對氫氣的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的微型化改造

薛燕娜 許衛(wèi)鵬 衷明華

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科，常以其直觀性、趣味性來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，從而加強(qiáng)學(xué)生對知識的理解和把握。針對潮州農(nóng)村地區(qū)初級中學(xué)實(shí)驗(yàn)條件差、藥品缺、實(shí)驗(yàn)開課率低、化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)難等問題，我們現(xiàn)以初中化學(xué)教材中最典型、最有代表性的“氫氣的制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)”為例進(jìn)行微型化改造，從而實(shí)現(xiàn)降低成本、簡化操作、突顯現(xiàn)象、確保安全、節(jié)能環(huán)保等目的。

一、實(shí)驗(yàn)原理

氫氣的制取和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)在人教版第67頁、魯教版第86頁、科教版第134頁中均有安排，主要涉及的反應(yīng)方程式為：

Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；

2H₂+O₂=2H₂O；

H₂+CuO=Cu+H₂O。

二、課本實(shí)驗(yàn)的不足之處

課本上實(shí)驗(yàn)步驟雖簡單，但操作效果往往不理想，主要表現(xiàn)為：

1.反應(yīng)速度過慢且難以控制，所需時間偏長且試劑用量偏大，既不環(huán)保，也不安全。

2.在玻璃尖嘴管處點(diǎn)燃?xì)錃猓鹧娉庶S色，易掩蓋氫氣本身的淡藍(lán)色，給學(xué)生造成誤會，且尖嘴處受熱易封口。

3.市售鋅粒純度較高，反應(yīng)速率較慢，導(dǎo)致氫氣收集率不高。

4.氫氣還原氧化銅絲，氫氣量少，與銅絲接觸面小，反應(yīng)現(xiàn)象不明顯，不利于觀察。

三、實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)

1.實(shí)驗(yàn)用品

儀器：微型儀器一盒；

試劑：銅絲、電池殼（收集）、稀硫酸、氧化的銅片、無水硫酸銅、洗潔精水。

2.實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

備注：①表面被氧化的銅片 ②稀硫酸 ③用銅絲穿過后捆綁的電池殼 ④針頭 ⑤無水硫酸銅 ⑥用銅絲綁著的火柴 ⑦洗潔精水

3.實(shí)驗(yàn)步驟與現(xiàn)象

（1）按示意圖所示連接裝置，并檢驗(yàn)氣密性。

（2）添加藥品：在具支U形管左側(cè)內(nèi)套管中加入足量稀硫酸溶液，用一根銅絲穿過并捆綁廢舊電池殼，固定在橡膠塞中。同時在U形管底部放入表面被氧化的銅片，往右側(cè)內(nèi)套管中加入無水氯化鈣。

（3）氫氣驗(yàn)純實(shí)驗(yàn)：下壓銅絲使電池殼浸泡在稀硫酸中，此時裝有洗潔精水的針頭上有氣泡逸出，迅速地用銅絲捆綁的帶火星的火柴點(diǎn)燃。若H2純凈，能聽到“噗”的一聲，若不純，則有尖銳的爆鳴聲。

（4）驗(yàn)證氫氣具有還原性：驗(yàn)純后，用酒精燈加熱U型管底部，直至觀察到銅片表面由黑色變?yōu)榧t色，撤去酒精燈，繼續(xù)通氫氣至裝置冷卻。

（5）驗(yàn)證氫氣的可燃性：驗(yàn)證還原性之后，用火柴在針頭處點(diǎn)燃H2。H2安靜地燃燒，火焰呈淡藍(lán)色。再在火焰上罩一冷而干燥的燒杯，燒杯壁上有水珠生成。

四、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

1.采用微型實(shí)驗(yàn)，裝置組裝簡單且節(jié)省藥品，有利于在農(nóng)村地區(qū)初級中學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推廣。

2.實(shí)現(xiàn)氫氣的制取、驗(yàn)純和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)一，簡化實(shí)驗(yàn)步驟。

3.利用銅絲捆綁電池殼浸沒酸液構(gòu)成鋅銅原電池來加快反應(yīng)速率，通過拉動銅絲來控制反應(yīng)的進(jìn)行與停止，同時利用廢舊的電池殼來做實(shí)驗(yàn)，就地取材，符合綠色化學(xué)的教學(xué)理念。

4.U形管中一內(nèi)套管盛裝無水硫酸銅，便于檢驗(yàn)氫氣與氧化銅生成的水。

5.玻璃尖嘴管改換成針頭，消除氫氣燃燒時顏色受干擾的困惑。

（責(zé)任編輯 羅 艷）