1、探究氢气性质一体化实验装置一、教具名称：探究氢气性质一体化实验装置二、教具制作人单位姓名邮编：单位：合肥市第46中学南校区姓名：田浩邮编：230000三、实验的原理、氢气的制备：实验室制取氢气仍沿用十六世纪人们发现氢气的方法一稀硫酸和某些金属反应。镁、锌、铁等金属都能跟 酸反应生成氢气。一方面由于镁与酸反应太快，铁与酸反应又太慢，而锌与酸反应速率正适合实验室条件下制 取氢气；另外一方面，因为盐酸有挥发性，生成的氢气易混入氯化氢气体而不纯净，因此，实验室制取氢气多是 选用锌和稀硫酸反应。、氢气的性质：物理性质：通常状况下氢气是无色、无味的气体，氢气是密度最小的气体，即在标准大气压，0。C下，氢气
2、 的密度为0.0899gL,且不溶于水。化学性质：氢气具有可燃性和还原性等。氢气还原的氧化铜、三氧化三铁等一些金属氧化物。三、自制教具的教学意义和价值：、教材上的氢气制备及性质实验氢气容易爆炸，所以化学课本弱化氢气性质的检验，九年级化学上册只有第四单元氢气验纯，第五单元有 氢气还原氧化铜的化学方程式，第七单元有实验室制取氢气的实验。本研究在于使检验氢气实验装置一体化， 微型化，生活化，安全化。、传统制取氢气及检验其性质1、利用启普发生器制取氢气启普发生器由三部分组成。上面一部分是球形漏斗，下面一部分是玻璃球和玻璃半球所组成的容器，第三 部分是带旋钮的导气管。装料前，先检查各接缝处的气密性。方法
3、是关住旋钮，由漏斗处注入水后，在液面处划一记号，若数分钟 内液面不下降，说明气密性好；若下降，可涂凡土林密封。之后在球形漏斗颈适当位置用玻璃丝编绕数圈，以 阻止锌粒下落。将容器侧身由上口或侧口处加入用硫酸铜液浸泡过的锌粒，再将漏斗插入，用玻璃棒将玻璃丝 拨至容器细颈处后，将发生器放直，安上导气管，打开旋钮，由上口加入稀硫酸至淹没锌粒处关上旋钮，固、 液体分离，稀硫酸液面升至漏斗处。打开旋钮，用排水法收集一试管氢气，管口向下移近火焰，放开拇指，如 有尖锐的爆鸣声，证明氢气不纯，要继续收集并检验，直至只发出轻微的噗声为止，此时氢气已纯，可以使用。实验室制取氢气2、氢气的性质(1)氢气在空气中燃烧检
4、验纯度后，在导管上连接一尖嘴玻璃管，点燃，在火焰上方罩一干燥的烧杯。可明显看到氢气在空气中 安静地燃烧，发出淡蓝色火焰。在火焰上方罩一干燥的烧杯片刻烧杯内壁就有液滴顺壁流下。(2)氢气与空气混合气的爆鸣取一小塑料瓶，在底部凿一火柴梗粗细小孔，食指堵住小孔，排水法集满氢气后，倒放于桌面上，口部垫 上石棉网以保证空气通畅。点燃火柴，放开手指，用火柴梗捅透小孔水膜，点燃氢气。当氢气和空气的体积比 为2 ： 5时，产生的爆鸣声音最大。可以看到深色背景下因氢气较纯，火焰燃烧平静，可看到淡蓝色火焰。过一 会儿，空气从盒底口流入，积聚到一定比例，发生爆鸣。(3)氢气吹肥皂泡取少量洗涤剂用蒸储水配成溶液，用橡
5、皮管在洗涤液中蘸一下，管口仍朝下，慢慢开通氢气流，待气泡出 现后，将管迅速反转朝上，轻轻摆动或用嘴吹气，泡泡脱离管口，气泡向上飘，说明氢气密度小于空气。用 火在气泡上方点燃。随着噗的一声，伴有黄色火球出现。(4)氢气还原氧化铜取一干燥的硬质试管，底部铺薄薄一层氧化铜并倾斜安装于铁架台上(管口略低于底部)，先通一会儿氢气, 然后加热，当管口有液滴出现时，可以看到被加热的氧化铜由黑色变为红热，再慢慢变为紫红色。撤掉酒精灯，继续通氢气至试管冷却。、传统实验的缺点一般氢气的制取及氢气、氧气混合气爆鸣实验存在以下不足：实验装置繁锁、零部件多，携带不便；玻璃仪 器在操作使用及爆鸣实验时存在不安全因素；药品
