下:

实验编号

O2体积(%

80

60

40

20

10

预留的空气体积(%

20

40

60

80

90

带火星木条复燃情况

复燃

复燃

复燃

偶有复燃

不复燃

从实验结果可知,空气中添加20%氧气,带火星的木条就可能复燃,此时混合气体中含氧气:20%+80%×21%=36.8%。该值为视为氧气使带火星的木条复燃的极限。只要混合气体中氧气含量超过此极限值,木条就可能复燃。所以,用带火星木条复燃时,只能说明收集的氧气纯度超过了36.8%这一极限值。

纵上所述,用带火星木条检验排空气法收集的气体是否纯净,是不太可靠的。所以,收集气体(不仅是氧气)时,能用排水法收集气体时,我们仅可能用排水法或用其他排液体的方法收集(如排饱和食盐水、排稀酸溶液等)。

⑶ 木炭燃烧

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在试管底部放层细砂,如图6-1所示。

用镊子夹取黄豆大小的一粒木炭,在酒精灯火焰上加热到红热,小心放到试管底的细砂上。通过直角导管向大试管内通入氧气,可看到木炭剧烈燃烧,发出白光。若停止通入氧气,白光消失;继续通入氧气,白光再次出现。该过程可反复多次,直到木炭燃尽为止。

木炭燃尽后,待试管冷却,向大试管中倒入适量的澄清石灰水,振荡,静置。待细砂沉淀后,可见澄清石灰水变浑浊。

⑷ 硫在氧气中燃烧

如图6-2甲所示,取一段约3 cm长的粉笔头,用小刀在其大头一端挖一个小圆坑,将另一端置于燃烧匙上。若难以直立,可以放入粉笔后,滴入熔化的石蜡油,等石蜡凝固后,可将粉笔固定。实验结束后,将燃烧匙浸入热水中,即可取出粉笔。

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在粉笔坑里放入少量的硫粉,点燃后,将燃烧匙慢慢地插入盛满氧气的集气瓶中,可见硫燃烧更旺,发出明亮的蓝紫色火焰,并有刺激性气味的气体产生。

该实验药品用量少,可避免硫燃烧时与铜质的燃烧匙反应,同时避免末燃烧尽的硫附着在燃烧匙上,难以清洗。

此实验也可不用燃烧匙,而采用如下方法:取一根较长的铁线,下端弯曲将粉笔捆绑住,点燃粉笔圆坑里的硫粉,伸入集气瓶中燃烧。如图6-2乙。

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