氧气的制取方法主要有以下几种:
分离液态空气法
原理:利用氧气和氮气的沸点不同,在低温条件下加压使空气转变为液态,然后蒸发,由于液态氮的沸点低于液态氧,氮气首先蒸发出来,剩下的主要是液态氧。
步骤:空气预冷、净化、压缩、冷却成液态空气,然后在精馏塔中多次蒸发和冷凝,分离出氧气和氮气。
应用:这种方法适用于大规模生产氧气,产量高,原料为空气,无需额外储存。
膜分离技术
原理:利用特定薄膜在压力下富集氧气,通过多级分离得到高纯度氧气。
特点:这种方法发展迅速,适用于需要高纯度氧气的场合。
分子筛制氧法(吸附法)
原理:利用氮分子大于氧分子的特性,使用分子筛吸附空气中的氮分子,从而分离出氧气。
步骤:干燥空气通过分子筛,氮分子被吸附,氧气释放出来,定期更换分子筛以保持其吸附能力。
应用:适用于小型制氧机,便于家庭使用。
电解制氧法
原理:通过电解水生成氧气和氢气,通常需要加入氢氧化钠或氢氧化钾提高水的电解度。
缺点:耗电量大,不适用于大量制氧,且产生的氢气存在安全隐患。
实验室制氧法
加热高锰酸钾:
原理:高锰酸钾加热分解生成锰酸钾、二氧化锰和氧气。
步骤:检查气密性,装高锰酸钾,固定装置,加热试管,收集氧气。
二氧化锰催化过氧化氢:
原理:过氧化氢在二氧化锰催化下分解生成水和氧气。
步骤:装过氧化氢和二氧化锰,固定装置,催化反应,收集氧气。
加热氯酸钾:
原理:氯酸钾加热分解生成氯化钾和氧气。
步骤:装氯酸钾和二氧化锰,固定装置,加热试管,收集氧气。
这些方法各有优缺点,适用于不同的需求和场合。工业上主要采用分离液态空气法和分子筛制氧法,而实验室则常用加热高锰酸钾或过氧化氢的方法。