6、用量多，不便回收，易造成浪费，污染环境；爆鸣实验点火时 学生有紧张、恐惧心理，容易出事。对此，有的人提出用电子打火引爆装置，可调控爆鸣气与实验者的距离，绝 对安全，控制容易，克服了学生直接点火引爆时的紧张恐惧心理。但是笔者认为电子打火有以下缺点：1、实验装置成本高，条件差的地区无法满足。2、没有从根本上解决实验具有危险性的难题。所以笔者打算设计经济、实用、安全、微型化的实验装置来解决这个难题。、微型化实验的优点设计的氢气制备及性质的微型化学实验新方法，与常量制备及性质验证的方法相比较，具有节约药品、装置 简便、操作安全快速、污染小、现象十分明显等优点。、笔者设计的实验装置具有的特点1、装置材料
7、易得，容易组装，可以观察到到装置气密性与产生氢气速率。2、实验做到了微型化，注射器中只收集少量氢气，爆炸不会发生危险。3、实验做到了安全化，注射器中液封是第一道安全措施，细针管是第二道安全措施，玻璃管中放铁丝棉是 第三道安全措施，极大的提高了实验的安全性。4、实验装置做到了一体化通过一套装置可以对氢气验纯，检验其可燃性，还原性等。四、教具装置图五、教具特点及用途：装置材料易得，容易组装，可以观察到到装置气密性与产生氢气速率。实验做到了微型化，注射器中只收集少量氢气，爆炸不会发生危险。实验做到了安全化，注射器中液封是第一道安全措施，细针管是第二道安全措施，玻璃管中放铁丝棉是 第三道安全措施，极大
8、的提高了实验的安全性。实验装置做到了一体化通过一套装置可以对氢气验纯，检验其可燃性，还原性等。六、制作材料：矿泉水瓶（330ml）,输液管（未用过的）、打气筒、注射器（IOmD、细针头、橡皮泥。七、制作方法：微型打气筒连接输液管，输液管连接矿泉水瓶盖子，并足够长。矿泉水瓶盖子再打一个洞连接短的输液管。短的输液管另一端连接注射器内部黑色橡胶塞（橡胶塞提前打孔）。八、使用方法：在饮料瓶中用锌粒和硫酸制取氢气，通过注射器输出氢气，注射器中加了水，可以通过产生气泡的快慢判断 出产生氢气的速率，也可以判断出装置是否漏气。实验一：连接细针头点燃氢气注射器连接细针头，点燃可以看到氢气安静燃烧，用打气筒向饮料
9、瓶中鼓入空气，可以看到火焰越来越小， 直至没有火焰，当没有火焰时说明此时氢气浓度小于其爆炸极限。观察到在这个过程中注射器中氢气并未发生 爆炸，说明用细针管点燃不纯氢气可以防止氢气爆炸。实验二：铁丝棉可以阻挡火焰传播经过戴维灯的启发，铁丝网可以阻挡火焰在玻璃管中的传播，于是我突发奇想，铁丝棉能不能代替铁丝网提 高实验的安全性？我在在玻璃管中塞入铁丝棉，将玻璃管连接在注射器上，让玻璃管口靠近酒精灯火焰，可以 看到铁丝棉上火星一闪即逝，说明火焰蔓延到铁丝棉就会停止，也就说明铁丝棉能够阻止火焰的传播。实验三：用氢气还原氧化铜介于实验微型化实验思想，在硬质玻璃管中装入少量氧化铜粉末，然后将玻璃管连接在细
10、针头上，用橡皮泥 确保气密性良好。加热氧化铜一段时间可以看到黑色粉末变红。实验四：验证氢气不纯时爆炸实验将内径比较粗的铜管连接在注射器上，加热铜管，开始现象不明显，用打气筒通入一段空气，氢气浓度处于 爆炸极限内，氢气爆炸，针管中出现明亮的火光，在爆炸产生的压力下黑色橡胶塞被推出注射器。因为注射经 过切割处理，注射器中有水且氢气的量较少，实验还是比较安全。而且注射器可以反复利用，安全环保。九、关于实验的一些想法：、为使反应速率更快，先将锌粒浸在硫酸铜溶液中至发黑，再向反应器中加。因为形成了铜-锌原电池加 快了反应速率。、实验室中不用金属铝、铁与酸反应制氢气，是因为铝和冷的稀硫酸反应太慢，普通铁和酸反应，生成 的氢气中含有硫化氢等杂质。同样，不能用盐酸代替稀硫酸，是由于盐酸易挥发，放热反应使生成的氢气中含 有氯化氢气体。、氢气吹肥皂泡因玻璃管表面光滑，沾不住皂液，难以吹成，故用橡皮管。此外还可用竹管来代替。十、参考文献1罗华荣彭晓玲.氢气的制取及其爆鸣实验的改进J.中小学实验与装备，2009, 3 (19) ： 31.
