氫氣制備與性質實驗一體化微型實驗設計

2009級本科生：陳燕杉 曾曉丹

指導教師：衷明華

氫氣制備與性質實驗是現行人教版初中化學教科書中比較重要的一個實驗，能否做好實驗直接影響學生對氫氣化學性質的掌握。然而，在常規實驗中無論是教師的演示實驗還是學生的自主實驗都存在以下不妥之處：

（1）實驗難以控制。常規實驗中氫氣的制備難以隨時控制反應的開始與停止，且由于市售鋅粒純度較高導致反應速率較慢。并且，在性質實驗中檢驗氫氣純度時，常常因難以吹出氣泡而影響教學效果與教學進度。

（2）實驗比較煩瑣。常規氫氣性質實驗是分步進行的，這樣勢必造成藥品用量多，耗時長。

（3）部分實驗現象不明顯。如在氫氣的性質實驗中，理論上氫氣燃燒的火焰為淡藍色，而在檢驗氫氣可燃性時通常使用的是玻璃尖嘴管，由于玻璃中含有鈉離子而導致火焰呈黃色，易將氫氣燃燒時的淡藍色火焰掩蓋，使學生誤認為氫氣燃燒的火焰為黃色。

針對以上問題，筆者利用微型儀器將實驗進行了改進。微型化學實驗是一種使用微型儀器，實現實驗操作簡單化、藥品節約化及過程安全化的實驗方法，而且微型儀器精巧，更能激發學生參與實驗的興趣。具體改進方案如下。

一 實驗的改進

1.實驗用品

微型儀器1套、注射器針頭2個、酒精燈；鋅粒、稀硫酸、銅絲、氧化銅絲、肥皂水。

2.實驗裝置圖

實驗裝置如右圖所示（略去鐵架臺和鐵夾）。

3.實驗步驟及現象

（1）按右圖所示連接好實驗儀器，并檢驗裝置的氣密性。

（2）添加藥品：在具支U形管右邊放入一個裝有鋅粒并用銅絲綁住的內套管（目的在于通過提拉銅絲控制反應的開始與停止，同時，銅也可與鋅粒構成原電池加快反應速率），往右邊的具支試管中加入隨意曲折的氧化銅絲，在具支口用軟導管連接一注射器針頭，往針頭內加入肥皂水。最后，在U形管左側加入稀硫酸直到沒過鋅粒。

（3）檢驗氣體純度：反應有氣體生成時，注射器針頭將不斷有氣泡逸出，通過點燃吹出的氣泡，即可檢驗氣體的純度。若H2純凈，則能聽到“噗”的一聲，若不純，則有尖銳的爆鳴聲。

（4）驗證氫氣具有還原性：如上圖所示，當檢驗到裝置中的空氣已被排盡后，用酒精燈加熱具支試管中裝有氧化銅絲的地方，氧化銅絲由黑色變為紅色的銅，撤去酒精燈，繼續通氫氣至裝置冷卻。

（5）驗證氫氣的可燃性：將軟導管上的注射器針頭換上另一個干燥的針頭，在針頭處點燃H2。H2安靜地燃燒，火焰呈淡藍色，再在火焰上罩一只冷而干燥的燒杯，燒杯壁上有水珠生成。

二 改進后的優點

（1）利用微型儀器，節約實驗用品，且更安全。

（2）將H2的制備與性質實驗連為一體，簡化實驗步驟。

（3）反應裝置中，銅絲具有雙重作用，既可通過提拉銅絲控制反應的進行與停止，又可與反應物鋅構成原電池，加速鋅的氧化過程，從而提高氫氣生成的速度。

（4）將玻璃尖嘴管換成注射器針頭檢驗氣體純度時，可在針頭中預先加入肥皂水，這樣氣體一生成即可連續吹出氣泡，通過點燃肥皂泡來驗證氫氣與空氣混合的爆炸實驗，更安全、更方便。同時，由于氣泡往上飛，可證明H2的密度比空氣小。

（5）通過酒精燈的加熱與否來控制H2還原實驗的進行與停止。