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愛迪生實驗課第 11 堂練習：氧氣製造、性質與集氣法
本堂整理氧氣的實驗室製備、雙氧水與二氧化錳的角色、排水集氣與排空氣集氣判斷、氧氣助燃檢驗。答題時先看氣體從哪裡來，再用「溶不溶於水、比空氣重或輕、是否助燃」判斷收集與檢驗。
愛迪生實驗課第 11 堂練習：氧氣製造、性質與集氣法
我的課程探索段位與個人檔案學習目標
學習目標
1. 說出雙氧水與二氧化錳製氧時各自的角色，並知道二氧化錳是催化劑。
2. 能判讀製氧裝置中薊頭漏斗、錐形瓶、導管與水槽的功能。
3. 能依氧氣難溶於水、密度略大於空氣，選擇合適集氣法。
4. 能用線香或快熄滅木條檢驗氧氣的助燃性，並分清楚助燃與可燃。
觀念
觀念一：氧氣從哪裡來
把雙氧水想成一瓶還沒放氣的汽水，二氧化錳像「催促它冒泡的幫手」。雙氧水 H₂O₂ 分解會產生水和氧氣，二氧化錳 MnO₂ 不被消耗，只是讓反應比較快。考題常把黑色粉末、薊頭漏斗中的液體、產生氣體混在一起問：黑色粉末是 MnO₂，液體是 H₂O₂，真正收集的是 O₂。
圖示
圖：雙氧水製氧與排水集氣裝置
雙氧水製氧的藥品判斷 例題 1
實驗室常用雙氧水製造氧氣。下列哪一組搭配最合理？
裝置中甲乙物質判讀 例題 2
如圖為雙氧水製氧的裝置。若甲是黑色粉末、乙是由漏斗加入的液體，甲、乙最合理的搭配為何？
反應速率與產量判斷 例題 3
甲瓶有 50 g、15% 雙氧水溶液和 10 g 二氧化錳；乙瓶有 60 g、12% 雙氧水溶液和 5 g 二氧化錳；丙瓶有 80 g、10% 雙氧水溶液和 2 g 二氧化錳。反應完全後，哪一瓶產生氧氣最多？
觀念
觀念二：裝置操作與安全減壓
製氣裝置像一條單向輸送線：反應瓶產生氣體，氣體沿導管進入收集瓶。剛開始冒出的氣體常混有原本裝置裡的空氣，所以不能馬上收集。若反應太快、液體快從薊頭漏斗噴出，不是拔漏斗，而是先把導管移出水面減壓，讓瓶內壓力有出口。薊頭漏斗長管要插入液面下，像水封一樣避免氣體從漏斗口跑掉。
剛開始氣體不收集 例題 1
製造氧氣時，剛開始從導管冒出的氣體通常不立刻收集，主要原因為何？
氣體產生太快的處理 例題 2
利用雙氧水製氧時，若氣體產生太快，雙氧水可能由薊頭漏斗噴出，較適當的處理方式為何？
薊頭漏斗長管作用 例題 3
從雙氧水製氧的過程中，薊頭漏斗的長管為什麼要插入反應瓶內液面以下？
觀念
觀念三：集氣法看兩件事
選集氣法像選停車位：要看氣體怕不怕水，也要看它比空氣重還是輕。氧氣難溶於水，所以可用排水集氣法；氧氣密度略大於空氣，也可用向上排空氣法。排水集氣的優點是較容易看出瓶子是否集滿，且能取得較純氣體；取出時要先在水中用玻璃片蓋住瓶口，再拿出來。
氧氣集氣法選擇 例題 1
如圖有三種集氣裝置。若要收集由雙氧水製得的氧氣，最適合優先選用哪一種，主要依據是什麼？
排水集氣取瓶操作 例題 2
排水集氣法收集滿一瓶氧氣後，應如何把瓶子取出，較能避免瓶內氣體散失或混入空氣？
集氣純度與收集順序 例題 3
以排水集氣法製氧時，實驗開始後立刻連續收集甲、乙兩瓶，再等氣泡穩定後收集丙、丁兩瓶。若每瓶容量相同，哪一組判斷最合理？
觀念
觀念四：助燃不是可燃
氧氣像讓火跑得更順的空氣補給，它本身不是燃料。點燃的線香伸入氧氣瓶會燃燒更旺，快熄滅的木條也可能復燃，這叫助燃性；但不能說氧氣可燃。二氧化碳則常使火熄滅，澄清石灰水變混濁是辨認 CO₂ 的關鍵。做氣體辨識題時，先看觀察現象，再配對氣體。
氧氣助燃檢驗 例題 1
將點著的線香放入裝滿氧氣的瓶中，最可能觀察到何種現象？原因為何？
三瓶氣體檢驗表 例題 2
| 廣口瓶 | 點燃線香伸入 | 加入澄清石灰水 |
|---|---|---|
| 甲 | 火焰變小後熄滅 | 無明顯變化 |
| 乙 | 火焰變小後熄滅 | 變白色混濁 |
| 丙 | 燃燒更旺盛 | 無明顯變化 |
甲、乙、丙三瓶分別為氮氣、二氧化碳、氧氣中的一種，實驗觀察如表。下列判斷何者正確？
助燃與燃燒情境判斷 例題 3
火災現場通風不良時，燃燒會消耗某氣體 X；若突然打開門窗，大量新鮮空氣進入，可能使火勢瞬間變旺。氣體 X 的描述何者正確？
觀念
觀念五：空氣的組成與分離
空氣是一種混合物，不是純物質。
乾燥空氣中氮氣約占體積 78%（最多）、氧氣約 21%（具助燃性），其餘約 1% 是氬等鈍氣與少量二氧化碳、水氣（二氧化碳與水氣含量會隨地點、天氣改變，不固定）。
工業上把空氣降溫加壓液化成淡藍色液態空氣，再緩緩加熱分餾：沸點較低的氮氣（約 -196℃）先汽化，沸點較高的氧氣（約 -183℃）後汽化，藉此分離氮與氧。
圖示
乾燥空氣的體積組成
空氣的組成 例題 1
對於空氣組成成分的敘述，下列哪一項是錯誤的？
液態空氣分餾 例題 2
已知氮氣的沸點為 -195.8℃、氧氣的沸點為 -182.5℃。若將 -200℃ 的液態空氣逐漸加熱，則上述哪一種氣體會先汽化？
液態空氣分離氧氣計算 例題 3
今有液態空氣 387 g（已知氣態空氣密度為 1.29 g／公升），讓其緩緩蒸發完全後，約可得多少公升的氧氣？（氧氣約占空氣體積 21%）
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