氯酸钾二氧化锰实验室制氧法探原

doi:10.3866/PKU.DXHX201910054

摘要/Abstract

摘要：

以氯酸钾为原料、二氧化锰为催化剂混合加热制取氧气是实验室制氧的经典方法之一。关于此法的源起与确立的历史过程，迄今已少有论及。本文通过还原二氧化锰、氯酸钾等在化学史上的原初角色，认为对二氧化锰的早期探究是此方案的先导：二氧化锰曾单独做过制氧原料；后舍勒通过二氧化锰与盐酸反应而得氯气，贝托莱进而发现氯酸钾；氯酸钾最初也独立做过制氧原料，不过温度条件较高；1832年，杜布莱纳首将二氧化锰引入此体系，大为降低反应温度，后又经多位化学家的考察认证，终于确立了这一经典方案。

关键词: 氯酸钾, 二氧化锰, 催化, 实验室制氧, 化学史, 杜布莱纳

Abstract:

Oxygen preparation by potassium chlorate and manganese dioxide is one of the most classical laboratory method. Few study has been made so far on its origination and establishment. Through checking the original roles of potassium chlorate and manganese dioxide, it is found that manganese dioxide was ever first selected as raw material for making oxygen, then led the discovery of chlorine by Scheele and potassium chlorate by Berthollet. Potassium chlorate itself was also ever used for oxygen preparation at a high temperature. In 1832, manganese dioxide was firstly mixed with potassium chlorate for oxygen by Döbereiner and reduces the temperature dramatically. With more following studies, the classic method of oxygen preparation via the two materials was finally established.

Key words: Potassium chlorate, Manganese dioxide, Catalysis, Laboratory method of oxygen preparation, History of chemistry, Döbereiner

MSC2000:

李志良. 氯酸钾二氧化锰实验室制氧法探原[J]. 大学化学, 2020, 35(12): 268-273.

Zhiliang Li. A Study on the Origination of the Laboratory Method of Oxygen Preparation by Potassium Chlorate and Manganese Dioxide[J]. University Chemistry, 2020, 35(12): 268-273.

图/表 1

表1

19世纪中叶之前的制氧简史"

时间	人名	氧气方法	备注
1670年代	John Mayow梅猷(1645–1679)，英国化学家	揭示空气中至少含有两种组分，之一为呼吸必需，可以从硝石得到，命名为“硝石精”(acid of nitri)
1740年代	Stephen Hales黑尔斯(1677–1761)，英国化学家	制得多种“空气”，包括二氧化碳、氧化氮、氧气等，发明了排水法	但并未对所制气体给出正确认识
1772	Carl Scheele舍勒(1742–1786)，瑞典化学家	通过加热硝石、锰矿石等首次得到了氧气，名之为火空气(fire air)；	制氧所用材料包括二氧化锰、硝石、氧化铅、氧化汞、碳酸银等
		二氧化锰与浓硫酸反应制取氧气： MnO₂ + H₂SO₄ —— > MnSO₄ + H₂O + O₂	二氧化锰与盐酸反应制得氯气，为氯酸钾等氯化物的发现奠定基础： MnO₂ + HCl —— > MnCl₂ + H₂O + Cl₂
1774	Joseph Priestley普利斯特里(1733–1804)，英国化学家	以凸透镜加热氧化汞制取了氧气，名之为“去燃素气体”： HgO —— > Hg + O₂
1789	Antoine Lavoisier拉瓦锡(1743–1794)，法国化学家；	以类似Priestley的方法制得氧气，并首先正确揭示燃烧的本质；	以不同金属氧化物制取氧气
	Claude Berthollet贝托莱(1748–1822)，法国化学家	通过氯气与水在光照(或高温)下反应制取氧气： Cl₂ + H₂O —— > HCl + O₂
		发现氯酸钾。并单独加热氯酸钾得到氧气
1811	Joseph Gay-Lussac盖吕萨克(1778–1850)，法国化学家	首次发现BaO₂制氧法。该法与二氧化锰法原理类似。	后经Boussingoult和Brin (1879)改进得到批量制氧工艺，称为Brin’s Process ^[4]
1818	Louis Thenard泰纳尔(1777–1857)，法国化学家	发现过氧化氢并研究：H₂O₂ —— > H₂O + O₂，后来发现也可用二氧化锰作为催化剂	其他过氧化物制氧方案： Na₂O₂ + H₂O —— > NaOH+O₂
1832	Johann D?bereiner杜布莱纳(1780–1849)，德国化学家	第一个以氯酸钾与二氧化锰混合加热，并指出此反应中的催化现象
1841	Eilhard Mitscherlich米切尔利斯(1794–1863)，德国化学家	系统研究了氯酸钾与二氧化锰反应的机理	曾师从催化概念的提出者贝采里乌斯

表1

参考文献 26

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