氫氣制取和性質(zhì)實驗的改進(jìn)與建議

潘國榮+李文勇

摘要：氫氣的制取和性質(zhì)實驗是初中化學(xué)三種重要氣體的制取與性質(zhì)實驗之一。對氫氣的制取、檢驗、還原性實驗所用儀器規(guī)格提出了建議；對氫氣檢驗中手持試管的方法和對準(zhǔn)酒精燈火焰位置方法等提出了一些改進(jìn)建議。減小了儀器的規(guī)格，降低了藥品的用量，改進(jìn)了操作方法，使實驗變得安全、節(jié)約、環(huán)保、高效。

關(guān)鍵詞：氫氣制??；啟普發(fā)生器；氫氣性質(zhì)；氫氣檢驗；實驗改進(jìn)

文章編號：1005–6629（2016）11–0067–04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

氫氣的制取和性質(zhì)實驗是初中化學(xué)三種重要氣體的制取與性質(zhì)實驗之一。按照教科書的設(shè)計與操作，攜帶的儀器比較笨重，顯得很不方便；一些操作從圖示看不太符合實際，有的還有危險。為此我們對教科書的一些操作方法進(jìn)行了改進(jìn)，并提出了建議。

1 教科書的實驗設(shè)計與操作

1.1 教科書中氫氣的制取

教科書[1～3]圖示的氫氣制取裝置大多數(shù)采用鐵架臺固定大試管作反應(yīng)容器，或者直接使用啟普發(fā)生器，如圖1、圖2、圖3所示。

1.2 氫氣的還原性實驗

用氫氣還原氧化銅時，教科書[4]是用硬質(zhì)大試管裝氧化銅粉末，把大試管固定在鐵架臺上，如圖4所示。

1.3 氫氣純度的檢驗

教科書[5]用與作為反應(yīng)容器大小相同的大試管收集氫氣進(jìn)行實驗，如圖1、圖3所示。

在檢驗氫氣純度的操作中，教科書[6，7]是采用4個手指握住試管、拇指堵住試管口，到火焰上方去點燃?xì)錃鈦頇z驗的，如圖5、圖6所示。

2 教科書實驗設(shè)計與操作的不足

2.1 制取裝置的不足

人教版教科書所用的制取裝置圖示從二十世紀(jì)七十年代出版以來很少變化。使用鐵架臺固定大試管作為制取氫氣的簡易裝置并不理想，儀器笨重攜帶不便，安裝操作也不方便。

2.2 收集試管比例不恰當(dāng)

在課堂上收集氫氣的主要用途，一是觀察氫氣的顏色，二是聞氫氣的氣味，三是檢驗氫氣的純度。無論用途是哪一個，都不需要用大試管來收集氫氣。而教科書收集氫氣的圖示中，無論是排水法收集氫氣還是向下排空氣法收集氫氣，所畫的收集用試管比例跟制取氫氣作容器所用的大試管完全等同而沒有區(qū)別，這是不準(zhǔn)確的。

2.3 檢驗氫氣方法操作不妥當(dāng)

教科書圖示用4個手指握住試管、拇指堵住試管口，到火焰的上方去點燃?xì)錃庖詸z驗純度，這樣拿持試管的方法和操作是不方便和危險的。我們通過測量，這樣拿持試管時，靠近拇指的食指距離試管口大約是2cm，拿到火焰上方去點燃，很容易燒到手。學(xué)生操作時，容易發(fā)生危險，許多學(xué)生不敢操作。

2.4 還原性實驗使用試管太大

教科書只是要求使用硬質(zhì)試管，沒有說明規(guī)格。從圖示比例來看，大約是25mm×200mm。試管規(guī)格太大了，使還原反應(yīng)需要的時間比較長，且造成不必要的浪費。

3 某些已經(jīng)發(fā)表的改進(jìn)述評

3.1 常規(guī)改進(jìn)的實驗

張秀華老師[8]用廣口瓶作制取裝置的反應(yīng)容器，用小塑料藥瓶盛裝鋅粒，用T型三通管連接鋁管或鐵管作尖嘴管點燃?xì)錃?，用大試管進(jìn)行還原性實驗，制取與性質(zhì)實驗的裝置連接在一起。雖然改進(jìn)有許多優(yōu)點，但不足的是反應(yīng)容器較大，造成浪費；課外連接后不方便攜帶，課堂連接也并不簡便；點燃處需要另外固定，否則裝置不穩(wěn)定等。

