1、1实验室制取氧气实验室制 O2 固固 气（ O2，NH 3，CH 4） 反 应 原 理 ： CH3CONa+NaOH Na2CO3+CH4 CaO 2KClO3 2KCl+3O2 MnO2 2Mn4 2Mn4+Mn2+O2 （此外，2H 2O2 2H2O+O2也是实验室制方法之一） MnO2一、用 MnO2 作催化剂，加热氯酸钾制取氧气，有时闻到有氯气的气味，并看到有白烟产生。这是为什么？1、KClO 3 热分解反应较复杂KClO3晶体单独加热到368C 时熔融，约在395时 生成KClO 4、KCl和O 2，此时发生两个放热反应：4KClO 33KClO 4+KCl，KClO 3熔化后进行；
2、2KClO32KCl+3O 2，反应慢；此时仅有少量KCl 和O 2等生成：继续加热至400以上时，KClO 4分解为KCl和O 2。500C 发生的化学反应是KClO4KCl +2O2，771CKCl 熔融。单独加热MnO 2在808K也能分解，3MnO 2Mn 3O4 +O2，此反应是吸热反应。利用酒精灯加热，不易达到这个温度，MnO 2不会分解。*相关链接：KClO 4 是一种极强的氧化剂。白色结晶粉末或无色斜方系晶体，熔点 610，加热分解为氯化钾和氧气，2KClO 4=2KClO3+O2， =- rHm 16.36kJ/mol；完全燃烧时的分解反应为：2KClO 42KCl +4O
3、2， =-71.10 kJ/mol；当有氯 rHm 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、MnO 2 作催化剂，KClO 3 受热分解2KClO3 MnO2 2KCl+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(150240)。产物中除 KCl和 O2 外，还有高达 3%的 ClO2、Cl 2 等。*相关链接：火柴盒侧
4、面涂有红磷（发火剂）和三硫化二锑（S b2S3，易燃物）等；火柴头上的物质一般是 KClO3、MnO 2（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，导致产生白烟的原因有二：一是过度加热使分解速度过
5、快，生成的氧气将 KCl 和 KClO3 的2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 31 61 101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 O
6、2 气体。同时指出气体产物有异常的气味，当时曾认为是含 Cl2、O 3 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，O 2 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
7、。根据 KClO3 用量及 Na2S2O3 消耗量知，KClO 3(MnO2)热分解气态产物中含有2)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）MnO 2 作催化剂，将被 KClO3 氧化成 KMnO4。又，MnO 2 作为催化剂，其活性取决于对它的预处理；若 MnO2 和10（MnO 2 质量的 10）Fe 2O3 混合，则是比 MnO2 更强的催化剂。二、在用
8、MnO2 作催化剂、KClO 3 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、KClO 3 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
9、高中学生化学竞赛第 1 题（8 分）KClO3 热分解是实验室制取氧气的一种方法。KClO 3 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/A KClO3 400 480B KClO3Fe 2O3 360 390C KClO3MnO 2 350 已知：K(s)1/2Cl 2(g)KCl(s) H(1)=-437kJmol-1K(s)1/2Cl 2(g)3/2O 2(g)KClO 3(s) H(2)=-398kJmol-1K(s)1/2Cl 2(g)2O 2(g)KClO 4(s) H(3)=-433kJmol-11根据以上数据，写出上述三个体系对应的分解过程的
10、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 fHm KClO3(s)=-398kJmol-1，给出的是 KClO4(s)=-433kJmol-1， fHm fHm 1、是利用 计算各个反应的 。)B()(Bfmr rHm 答案：1A：第一次放热：4KClO 3(s)3KClO 4(s)KCl(s) H=-144kJ/mol第二次放热：KClO 4(s)KCl(s)2O 2(g) H=-4kJ/mol5每个方程式 1 分。方程式写错，不得
11、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)+3O2(g)，不扣分。B：第一次放热、第二次放热反应的热化学方程式均与 A 相同。 （给出此说明，得分同 A）若写方程式，评分标准同 A。C：2KClO 3(s)=2KCl(s) 3O2(g) H=-78kJ/mol（6 分）方 程 式 2 分 。 方 程 式 写 错 ， 不 得 分 ； 未 标 或 标 错 物 态 ， 扣 0.5 分 ； 未 给 出 或算 错 ， 扣 0.5 分 。2具有轻微刺激性气味的气体可能是 Cl2。 （1 分）实验方案：
12、将气体通入 HNO3 酸化的 AgNO3 溶液，有白色沉淀生成（0.5分） ；使气体接触湿润的 KI淀粉试纸，试纸变蓝色（0.5 分） 。若答气体为 O3 和/或 ClO2，得 1 分；给出合理的确认方案，得 1 分。四、其他实验室制 O2 法、2KMnO 4K 2MnO4+MnO2+O2；*KMnO 4分解温度215235。KMnO 4加热的温度高于200，便有O 2产生。、H 2O2 在有催化剂存在时，常温下即可分解出 O2 来。从绿色化学的角度来看，H 2O2 制 O2 最好，KMnO 4 最差。、MnO 2 作催化剂 H2O2 分解制 O2 反应原理： H2O2+2H+2e- 2H2O
13、， =1.77V；O 2+2H+2e- H2O2， =0.682V； a 作氧化剂 ：H 2O2/H2O，1.77V；作还原剂 ：O 2/H2O2，0.68V ； a a MnO2(s)+4H+2e- Mn2+2H2O， (MnO2/Mn2+)=1.23V； Mn2+H2O2 MnO 2+2H+，+) H2O2+MnO2 +2H+Mn 2+O2+2H2O总反应 2H2O2O 2+2H2O同理*Fe 2+催化 H2O2 分解反应： (Fe3+/Fe2+)=+0.771 V ， 2Fe2+H2O2+2H+ 2Fe 3+2H2O,+) H2O2+2Fe3+ 2Fe 2+O2+2H+， 总反应 2H2
14、O2O 2+2H2O凡电位在0.681.78V之间的金属电对均可催化 H2O2分解参考书：1、 无机化学第四版 下册 478479，北京师范大学 华中范大学 南京范大学等无机化学教研室编 高等教育出版社2、 普通无机化学第二版 P40，严宣审 王长富 编著 北京大学出版社3、 元素化学中册 P703，P707 708，P306，P681， 英N.N.格林伍德 A.厄恩肖 著 曹庭礼 王致勇 单 辉 白桂蓉等译，北京师范大学出版社4、 化学辞典P477 周公度 主编，化学工业出版社5、 化学实验的启示与科学思维的训练严宣申：关于氯酸钾热分解反应机理的讨论6、 无机化学反应原理P420，顾学成编 化学工业出版7、 中学化学教师手册P426
