1、 氢气的制法与性质 孟祥月（2009 级科学教育一班中学化学实验小组，） 一、实验原理1、性质：物理性质：氢气是无色无味并且密度比空气小，极难溶于水的气体。化学性质：可燃性 氢气极易燃烧，纯净的氢气在空气中安静地燃烧，发出淡蓝色火焰。还原性 氢气具有还原性，可还原一些金属氧化物。2、制备及性质验证原理：本实验采用活泼金属置换酸里的氢制的氢气，一般采用金属锌和 H2SO4反应，实验方程式为： Zn+ H 2SO4ZnSO 4+H2启普发生器的原理：它由球形漏斗、容器和导气管三部分组成。最初使用时，将仪器横放，把锌粒由容器上插导气管的口中加入，然后放正仪器，再将装导气管的塞子塞好。接着由球形漏斗口
2、加入稀盐酸。使用时，扭开导气管活塞，此时由于内外大气压相同，酸液由球形漏斗流到容器的底部，再上升到中部跟锌粒接触而发生反应，产生的氢气从导气管放出。不用时关闭导气管的活塞，容器内继续反应产生的氢气使容器内压强加大，把酸压回球形漏斗，使酸液与锌粒脱离接触，反应即自行停止。使用启普发生器制取氢气十分方便，可以及时控制反应的发生或停止。 用启普发生器的优点：反应随开随用，随关随停。 其中使用启普发生器的要求：固体块状或颗粒，并不会迅速溶解在液体中。 ：发生的反应不放出大量的热。 ：产生的气体不溶于反应液体。 二、实验操作过程与实验现象1.利用启普发生器制取氢气1）检查装置的气密性：步骤：关住启普发生
3、器的旋钮，由漏斗处注入水后，在液面处划一记号，在几分钟内观察页面的下降情况；现象：数分钟内液面不下降，说明气密性好2）反应的发生：步骤：在启普发生器内漏斗柱的下端缠适量的玻璃丝以阻止锌粒下落；量取150ml 的分析纯硫酸，再量取 600ml 的水，将其二者混合，以备用；将容器侧身由上口或侧口处加入锌粒，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，使其反应。现象：配制稀硫酸时，有大量热放出；水槽处有气泡冒出；3、验证 H2的性质：1）H 2纯度的检验步骤：打开旋钮，用排水法收集一试
4、管 H2，管口向下移近火焰，放开拇指；现象：听到有轻微的“噗”声，说明 H2纯净；2）H 2在空气中燃烧步骤：检验纯度后，在导管上连接一尖嘴玻璃管，点燃后，在深色背景下，观察火焰的颜色，随后将一干冷的烧杯置于火焰上方，观察烧杯有什么变化；现象：可看到氢气在空气中安静地燃烧，发出淡蓝色火焰，且烧杯内壁就有液滴顺壁流下。3）H 2吹肥皂泡步骤：取少量洗涤剂用水配成溶液，用橡皮管在洗涤液中蘸一下，管口仍朝下，慢慢开通 H2流，待气泡出现后，将管口迅速反转朝上，轻轻摆动或用嘴吹气，泡泡脱离管口，用火在气泡上方点燃，观察现象；现象：随着“噗”的一声，伴有黄色火球出现；4)H2还原 CuO步骤：按照装置图
5、进行连接，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 H2，然后加热，观察现象。待反应结束，撤掉酒精灯，继续通 H2至试管；现象：冷却后当管口有液滴出现时，CuO 加热部位由黑色变为红热，再慢慢变为紫红色。5）H2 与空气混合气的爆鸣步骤：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 H2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 H2，观察现象；现象：应该有爆鸣声的，但在实际操作中无明显现象【原因可能是:在移动小塑料管时，氢气已溢出】三、实验应注意的事项1.使用启普发生器时
6、，容器底座的活塞最好用绳子扎紧，以免 H2压力过大(因锌的颗粒小而落入酸液中不断反应使然)，冲开活塞。2.为使反应速率更快，先将锌粒浸在 CuSO4溶液中至发黑，再给发生器中加入。3.启普发生器使用完毕，用塞子堵住漏斗口，将发生器侧身，由下口倒出废酸液(统一收集)，拔下导气管塞子，此处倒出余锌(要回收)，将发生器清水冲洗干净，擦干净磨口处凡士林并垫一硬纸收藏。4.启普发生器使用过程中若要再添酸或锌，产生 H2之后必须先验纯后使用，否则会出现不安全事故。5.H2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。6.H2与空气的混合气体发生爆鸣的极限为 4%74.4
7、%(体积分数)。若筒内 H2纯度过 高即超过爆鸣上限时，点火后首先是它的安静燃烧。由于燃烧消耗 H2，使筒内压强变小，空气便从下口源源不断地进入筒内，当 H2的含量进入爆鸣范围，即发生爆鸣。7.启普发生器的使用前一定要检验装置的气密性（检验是否漏液和是否漏气） 。8.启普发生器的应该远离火源。9.做氢气还原氧化铜时两套实验装置应该离远点。10.移动启普发生器时应该握住蜂腰部位。11.要注意稀释浓硫酸时将浓硫酸慢慢注入水中边注入边搅拌。12.玻璃纤维应该精密缠绕，以免其在硫酸溶液中。13.注意玻璃纤维粘在球形漏斗与球形容器的磨砂接口处使气密性不良。14.氢气还原氧化铜时，开始试验时需先通氢气，再
