氣體的製備與檢驗 (氧氣、二氧化碳) 化學科 崑山高中： 劉育錚 老師

教學目的

氧氣的製備方法 MnO2催化氯酸鉀(KClO3)分解: MnO2催化雙氧水(H2O2)分解: Na2O2的分解: 2 KClO3(s) 2 KCl(s) + 3O2(g) Δ,MnO2(s) MnO2催化雙氧水(H2O2)分解: 2 H2O2(aq) 2 H2O(l) + O2(g) MnO2(s) 方程式字體大小建議統一(已修改) Na2O2的分解: 2 Na2O2(s)+2 H2O(l) 4NaOH(aq)+O2(g)

製備氧氣的裝置比較-1 MnO2催化雙氧水(H2O2)分解 分液漏斗 硬質試管 酒精燈 水槽、廣口瓶 側管錐形瓶 水槽、廣口瓶 MnO2催化氯酸鉀(KClO3)分解 MnO2催化雙氧水(H2O2)分解

製備氧氣的裝置比較-2 KClO3製氧 H2O2製氧 Na2O2製氧 需加熱 × × 有加 MnO2 有加 MnO2 × 排水集氣法

利用KClO3 ，製備氧氣的步驟-1 秤取 KClO3 (s) 10g 、MnO2 (s) 3g，兩者混合置入硬試管 KClO3 MnO2 硬質試管

利用KClO3 ，製備氧氣的步驟-2 收集完氣體，先移開塑膠導管，再移開酒精燈 試管向下傾斜10°，以免水滴迴入加熱管， 易造成加熱管爆裂 酒精燈來回移動加熱，以免受熱不均勻

排水集氣時，最初流入集氣瓶1/3的氣體為空氣或空氣與氧的混合物，純度較低，應捨棄而不收集 利用KClO3 ，製備氧氣的步驟-3 排水集氣時，最初流入集氣瓶1/3的氣體為空氣或空氣與氧的混合物，純度較低，應捨棄而不收集 排水集氣法，收集O2

利用H2O2，製備氧氣的步驟 H2O2 分液漏斗 MnO2 排水集氣法 側管錐形瓶

利用Na2O2 ，製備氧氣的步驟 Na2O2 火柴餘燼在氧中的燃燒 用石蕊試紙檢驗，呈鹼性，紅色石蕊試紙變藍色 實驗現象證明：不管用何種方法，製備出來的氧氣都有助燃性 火柴餘燼在氧中的燃燒

鋼絲絨在氧中的燃燒現象 耀眼火花 Fe3O4(s)不溶於水 ，呈中性

鎂帶在氧中的燃燒現象 MgO溶於水呈鹼性， 使紅色石蕊試紙變藍 耀眼白色火花 MgO 呈鹼性

硫粉在氧中的燃燒現象 燦爛藍色火花 SO2(亞硫酸酐)易溶於水呈酸性，使藍色石蕊試紙變紅

火柴餘燼在氧中的燃燒 復燃 實驗現象證明：氧氣有助燃性

自拍影片-氣體篇 影片欣賞： 氧氣製備 （KClO3） 影片欣賞： 氧氣製備 （Na2O2） 影片欣賞： 二氧化碳製備

檢驗氧氣性質的實驗結論 檢驗項目 燃燒現象 燃燒反應 燃燒產物溶於水 鋼絲絨 耀眼火花 不溶於水呈中性 鎂帶 耀眼白色火花 石蕊試紙變藍色 硫粉 燦爛藍色火花 石蕊試紙變紅色 火柴餘燼 復燃

收集氣體方法的比較 排水集氣法 向上排氣法 向下排氣法 適用：難溶於水的氣體 適用：易溶於水氣體，M>28.8 H2、N2、O2、CO SO2、HCl NH3 空氣的平均分子量 ＝氮氣分子量×氮氣莫耳分率+氧氣分子量×氧氣莫耳分率 ＝28×4/5+32×1/5＝28.8

