氫氣的制備與性質(zhì)微型實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

2010級(jí)本科生：潘杏婉 羅志枚

指導(dǎo)教師：衷明華

氫氣的制備與性質(zhì)原實(shí)驗(yàn)難以控制實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行與結(jié)束，同時(shí)，用排水法收集的氫氣難以干燥，在進(jìn)行氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)時(shí)可能導(dǎo)致試管破裂，氫氣的驗(yàn)純實(shí)驗(yàn)危險(xiǎn)性也比較高。另外，氫氣的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)是分別進(jìn)行的，過(guò)程煩瑣，也比較浪費(fèi)時(shí)間，不切合當(dāng)前中學(xué)課堂的實(shí)際情況。因此，有必要對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

微型實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單便攜、試劑用量少、安全性高、成本低、適用于大多數(shù)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，也適合大多數(shù)學(xué)校使用，條件差的學(xué)校可以購(gòu)買一套儀器進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，條件好的學(xué)校可以讓學(xué)生自己動(dòng)手完成微型實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)正是利用了微型實(shí)驗(yàn)的這些優(yōu)點(diǎn)，將常規(guī)的氫氣的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為微型實(shí)驗(yàn)，使該實(shí)驗(yàn)更加符合中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。

一 實(shí)驗(yàn)原理

實(shí)驗(yàn)室制取氫氣通常采用鋅粒與稀硫酸反應(yīng)制得，其反應(yīng)原理是：

Zn+H2SO4═══ZnSO4+H2↑

二 實(shí)驗(yàn)用品

微型儀器1套、注射器2支、酒精燈1盞、鋅粒、有Cu2+的稀硫酸、無(wú)水氯化鈣、無(wú)水硫酸銅、氧化銅、氫氧化鈉溶液、肥皂水、棉花。

三 實(shí)驗(yàn)裝置圖（略去鐵架臺(tái)和鐵夾）

四 實(shí)驗(yàn)步驟及現(xiàn)象

（1）連接好實(shí)驗(yàn)儀器，并檢驗(yàn)裝置的氣密性：按照上圖所示，先用止氣夾夾住U形管支管的橡皮筋，在U形管里加入適量的自來(lái)水，右端用一橡膠塞塞住，左端連接帶有兩支注射器的橡膠塞，拉動(dòng)其中一支注射器，觀察U形管中水的高度變化，如果裝置氣密性良好，U形管中的水會(huì)隨著注射器的拉動(dòng)而產(chǎn)生左右液面高度差。

（2）將適量鋅粒加入U(xiǎn)形管中；兩支注射器分別裝上有Cu2+的稀硫酸（可形成原電池，加速反應(yīng)進(jìn)行）和氫氧化鈉溶液，插入左端的橡膠塞中；在U形管的右端內(nèi)套中加入棉花，再加入無(wú)水氯化鈣小顆粒以干燥U形管中產(chǎn)生的氫氣，并在右端口塞上橡膠塞；在U形側(cè)管用橡膠管連接V形側(cè)泡反應(yīng)管，管中各個(gè)凹面依次加入氧化銅、無(wú)水硫酸銅（用以檢驗(yàn)反應(yīng)生成的水）。

（3）實(shí)驗(yàn)開始，壓下裝有稀硫酸的注射器，隨著稀硫酸的加入，反應(yīng)快速進(jìn)行，待裝置中的空氣差不多排盡，用裝有肥皂水的多用滴管加入V形管中，若吹出氣泡，用火柴點(diǎn)燃，聽到“噗”的一聲則說(shuō)明氫氣純凈，且可以看到V形側(cè)泡反應(yīng)管的尖端部分有淡藍(lán)色火焰。再點(diǎn)燃酒精燈加熱氧化銅進(jìn)行氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)，若觀察到氧化銅由黑色變?yōu)榧t色，同時(shí)無(wú)水硫酸銅也由白色變?yōu)樗{(lán)色，則說(shuō)明氫氣還原氧化銅的產(chǎn)物是銅和水。

（4）反應(yīng)結(jié)束，壓下裝有氫氧化鈉溶液的注射器，則發(fā)生中和反應(yīng)，氫氣停止產(chǎn)生。

五 改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

（1）采用微型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行氫氣的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，更加符合中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求，不僅節(jié)約實(shí)驗(yàn)用品，也使得實(shí)驗(yàn)更加安全。同時(shí)，本實(shí)驗(yàn)不僅大大簡(jiǎn)化了裝置，還能進(jìn)行氫氣的制備與性質(zhì)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，節(jié)約了實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。

（2）在U形管的內(nèi)套管中加入氯化鈣固體，既減少了裝置的空間，也可以干燥產(chǎn)生的氫氣，以免干擾驗(yàn)證氫氣與氧化銅生成水的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

（3）V形側(cè)泡反應(yīng)管中的無(wú)水硫酸銅可驗(yàn)證氫氣和氧化銅的生成物有水。

（4）在V形側(cè)泡反應(yīng)管中的V形處加入肥皂水，使得生成的氫氣能吹出氣泡，同時(shí)也能進(jìn)行氫氣爆鳴的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。

（5）通過(guò)加入氫氧化鈉可以結(jié)束實(shí)驗(yàn)，要讓實(shí)驗(yàn)繼續(xù)，則可以再加入稀硫酸。

六 注意事項(xiàng)

加入肥皂水最好是在排盡了空氣后再加進(jìn)去，否則肥皂水可能會(huì)因?yàn)榕懦龅目諝舛绯觥?/p>