成建福、杜光艷老師[9]改進(jìn)的第一組是用礦泉水瓶作為制取裝置的反應(yīng)容器，用有孔塑料袋盛裝鋅粒；第二組是用飲料瓶作為制取裝置的反應(yīng)容器，帶孔酸奶瓶盛裝鋅粒。第一組改進(jìn)所用礦泉水瓶由于其輕、高、軟的特點，容易使裝置不穩(wěn)定，不方便操作。第二組改進(jìn)所用飲料瓶與酸奶瓶之間難以使其密封而不漏氣，同時也有裝置不穩(wěn)定、操作不方便等不足。這兩組改進(jìn)的反應(yīng)容器都偏大，造成浪費。

3.2 微型化改進(jìn)的實驗

蔡奕紅等老師[10]用微型操作臺、注射器、針頭、具支試管、微型氣體發(fā)生器等組裝實驗裝置。可存在的問題是，裝置微型化，但是由于裝置不夠穩(wěn)定，需要鐵架臺固定，注射器加酸沒有分液漏斗方便，且沒有氫氣的檢驗步驟，產(chǎn)生氫氣的量太少，難以持續(xù)燃燒產(chǎn)生火焰，不能看到小燒杯里有水霧等。

葉佳玲等老師[11]用微型儀器一套（包含具支試管、U型管等）、注射器、有孔塑料板、板銅絲等組裝實驗裝置。其改進(jìn)的亮點是用無水硫酸鈣、無水硫酸銅先對氫氣進(jìn)行干燥，用無水硫酸銅檢驗還原氧化銅中水的生成。存在的主要問題是，裝置組裝比較復(fù)雜，裝置中的儀器也不夠穩(wěn)定，需要攜帶鐵架臺固定，注射器加酸也沒有分液漏斗方便，沒有氫氣的檢驗步驟等。

陳婉玲等老師[12]用具支試管、具支U型管、內(nèi)套管、多用滴管、直行通氣管等組裝實驗裝置。改進(jìn)的亮點是用無水氯化鈣先對氫氣進(jìn)行干燥，用氧化的銅絲代替氧化銅粉末。存在的主要問題是儀器裝置不夠穩(wěn)定，加工帶凹槽的具支試管不容易，組裝實驗裝置和操作不方便，不能看到氫氣還原氧化銅生成水的實驗現(xiàn)象，移動燃著的蠟燭點燃?xì)錃獍踩圆桓叩取?/p>

周正祥等老師[13]利用注射器作為制取氫氣的反應(yīng)容器、潔廁液和廢舊電池的鋅片作為反應(yīng)藥品、眼藥水瓶收集氫氣進(jìn)行純度檢驗、粗針頭作為燃燒尖嘴管等。該實驗設(shè)計可以作為學(xué)生的課外探究活動或家庭趣味實驗，能夠提高學(xué)生的動腦動手探究能力，但是在課堂教學(xué)中使用效果并不理想。

上述微型化改進(jìn)的共同缺點是：（1）產(chǎn)生氫氣量太少，缺少對氫氣純度的有效檢驗，不利于對學(xué)生進(jìn)行安全教育。（2）裝置中的儀器都不能夠穩(wěn)定自立，需要攜帶兩個鐵架臺來固定，比較笨重。（3）氫氣燃燒效果不理想，實驗現(xiàn)象不明顯。（4）實驗操作都比較復(fù)雜，不簡潔。（5）作為演示實驗，可見度小，且很難在課堂教學(xué)中滿足氫氣檢驗、點燃、還原性等的教學(xué)需要。

4 對實驗的改進(jìn)和建議

4.1 制取裝置的反應(yīng)容器

建議改用100～150mL的集氣瓶、廣口瓶或錐形瓶等作為氫氣制取簡易裝置的反應(yīng)容器，用50～60mL分液漏斗或者30～50mL注射器來添加酸液，由于反應(yīng)容器的底部面積大，整個裝置高度低，因而能夠穩(wěn)定自立，不再需要鐵架臺固定。裝置小巧輕便有利于教師攜帶，也方便安裝操作等，如圖7所示。