二氧化碳的製備方法 工業上：加熱CaCO3 實驗室：碳酸鹽與濃鹽酸反應

製備二氧化碳裝置圖-1 濃鹽酸不可一次加完，以免反應太激烈，而使CO2衝出反應瓶。 因CO2易溶於水，用向上排氣法收集 分液漏斗 濃鹽酸 因CO2易溶於水，用向上排氣法收集 若欲得純CO2，仍須用排水集氣法 側管錐形瓶 大理石

製備二氧化碳裝置圖-2 薊頭漏斗 向上排氣法 薊頭漏斗的底部需在液面下，以免CO2逸散出去

二氧化碳通入澄清石灰水中，產生白色混濁 白色混濁 再繼續通入過量CO2，溶液又變為澄清 可溶性碳酸氫鈣

鎂帶在二氧化碳中的燃燒現象 當鎂帶工廠發生火災，不能用二氧化碳來滅火 白色固體：MgO 黑色固體：C

檢驗二氧化碳溶於水的酸鹼性 呈酸性 藍色石蕊試紙變紅

火柴餘燼能否在二氧化碳中復燃？ 實驗現象證明：二氧化碳不助燃，可用來滅火

檢驗二氧化碳性質的實驗結論 二氧化碳通入澄清石灰水中，變成白色混濁， 白色混濁 再繼續通入過量CO2，溶液又變為透明澄清 透明澄清 鎂帶在二氧化碳中的燃燒現象：耀眼白色火花。 產物MgO遇到潤濕石蕊試紙呈藍色。 火柴餘燼在二氧化碳中的燃燒：熄滅

例題：正確錯誤操作 在實驗室利用氯酸鉀製造O2氣體，試指出下圖中裝置的錯誤之處，並說明要如何改正？ 錯誤之處 要如何改正 硬質試管的管口應向下傾斜10°角 硬質試管的管口不能朝上，不然水回流會造成試管破裂

例題1 有關氧氣的製備實驗，何者正確？ (A)將氯酸鉀與二氧化錳置於缽中研磨成細粉使充分混合 (B) 加熱使用的硬試管口需向下傾斜10度角 (C) 二氧化錳為氧化劑 (D)若未加入二氧化錳，即使加熱仍不可能有氧氣生成 (A)不可研磨 (C)應為催化劑 (D)不加入MnO2仍可進行，但反應速度慢 應改為： 答： (B)

例題2-1 例題2-2 取鋼絲絨、鎂帶、硫磺粉末，分別在氧氣中燃燒，何者正確？ 有關製備氧氣的實驗，下列操作何者有誤？ (A)硫磺燃燒後的產物溶於水呈酸性 (B) 鎂帶燃燒後的產物溶於水呈鹼性 (C)鋼絲絨燃燒後的產物溶於水呈鹼性 (D)硫粉燃燒的火焰為黃色 有關製備氧氣的實驗，下列操作何者有誤？ (A)收集氣體時，需捨棄前1/3瓶 (B)加熱試管需來回移動火焰，使加熱均勻 (C)集氣的廣口瓶須先裝滿水後再倒立於水槽中 (D)集氣後，應先移去加熱的燈火再將導氣管從水中移出 答： (A) (B) 答： (D)

例題3 檢驗集氣瓶中CO2氣體是否已集滿的方法是: (A)用帶火星的木條伸進瓶裡 (B)用燃著的木條伸到瓶底 (C)用燃著的木條放到瓶口 (D)用潮濕的紅色石蕊試紙放到瓶裡 答： (C)

例題4 澄清石灰水通入二氧化碳，下列何者正確？ (A)產生白色沈澱，使溶液混濁 (B)混濁的成分是Ca(OH)2 (D)最初通入使溶液混濁，再繼續通入則溶液又澄清 (E)點燃的火柴置入CO2收集瓶中，迅速熄滅 答： (A)(D)(E) 應改為：(B) CaCO3 (s) (C)通入一段時間後形成碳酸氫鈣溶液，呈鹼性