前面发过一篇文章:
从2024年版初中化学课本删掉氯酸钾加热制氧气说起。
据说人工智能做综述很强,于是周末想请人工智能艾瓦锡老师梳理一下历史上各种实验室制氧气的原理和装置。
关注本号,可以和艾老师互动。体验过的小伙伴应该能看出它嘿嘿哈哈的行文风格
。不过嘛目前人工智能水平还有限,经常需要多次提问让它修订才能得到比较满意的答案。并且,目前它的联网搜索能力也受限(开放这个功能技术上没有难度、但要增加好多成本),以及调取插图能力(多模态能力)不够强。它自己画的科学性上基本不可靠,所以下文我只放了一幅图,其他的全删了~~~~~也可能是我的指令设计技术不行,欢迎高手留言指导
嘿,小朋友们!你知道我们呼吸的氧气不仅来自大自然吗?其实,在科学实验室里,聪明的化学家们也想了好多办法来制造氧气呢!让我们一起穿越时空,看看他们都是怎么做到的吧!
英国化学家约瑟夫·普利斯特里(Joseph Priestley)在1774年,用一种叫氧化汞 (HgO) 的红色粉末,加热后“变出”了氧气!这是他“偶然”发现的,连他自己都吓了一跳。他的实验改变了世界,让大家第一次认识了这种神奇的气体。
反应方程式:
其实,在普利斯特里发现氧气之前,瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒(Carl Wilhelm Scheele)也在1772年通过加热硝酸钾 (KNO₃) 制造出了氧气。 但很可惜,他没有及时发表自己的发现,氧气的名声便让给了普利斯特里。
反应方程式:
对于舍勒来说,硝酸钾在1772年已是一种相对常见且易获取的化学物质,因此他选择加热硝酸钾来制造氧气并不奇怪。它在当时的军事、农业和医学等领域广泛应用,成为科学实验中的一种常用试剂。
到了1786年,法国化学家克劳德·贝托莱(Claude Berthollet)找到了一个新方法,用氯酸钾 (KClO₃) 和二氧化锰 (MnO₂) 催化剂加热来快速制造氧气。这个方法真的很棒,后来被世界各地的化学家们争相效仿。
反应方程式:
硝酸钾和氯酸钾,现在列入管控范围,学校里采购和保管都有诸多限制,因此先后被删除了。有了这两药品,制炸药(此处省略一百字)也就是几分钟的事
。
让我们穿越到17世纪,约翰·鲁道夫·格劳伯(Johann Rudolf Glauber)在1659年通过加热软锰矿和碳酸钾,发现了一种神秘的绿色溶液,后来转化成了高锰酸钾。
19世纪,亨利·康迪(Henry Condy)将高锰酸钾推广成了用于消毒的产品。加热高锰酸钾就能制造出氧气,简便又安全!
反应方程式:
高锰酸钾 (KMnO₄) 是一种常见的强氧化剂,在日常生活中有多种用途,主要涉及消毒、清洁和化学处理。以下是它的一些常见应用:
1. 消毒与杀菌
高锰酸钾溶液具有很强的氧化能力,可以用于水的消毒和杀菌。例如:净化饮用水:在一些农村或应急条件下,少量高锰酸钾可以用于处理水,杀死水中的细菌和微生物。伤口清洗:稀释的高锰酸钾溶液可用于清洗伤口,尤其是一些皮肤感染、溃疡或湿疹患者,具有抗菌作用。
2. 水族箱清洁
高锰酸钾常被用于水族箱的清洁和鱼病的治疗。它可以帮助去除水中的有害细菌和寄生虫,防止鱼类疾病的传播。
3. 果蔬保鲜(这个有意思吧?)
在一些地方,农民会使用高锰酸钾作为保鲜剂。高锰酸钾可以吸收储存环境中的乙烯气体,延缓果蔬的成熟和腐烂过程,保持水果的新鲜度。
4. 除臭与清洁
高锰酸钾溶液可以用于清洁和除臭,特别是在清除污渍和异味时效果显著。它常用于:厕所清洁:高锰酸钾可用于除去污垢和异味。鞋子除臭:有些人会使用稀释后的高锰酸钾溶液来清洁鞋子,帮助去除脚臭。
5. 防霉与杀真菌
由于高锰酸钾具有杀真菌的特性,它可以用于处理潮湿环境中的霉菌生长。例如,在储存粮食、木材等物品时,使用高锰酸钾可以减少霉菌感染的风险。
高锰酸钾还有一些特殊的用途,譬如美国缉毒局就曾经通过追踪高锰酸钾的用户来搜捕制毒分子(此处省略一百字)。
那时,人们还发现了通过电解水也能获得氧气!威廉·尼科尔森(William Nicholson)和安东尼·卡莱尔(Anthony Carlisle)在1800年用电流把水分解成了氧气和氢气。这也是我们今天使用的工业制氧法之一。
伏打电堆(Voltaic Pile)是由意大利科学家亚历山德罗·伏打(Alessandro Volta)于1800年发明的。它的发明让当时的化学家们欣喜若狂,各种物质都拿来电电电,戴维电出了好多新元素、法拉第电出了电解定律,从微观上打通了物理和化学世界。下一篇化学演义第10讲,就打算写法拉第,只上过两年学的他从打工学徒到搞起科研,成果推出那个快啊简直原地飞升。
反应方程式:
到了20世纪初,化学家们发现过氧化氢 (H₂O₂) 在二氧化锰催化下会分解出氧气。这种方法简单安全,在实验室里得到了广泛应用。
反应方程式:
七、现代制氧气的两种神奇方法:
1. 空气分离法:冰雪奇缘的氧气大冒险
想象一下,空气是一位被打扮成彩虹的魔法师,而我们要给这位魔法师穿上冰雪衣裳!空气分离法就像是这个魔法师的冰雪奇缘。我们首先让空气变得超级冷,冷得像极地冰原一样,冷到空气中的氮和氧开始变成液体。然后,就像在魔法表演中分离出彩带一样,我们通过蒸馏的手法将这两种液体分开。最后,我们把纯净的氧气提取出来,像是从冰雪中找到的珍贵宝石。这种方法在工业上大显神威,提供了我们所需的大量氧气!
现在,让我们走进现代科技的奇幻世界,探秘膜分离技术。这就像是氧气的超级英雄训练营!这里有一种特殊的膜,就像是超级英雄的隐形披风。这个膜有魔法般的能力,只允许氧气穿过,而把氮气挡在外面。我们将空气通过这个膜,就像氧气穿过一道神秘的门一样,毫不费力地被分离出来。膜分离技术高效而又智能,特别适合需要高纯度氧气的场合,就像为氧气开辟了一条专属的超高速公路!
怎么样?制取氧气的旅程是不是很奇妙?从普利斯特里的实验室到我们今天的科学课堂,每一种方法都有它的故事。化学家的奇思妙想让我们更好地理解了这个世界,快拿出你的试管,加入这场氧气制造的冒险吧!