8、加热，以排净试管里面的空气；当实验结束时，要先撤离酒精灯再移去导气管，以免产生的紫红色的铜又被氧化成黑色的氧化铜。四、相关文献与重点文献综述前言：传统的实验室制取氢气的方法以及氢气性质的检验，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，至此导致其很难作为课堂演示实验，而且相关实验现象不明显如氢气燃烧时的淡蓝色火焰很难看清楚等诸多缺点。因此，对于其实验的改进一直是广大教育工作者所看重的研究。主题：对于氢气制备与性质实验的改进主要表现在以下几个方面：1、氢气
9、制取的实验改进方法：利用日常生活用品简单安全的制取氢气.取小号矿泉水瓶一个, 将瓶盖拧下用粗钢丝烫孔, 孔径大小以恰好让导气管插入为宜, 用热熔胶棒熔化从瓶盖正反两面沿导气管灌缝填充, 确保密封。另取塑料小筒两支,并在四周全部刺满小孔, 往其中一小筒内装满锌粒, 将其底部再套一小筒支持抬高锌筒部分, 再往瓶内加注适当稀H2 SO4 后, 小心投入塑料筒, 保证锌粒部分恰好在液面之上, 盖好连有导气管的瓶塞。需要反应发生产生H2 时, 手持塑料瓶倾斜, 装锌粒的塑料筒沉浸在酸液中, 反应立即发生, 将导气管右边部分朝上, 用矿泉水瓶倒扣采取向下排空法收集氢气。需要反应停止时, 将塑料瓶正立, 上
10、部装锌粒的小筒能马上与酸液脱离, 反应立即终止，随用随取, 随关随停 。一次加装药品酸液和锌粒后可反复多次使用, 反应发生与停止都相当迅速，一装置多用，很适合用作课堂演示实验。2、氢气性质验证试验的改进方法：1）氢气燃烧的实验改进：使用双孔橡胶管A、B，A管用向上排空法收集氢气以验纯，B管处连接一三角漏斗作为燃烧装置。当以漏斗作为燃烧及火焰观察装置，因为漏斗口的喇叭状受热面积宽，散热面积大，难以在短时间内升高到钠出现焰色的温度，所以氢气在清洁的漏斗口燃烧，10 min 内几乎没有黄色火焰的干扰，即大家可以清楚的看到淡蓝色火焰。2)氢气还原氧化铜的实验改进：此实验改为用铜丝氧化后替氧化铜粉末,
11、方法是取细铜丝少许, 在铅笔或圆珠笔上绕成螺旋状( 约1cm 长) , 用镊子夹住在酒精灯外焰上灼烧, 表面因被氧化成氧化铜而变黑( 在教室内巡展) 。冷却后放入试管底部, 通入氢气。过一会加热, 现象是铜丝表面逐渐变红, 试管口有水滴( 或管壁上有水珠) 产生。改进后的优点: 一是铜丝表面的氧化铜能与氢气充分接触, 使反应速度加快; 二是现象明显,做完实验试管冷却后, 用镊子取出变红了的铜丝给学生看( 在教室内巡展) , 现象真切、直观、明显;三是先用铜与空气中氧气发生氧化反应生成氧化铜, 使铜被氧化成氧化铜, 反应后氧化铜与氢气发生还原反应, 氧化铜被还原成铜。使学生更好地理解氧化反应和还
12、原反应, 被氧化和被还原。同时还能使学生理解实验完毕后为什么要先停止加热, 继续通入氢气至试管完全冷却为止的道理。3)氢气爆鸣的实验改进：a、取一合适的橡皮塞, 大小以恰好封住矿泉水瓶瓶口为宜, 将橡皮塞倒置于一木板上, 用打孔器钻两小孔, 将两截铜丝一端磨尖, 从木板底连同橡皮塞一起穿透, 将穿过橡皮塞的两个尖端相对靠近但不接触, 然后热熔胶棒熔化灌注填充铜丝与橡皮塞之间的缝隙, 再取一次性打火机中的电子打火压电陶瓷一块, 将其两根金属导线外接延长与露在木板另一侧的两个铜丝端相连。将收集有爆鸣混合气体的塑料瓶倒扣在橡皮塞上。当按压电子打火装置时, 两靠近的铜丝尖端放电,产生电火花, 即可引爆
13、瓶中的混合气体。优点：引爆装置采用电子打火控制, 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。可操作性强, 实验器材来源安全、卫生, 实验成功率极高, 电子打火可推广应用到其他爆鸣气的点火实验中。b、找一个一次性纸杯，在其底部中间擢一小洞，然后用透明胶带密封，优点是纸杯为纸质，极易取材，加工方便。把纸杯倒放在平台上，然后用木片垫起瓶口，使之倾斜，这样空气容易进入，最好要倾向无人的一方。然后用小木条火焰接近透明胶带，透明胶带受热熔化，小孔被熔开，氢气逸出被点燃，气体燃烧，最后爆炸，纸杯向上弹去。优点：安全，可操控性。c、以日常生活用品或废弃物，制
14、作的可燃性气体爆鸣枪，其是塑料材质，易加工，制作简单，成本低廉，性能稳定，经久耐用。装置中设计了换气装置给装置换气，保证了实验100% 的成功率。五、参考文献（黑体，小四号）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，2009，19（3）：12.2.张娟，鲍正荣，黄治香.如何明显观察到氢气燃烧的淡蓝色火焰 J,实验教学与仪器，2011（11）：1.3.陈瑞玲.氢气化学性质实验的改进 J,教学仪器与实验,2005,21(10):15.4.李海峰.氢气爆炸实验的改进 J,教育创新，2009（12）：79.5.王发应.可燃性气体爆鸣枪 J ， 教学仪器与实验2011，27（6）： 44.
