“氧气的制取与性质”学生分组探究的新尝试

1 问题的提出

加热高锰酸钾制取氧气这个学生分组实验是中学化学中的重点实验，在各种化学教科书中已存在多年。

有几位来我校参观的校长在走访化学实验室的时候问，初三学生做完制取氧气的实验之后，将KMnO4弄得到处都是，不能及时清除掉，实验室留下深一块、浅一块的斑点，有什么方法去除。根据化学常识，学生手上的斑点，可以用维生素C片擦洗；实验室内的污渍，用滴加少量稀硫酸的草酸溶液清洗。但各班实验课安排有时相差几天，学生实验留下的痕迹很顽固，无论怎么清洗，效果都不好。为此，校长和实验室管理员都很苦恼。

2 思考与尝试

KMnO4制备O2的实验作为经典的演示实验来开展，效果很好。但用于学生分组实验，在如今注重绿色化实验及环境整洁的时代，值得商榷。2 mol KMnO4（316 g）如果完全反应才能制得1 mol O2，同时产生284 g废渣，其中大部分废渣是易溶于水的物质，溶于水后产生大量废液。何况学生在制备时，KMnO4达不到100%的利用率，就会产生更多的废渣，加之不小心溶于水就会产生大量的废液。10个班的初中生如果开展这个分组实验，至少有几公斤的废渣产生，如果这些废渣和废液被随意丢弃，对周边环境会造成极大的火灾隐患和污染。

因此，笔者对此分组实验做了一点改进。过去采用MnO2催化KClO3的实验确实存在反应太过剧烈和气体不纯的缺点，在改进时没有采纳。MnO2催化H2O2溶液开始时稍显剧烈，特别是在一些学生加入过多的MnO2之后，能够听到“哧啦”的声音，反应中放热较多。初三学生刚开始做实验，动作较慢，结果往往收不满3瓶气体，就需要更换药品重复制取。经过进一步的研究，笔者对这个分组实验做了如下的修改。把要求学生掌握的基本操作，如本实验中用试管加热固体粉末与用排水取气法收集气体这个内容保留住，更换实验药品。采用实验时学生已经研究过的铜绿（碱式碳酸铜）制备CuO，用CuO催化H2O2溶液而得到稳定释放的氧气。

在学生开展实验探究之前，笔者探索了分解碱式碳酸铜得到CuO催化H2O2分解的最佳条件。在60 ℃水浴的条件下，产生O2的速率比较稳定，制得的O2无异味，用排水取气法收集氧气，集气瓶中不会形成水雾。

3 “氧气的制取”改进

（1）在托盘天平上称取0.6 g Cu2（OH）2CO3粉末，用药匙或小纸条折叠成的纸槽小心地将它送入试管底部，然后将试管直立起来，使药品全部落到试管底部。

（2）将装好Cu2（OH）2CO3粉末的试管平放，稍稍抖动试管底部，使药品平铺于试管底部。试管口略向下倾斜，固定在铁架台上。

（3）先均匀加热试管，再集中加热试管底部，等到Cu2（OH）2CO3粉末完全变黑时停止加热，让试管冷却，用镍子夹取滤纸条，吸干挂在试管内壁上的水珠。

（4）使用另一支大试管和带有导管的单孔橡胶塞相连作为简易制气装置，连接好装置并检查其气密性。

（5）量取25 mL 6% H2O2溶液，加入到简易制气装置的大试管中，然后加入分解后冷却的CuO，塞好单孔塞，连接好导气管。将试管放入盛有s150 mL 60 ℃热水的250 mL烧杯中水浴加热，固定好大试管。当导管口气泡连续均匀冒出时，用排水法收集氧气。