氫氣的制備與性質(zhì)微型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

康曉丹　衷明華

【摘 要】 本文所設(shè)計(jì)的氫氣制備及性質(zhì)的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)新方法，與常量制備及性質(zhì)驗(yàn)證的方法相比較，具有節(jié)約藥品、裝置簡(jiǎn)便、操作安全快速、污染小、現(xiàn)象十分明顯等優(yōu)點(diǎn)。符合微型無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)要求，是值得推廣的新實(shí)驗(yàn)方法。

【關(guān)鍵詞】 微型實(shí)驗(yàn)；改進(jìn)；綠色化學(xué)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G64.22 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）22-0-01

化學(xué)在為人類(lèi)創(chuàng)造財(cái)富的同時(shí)，給人類(lèi)也帶來(lái)了危難?，F(xiàn)代化學(xué)工業(yè)給環(huán)境帶來(lái)的污染已十分嚴(yán)重，超高量有害廢物的產(chǎn)生，給環(huán)境造成危害，并威脅著人類(lèi)的生存。嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)使得各國(guó)必須尋找一條不破壞環(huán)境，不危害人類(lèi)生存的可持續(xù)發(fā)展的道路。而“綠色化學(xué)”已被許多國(guó)家公認(rèn)為新世紀(jì)化學(xué)進(jìn)展的主要方向之一?！翱沙掷m(xù)發(fā)展問(wèn)題對(duì)科學(xué)的挑戰(zhàn)——綠色化學(xué)”，宣告了我國(guó)綠色化學(xué)研究和開(kāi)發(fā)工作已正式起步。微型實(shí)驗(yàn)方法即是“綠色化學(xué)”的一部分，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種新方法和新技術(shù)。

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)，是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的一個(gè)重要方面，在化學(xué)的其他領(lǐng)域也日益顯示出其重要作用。微型實(shí)驗(yàn)適合大多數(shù)學(xué)校使用，其中條件有限的學(xué)?？梢再?gòu)買(mǎi)一套儀器進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)，條件較好的學(xué)校可以讓學(xué)生自己動(dòng)手完成微型實(shí)驗(yàn)，可以激發(fā)學(xué)生的強(qiáng)烈興趣。本實(shí)驗(yàn)正是利用了微型實(shí)驗(yàn)的這些優(yōu)點(diǎn)，加之對(duì)課本實(shí)驗(yàn)不足之處的彌補(bǔ)，將常規(guī)的氫氣的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為一體化微型實(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、課本實(shí)驗(yàn)不足之處

1、氫氣的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的原實(shí)驗(yàn)難以控制實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行與結(jié)束。

2、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。

3、氫氣的制備與性質(zhì)是分別進(jìn)行的，實(shí)驗(yàn)過(guò)程繁瑣，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)改實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

（一）實(shí)驗(yàn)用品

微型儀器一套、注射器1支、鋅粒、含有少量Cu2+的稀硫酸、氧化銅絲、肥皂水、酒精燈等

（二）實(shí)驗(yàn)裝置

（三）實(shí)驗(yàn)步驟

1、如圖所示，連接好裝置，并檢查裝置的氣密性。

2、添加藥品：在U型管左側(cè)通過(guò)橡皮塞插入裝有稀硫酸的注射器，右側(cè)放入一個(gè)裝有鋅粒的內(nèi)套管，往右邊的具支試管中加入隨意曲折的CuO絲，在具支口用軟導(dǎo)管連接一注射器針頭，往針頭內(nèi)加入肥皂水。通過(guò)推動(dòng)注射器，加入稀H2SO4直到?jīng)]過(guò)鋅粒。

3、檢驗(yàn)氣體純度：反應(yīng)有氣體生成時(shí)，注射器針頭將不斷有泡泡逸出，通過(guò)點(diǎn)燃吹出的泡泡，即可檢驗(yàn)氣體的純度，若H2純凈，能聽(tīng)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：如上圖所示，當(dāng)檢驗(yàn)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CuO絲的地方，CuO絲由黑色變?yōu)榧t色的銅，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：將軟導(dǎo)管上的注射器針頭換上另一根干燥的針頭，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、改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

1、本實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)單，試劑用量少，節(jié)約實(shí)驗(yàn)用品（注射器能控制稀硫酸的用量，進(jìn)而控制反應(yīng)速率），且安全性較高。

2、氫氣的驗(yàn)純和物理性質(zhì)可通過(guò)點(diǎn)燃肥皂泡來(lái)體現(xiàn)，通過(guò)點(diǎn)燃肥皂泡來(lái)驗(yàn)證氫氣與空氣混合的爆炸實(shí)驗(yàn)，更安全，更方便。同時(shí)由于氣泡往上飛，可證明H2的密度比空氣小?，F(xiàn)象直觀明顯。

3、氫氣的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一體化，簡(jiǎn)單實(shí)用；可通過(guò)酒精燈加熱與否來(lái)控制氫氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行與停止。

五、設(shè)計(jì)反思

本輪所設(shè)計(jì)的氫氣制備及性質(zhì)的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)新方法，與常規(guī)實(shí)驗(yàn)相比較：藥品用量可節(jié)約十分之一以上、反應(yīng)時(shí)間可縮短二十分之一以上、實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)便易行、制備及性質(zhì)驗(yàn)證可一體化完成，現(xiàn)象十分明顯，較好地實(shí)現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化、微型化的要求。同時(shí)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)新方法可以使學(xué)生體驗(yàn)、感悟科學(xué)研究的過(guò)程、方法，達(dá)到培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的目的。