实验室的一个“谎言”

陈琳

【摘   要】  在“九义”初中三年级的化学课堂中，实验室制取氧气的实验一直都是非常重要的一个实验，它既是初中化学八大必做实验中的一个，同样也是初中会考的重点考查实验内容。本文将针对用氯酸钾和二氧化锰组成的混合物加热到一定程度或者是直接加热高锰酸钾来一次制取氧气的这个实验探究，即实验室中存在的一个关于氧气制取的谎言。

【关键词】  实验室;制取氧气;实验探究;谎言

通常在实验室想要制取氧气的办法就是将氯酸钾和二氧化锰组成的混合物加热到一定程度或者是直接加热高锰酸钾来获取氧气，并且采用排水法来收集氧气。同时在化学教材中的课后习题专门强调了这一点，实验结束前必须要做的一个重要的步骤就是在熄灭酒精灯前一定要把导管从水槽中移出来，之后才能熄灭酒精灯，因为只有这样才能保证液体不会回流进试管而使试管急剧遇冷而炸裂。

在一次化学课上，我们正是在做这个实验，但是由于我们在课堂上粗心大意，在实验结束的时候居然先熄了酒精灯，而此时导管还在水槽中，这时就同课本上讲的一样，试管中充满了从水槽中倒流进来的水，但是却并没有发生老师讲课时提到的后果，也就是试管会炸裂的现象。在下课后，笔者同其他小组的同学交流了这次的实验过程，发现他们中也有人犯了同样的失误，但是现象也基本一样，水槽中的水倒流入试管，但是并没有发生试管炸裂的现象。

正因如此，笔者心中满是困惑，明明书上写的很有道理，老师也讲的很清楚，是应该先将导管取出水槽再停止加热，但是笔者犯了错误后实验结果却并没有受到影响，所以在笔者看来“防止试管炸裂”是否是一个实验室的“谎言”。

为了一探究竟，笔者又在下课后用一个100mL的试管，规格是25×200，按照课本上的装置图准备了一套实验器材，并在试管中放入了适量的氯酸钾和二氧化锰。在实验进行过程中，用酒精灯加热试管，这时导管口冒出了很多气泡，大约两分钟过后，挪开酒精灯停止对试管进行加热。结果是水槽中的水部分流入试管中，然而却并没有发生炸裂。考虑到这可能是一个偶然的情况，便又进行了多次相同的试验，每次做试验的过程中都改变了不同的氯酸钾和二氧化锰的比例，但是每次试验的结果都一样，即试管并没有发生炸裂。随后笔者又将混合物换成高锰酸钾来进行重复的实验，过程和步骤与上述实验完全一样，但是得到的结果也完全一样，即试管并没有发生炸裂。针对此次实验的结果，笔者深信实验现象才是正确的，因此便去请教了教师，以下做了一些简单的分析研究。

一、查阅资料情况

1.氯酸钾一般情况下是在400摄氏度的高温环境下才能开始分解并生成氧气，但是可以选择氧化铜作为催化剂，此时仅需350摄氏度就能迅速分解生成氧气，如果加入的是二氧化锰作为催化剂，那么分解实验所需要的温度还会更低一些。

2.高锰酸钾大约在240摄氏度的环境下能够分解。

3.酒精灯一般能够将物品加热到400至500摄氏度。

二、粗略的计算

实验室的温度大约是27摄氏度，所用试管的容积是100mL，由氯酸钾和二氧化錳组成的混合物能在300摄氏度的温度下分解。实验结束后，熄灭酒精灯，结束加热时，试管内部的气体会接触到试管的玻璃内壁，而内壁温度较外壁要低很多，所以此时管内气体温度相对于加热时的温度很低的了，甚至比60摄氏度还低，这个时候可以将温度设定为60摄氏度方便计算。查阅资料得知气体的状态方程为V1/V2=T1/T2，基本的计算过程在下文中展示出来：

V1=100mL，T1=273+60=333K，T2=273+27=300K，100/V2=333/300，计算得出V2=90mL

在上述的计算过程中V1指的是试管的容积，V2指的是停止加热后气体的体积，T1指的是停止加热时试管内壁气体的开始温度，T2指的是实验室的开始温度。

从计算结果我们可以看出，在停止加热后，等待温度降到正常温度后，气体体积已经减小了，而减小的量算出来是100mL-90mL=10mL。

这时只需要将加热试管的试管口微微地向下倾斜一点，再加上导管内倒流进入试管内的水有残留的体积，还有导管内的液面与水槽内的液面会有一个高度差，那么就会产生一个压强差，因此实际上倒流进入试管内的水会比10mL还更少，并且水槽中的水倒流入试管中时，试管内壁的温度已经下降了很多，和倒流入水的温度差不会太大，所以可以得出结论：试管不会因为水的倒流而发生炸裂。

那如果是用高锰酸钾作为反应物来分解氧气的话，可以从资料得知高锰酸钾的分解温度比氯酸钾还低，所以根据前面氯酸钾和二氧化锰制取氧气所计算的结果，高锰酸钾制取氧气时倒吸进入试管的水将会更少，即不足10mL，那么我们也可以得出结果，即也不会发生试管炸裂的现象。

根据前文的叙述来看，虽然我们得知了实验结束后是先熄灭酒精灯还是先撤离试管的顺序不会造成试管炸裂，但是笔者认为我们应该遵守教材中的顺序，因为笔者在此次实验中只考虑到药品的比例问题，却忽视了试管的问题，包括试管不同直径对实验的影响，以及试管不同材质对实验的影响，而此时如果我们先熄灭酒精灯也许会造成炸裂。所以教材中所提到的先熄灭酒精灯停止加热再将导管撤离水槽是正确的，根本目的不是为了防止试管炸裂。根据笔者的实验过程以及计算过程，教材中之所以这样说是为了提醒我们学生在做实验的时候要仔细小心，按照规定步骤一步一步做，形成良好的实验思维，也同样是为了排除偶然性的危险情况，所以在笔者看来这个知识点是一个善意的“谎言”。

【参考文献】

[1]林子谦.实验室制取氧气的一个“谎言”[J].实验教学与仪器，2015年第10期

[2]潘璞峻，向玲.二氧化锰催化过氧化氢制氧气的实验改进[J].中学化学教学参考，2016（4）.