4.2 使用試管的規(guī)格

選擇導(dǎo)管細(xì)一點。還原氧化銅使用的試管，建議使用15mm×150mm，不要大于18mm×180mm。用玻璃棒把氧化銅粉末碾壓一下，盡量使氧化銅平鋪在試管里，這樣需要的氧化銅可以少一點，酒精燈火焰也容易包住試管，使反應(yīng)快一點（一般2min左右就可以觀察到明顯的實驗現(xiàn)象），如圖8所示，以提高課堂教學(xué)效果。

收集氫氣檢驗純度使用的試管建議在 12mm×70mm～12mm×100mm之間就可以了，不要大于15mm×150mm。試管小，收集時間可以縮短，而且氫氣量少了，檢驗時不純氫氣點燃發(fā)出的聲音也不會太大，對酒精燈火焰也不會造成大的沖擊，既達(dá)到實驗?zāi)康挠直容^安全。

4.3 檢驗氫氣的方法改進(jìn)

用食指和中指的下部夾持試管、拇指堵住試管口，這樣可以使食指距離試管口大約4～5cm，距離酒精燈火焰遠(yuǎn)一點。即使用18mm×180mm的試管收集氫氣進(jìn)行檢驗，用食指和中指的下部夾持試管也比用4個手指握住試管的方法更方便、安全。

收集好氫氣后，把拇指堵住的試管拿到酒精燈火焰的一旁，試管口略向下傾斜，拇指收到手掌心后，迅速移動試管口到酒精燈火焰的中上部邊上點燃，如圖9、圖10所示。這樣改進(jìn)操作后，由于手指距離酒精燈火焰較遠(yuǎn)，且在火焰的旁邊而不是上方，手指就不會有被燒著的危險了。

4.4 實驗改進(jìn)方案的優(yōu)點

解決了制取裝置中儀器的穩(wěn)定自立問題，避免攜帶鐵架臺，儀器和裝置輕便了。減小了儀器的規(guī)格，藥品用量相應(yīng)減少，從而節(jié)約了藥品，降低了污染。容器空間小，排出空氣需要的時間縮短，氫氣檢驗時間也會縮短，還原反應(yīng)的速率加快，效率提高了。改變了氫氣檢驗中試管的拿持方法和點燃方法，實驗操作變得簡單安全了。

參考資料：

[1]中小學(xué)通用教材化學(xué)編寫組編.全日制十年制學(xué)校初中課本·化學(xué)（試用本）（全一冊）[M].北京：人民教育出版社，1978：50～56.

[2]程名榮主編.九年義務(wù)教育三年制初級中學(xué)教科書·化學(xué)（全一冊）[M].北京：人民教育出版社，2004：50～55.

[3]程名榮主編.九年義務(wù)教育四年制初級中學(xué)教科書·化學(xué)（第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2006：64～69.

[4]仇縉新主編.九年義務(wù)教育三年制初級中學(xué)教科書·化學(xué)（全一冊）[M].石家莊：河北少年兒童出版社，2002： 46～50.

[5]王晶.鄭長龍主編.義務(wù)教育教科書·化學(xué)（上冊）[M].北京：人民教育出版社，2012：79，145.

[6]江琳才主編.義務(wù)教育教科書·化學(xué)（上冊）[M].北京：科學(xué)出版社；廣州：廣東教育出版社，2012：127.

[7]胡美玲主編.義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書·化學(xué)（上冊）[M].北京：人民教育出版社，2006：47.

[8]張秀華.氫氣的制取和性質(zhì)的實驗改進(jìn)[J].考試（中考版），2006，（9）：9.

[9]成建福，杜光艷.改進(jìn)和自制氫氣制取和性質(zhì)實驗裝置[J].實驗教學(xué)與儀器，2004，（11）：20.

[10]蔡奕紅等.氫氣的制備和性質(zhì)檢驗創(chuàng)新性微型化學(xué)實驗改進(jìn)[J].江西化工，2013，（2）：179.

[11]葉佳玲等.氫氣的制取與性質(zhì)實驗的改進(jìn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013，（12）：105.

[12]陳婉玲等.氫氣的制取與性質(zhì)實驗的微型化改進(jìn)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014，（11）：103.

[13]周正祥等.“氫氣制取及性質(zhì)驗證”家庭趣味實驗設(shè)計[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（7）：57～60.