实验三氢气的制取和性质实验.docx

实验三 安全性实验及其教学研究

——氢气的制取与性质实验

一、氢气的制取

相关知识：置换反应，氢气的物理性质与化学性质，气体的收集方法。

置换反应：无机化学反应的基本类型之一，指一种单质和一种化合物生成另一种单质和另一种化合物的反应。置换原则为活动性强的金属置换活动性弱的金属溶液。本实验利用活泼金属Zn置换稀H2SO4中的H+制备H2，原理：Zn+H2SO4=H2f+ZnSO4

氢气物理性质：无色无味无毒，密度比空气小的气体（在各种气体中，氢气的密度最小）；温度-252.87°C时，转变成无色的液体，-259.1°C时，变成雪状固体。

氢气化学性质：可燃性：纯氢的引燃温度为400C，氢气可作为燃料，应用与航天、焊接、军事等方面；还原性：可用于冶炼某些金属材料等。

气体收集方法：排水法：氢气难溶于水；向下排空气法：氢气密度比空气小。

实验用品：（请画实验装置图，并标明各药品和仪器名称）

实验仪器：启普发生器、烧杯、集气瓶、毛玻片、导管、水槽；

实验药品：锌粒、浓硫酸溶液、去离子水、硫酸铜溶液、凡士林。

3.实验步骤（用简洁明了的方法比如流程图表示）:

实验改进：

⑴在反应前加入少许硫酸铜的晶体或溶液可加快反应速率。请问为什么？

Zn+Cu2+=Zn2++Cu

少量Cu附在Zn表面与Zn形成原电池。电化学腐蚀速度〉化学腐蚀速度。若加入大量硫酸铜，Cu把Zn覆盖了，Zn与稀硫酸溶液接触面小，反应速率反而下降。

⑵你还有其他的改进方法吗？

改进原因：

启普发生器存在这样一个问题：在硫酸与锌粒的反应过程中，锌粒不断变小，变小的锌粒会掉到启普发生器的底部。这样，即使关闭排气阀，掉到底部的锌粒仍然会和留在底部的硫酸发生反应而继续生成氢气.从而导致启普发生器中的化学反应失去控制。正因为如此，在实验过程中，经常出现启普发生器爆裂的现象，甚至导致安全事故的发生。

改进的方法

用铜片制作一个铜环，铜环的外径以稍微变形能够放入启?普发生器反应室为宜；铜环的内径以启普发生器长颈漏斗的长颈刚好插入且铜环紧紧箍住长颈为宜。先将铜环放人启普发生器的反应室内，再把长颈漏斗的长颈插入铜环内。（资料来源：《启普发生器的改进》一一刘栋字，湖南省宁乡县白马桥中学）

用适宜的薄圆柱形橡胶塞制作一个圆环，圆环的外径以稍微变形就能够较顺利地放入启普发生器的反应室为宜；圆环的内径以启普发生器的长颈漏斗的长颈刚好插入且圆环紧紧地箍紧长颈为宜，圆环的厚度不宜太厚。然后将橡胶圆环放入启普发生器的反应室之内，再把球形长颈漏斗的长颈插入圆环之内即可。

实验安全提示：

⑴稀硫酸如何配制（包括用量、浓度、温度的控制）？

用量：根据启普发生器大小决定，液体的量以反应时刚刚浸没固体，不高过导气管活塞为宜。可先用水测量用量。

浓度：1:4（酸：水）

②配制：将浓硫酸慢慢倒入水中，不断搅拌。稀硫酸稀释时，放出大量热，若把水倒入浓硫酸，水会像油花似的浮在浓硫酸上面，产生的高热会使水沸腾起来，使酸液飞溅，造成事故。配制好后，可将其放入冷水中加快降温。

⑵如何防止反应过程中锌粒掉入球形漏斗底部？

加锌粒前，在容器球体中加入一定量玻璃棉（较扎手）或放入橡胶片（由橡胶手套剪出橡胶皮，再剪成圈形，橡胶片放入启普发生器中注意放平）。

⑶该反应是吸热还是放热反应？如何防止反应体系温度过高？

放热。反应过程中多用手触摸容器壁，若感觉温度过高，用湿布冷却。

实验教学内容探究：

⑴检查实验装置的气密性有哪些方法？

如下图所示装置，要检查装置是否漏气，应先把导气管的一端浸入烧杯或水槽的水中，用手紧握试管或用手掌紧贴烧瓶的外壁。如果装置不漏气，试管或烧瓶里的空气受热膨胀，导管口就有气泡冒出。然后把手移开，过一会儿，待试管或烧瓶冷却后，水就从烧杯或水槽中升到导气管里，形成一段水柱，则表明装置不漏气。

右图装置的气密性检查启普发生器的气密性检查类似。首先，夹紧弹簧夹，向长颈漏斗中加入一定量的水，一会儿，长颈漏斗中液面不下降，表明装置不漏气。因为只要装置不漏气，原来存在于锥形瓶中的空气就不可能消失，始终具有一定的气压，导致所加入的水不能不停地进入瓶中，所以，一会儿，长颈漏斗

中的液面将不再下降。

采用推拉注射器活塞检查下图装置的气密性：当缓慢拉活塞时，如果装置气密性良好，可观察到长颈漏斗下端口产生气泡。当缓慢推活塞时，如果装置气密性良好，可观察到长颈漏斗内有液面上升，形成一段水柱。

下图装置中，夹紧弹簧夹后，上下移动左侧玻璃管，如果两侧玻璃管液面仍保持水平，说明装置漏气，只有当移动左侧玻璃管后，左右两边液面出现一定的高度差，才能表明装置不漏气。

检查右图中装置的气密性时，首先，向分液漏斗中加入一定量的水，

再用弹簧夹夹紧橡皮管后，打开分液漏斗的旋塞，一会儿，