1、实验三安全性实验及其教学研究中学化学实验报告实验三-安全性实验及其教学研究(中学化学实验报告)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1.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。（1）置换反应是单质与化合物反应生成另外的单质和化合物的化学反应，是化学中四大基本反应类型之一，包括金属与金属盐的反应，金属与酸的反应等。（2）氢气的性质物理性质： 1.通常情况下，无色无味气体； 2.密度比空气小；3.难溶于。化学性质： 1.可燃性2H2+O2=2H2O 2.还原性H2+CuO=Cu+H2O (3)气体的收集方法：2.实验用品：（请画实验
2、装置图，并标明各药品和仪器名称）药品：锌粒、稀硫酸、硫酸铜溶液、氧化铜仪器：导气管、试管，酒精灯，水槽，启普发生器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 如何防止反应过程中锌粒掉入球形漏斗底部？答：可以在球形漏斗颈适当位置套上化学橡胶圈，以阻止锌粒下落。该反应是吸热还是放热反应？如何防止反应体系温度过高？答：制取氢气的实验是放热反应。为了防止反应体系温度过高可以用湿毛巾盖住玻璃半球。6.实验教学内容探幽：检查实验装置的气密性有哪些方法？答：在化学实验的过程中，凡涉及气体制备、收集和气体反应的仪器装置，都要进行气密性的检验这一操作。气密性检验一般应在仪
3、器连接完之后，添加药品之前进行。气密性检查的方法虽然多种多样，但总的原则是：堵死一头（即通过气体发生器和附设的液体构成密封体系），采取一定的措施（如升温、降温、减压、加压等），使之产生一定的压强差，出现对应的现象（如气泡的产生、水柱的形成、液面的升降等），再分析现象得出结论，从而判断仪器装置的气密性是否良好。但由于不同实验仪器装置的差异，检验所采用的操作与方法也有所区别。1采用微热（手捂或热毛巾捂）法 操作程序：将导气管末端插入水中用手握住或利用热毛巾捂容器对该仪器装置微热观察导管末端是否有气泡逸出松开手后观察导管末端是否形成一段水柱 ，若是，则气密性好。如上图装置气密性的检查。2采用直接加热
4、法当装置构成的密封体系较大时，用手捂或热毛巾捂不易引起空气体积的变化时，采用酒精灯直接对装置加热，若观察到导管末端有气泡逸出松开手或移走热源后导管末端形成一段水柱 ，则装置的气密性好。3采用液差法启普发生器或其简易装置气密性的检查操作程序：关闭导气管上的活塞往体系即球形漏斗中注入水使漏斗中的水面高于容器中的水面静置片刻水面位置不变即形成稳定的液差，说明装置的气密性良好。如图四装置气密性的检查。生活中的哪些用品或废弃物品可以用来制取氢气？答：生活中可以用铝制的易拉罐、废电池的锌皮、铁片和家用的食醋等物品来制取氢气。请设计一个可以控制反应速率的制备氢气的简易装置，画出装置图：答：分液漏斗是可控制速
5、率的装置，分液漏斗可以控制滴加酸的速度，加的酸慢，（酸的量少），反应就慢，加的快，反应就快。反应装置见下图。二、氢气的物理性质氢气流吹肥皂泡（选做）1.操作要求：在导管口蘸洗涤液，控制氢气流速，当气泡足够大时，轻抖手腕，用火柴或松香点燃气泡。实验现象：随着“噗”的一声，伴有黄色火球出现。2.实验探究：寻找制取又大又轻氢气泡的最佳方法。答：制取又大又轻氢气气泡的方法：（1）可以用橡皮管，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。（2）待泡泡蚕豆大小，将管口迅速反转朝上。（3）大到一定程度，平移振动，使泡泡脱离。注：在做这个实验过程中，要注意组员之间的配
6、合与合作。三、氢气与氧气的反应氢气的验纯和燃烧1.培养技能：启普发生器的使用技能；用试管收集氢气并验纯的方法；学习通过演示实验进行元素化合物知识的教学技能（引导学生观察现象、思考并得出结论）2.相关知识：爆炸及燃烧的概念；氢气与氧气的反应3.实验步骤：验纯操作及实验现象（结合图形）：氢气的纯度检验：收集一试管氢气，集满氢气的试管用拇指堵住管口，管口朝下，立即移近酒精灯火焰，点燃试管里的氢气。点火后，根据声音判断氢气是否纯净，如果听到的是尖锐的爆鸣声，则表示氢气不纯，必须重新收集进行检验，直至听到“噗”的声音，才表明收集的氢气已经纯净，可以使用。重新收集氢气检验时，应另换一支试管进行操作，若仍使
7、用原试管，要先用拇指堵住试管口一会儿，然后再去收集氢气进行点火验纯。见下图。实验现象：点火后，听到很小“噗”的声音，表明制备的氢气纯净。点燃：在尖嘴导气管口点燃，观察火焰颜色；再罩上一干净而且冷却的烧杯，观察现象。实验现象：可明显看到氢气在空气中安静地燃烧，发出黄色火焰（尖嘴玻璃管中含钠导致）。在火焰上方罩一干燥的烧杯片刻烧杯内壁就有小水珠，摸烧杯外壁，感到微微发热。4.实验安全提示：当氢气不纯时需重新验纯，但如果用排空气法收集氢气，则在再次收集前必须先用手指堵住试管口一段时间。其原因是 刚试验过的试管内，火焰可能没有完全熄灭，如果立即用此试管去收集氢气，可能会把氢气发生器内的氢气引燃，造成爆
8、炸。所以，应先用拇指堵住管口一会儿，使火熄灭。 氢氧爆鸣实验1.相关知识：爆炸极限的范围 空气中混有氢气的体积占总体积的4%74.2% 。2.实验装置图（注意对教材中插图的修正）：3.实验安全提示：（实验本身并无危险，操作时要胆大心细、沉着稳定。）实验步骤：取一小纸杯，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，点燃H2。 4.实验改进：例如，用矿泉水瓶做也可做此实验（剪掉瓶的下半部，用铁架台固定，把氢气从下部通入，一段时间后，打开瓶盖，在瓶口处点燃，可以听见爆破声）。请问你的改进方法是？答：可以选
9、用一个无孔的小塑料袋使袋内约盛半袋空气后，再与氢气发生装置的导气管相连，收集氢气，随着氢气的通人，塑料袋渐渐鼓起，然后停止通入氢气移开导气管，用线扎紧塑 料袋口放置在实验台上并远离氢气发装置，用针戳个小孔并用燃着的木条在小孔处点燃，顿 时，便会发出一声巨响。因为该实验用塑料袋随手可得，操作简便、安全。四、氢气还原氧化铜1.实验目的：认识氢气的还原性；掌握置换反应的概念教学。2.实验原理： H2+CuO=Cu+H2O 3.相关知识：氢气的制备与干燥；氧化还原反应；氢气的验纯；爆炸极限4.实验技能：普发生器的安装、检漏及使用；固体药品的取用及加热；氢气的验纯；实验仪器的安装；此实验的操作程序与演示
10、技能；并学会如何通过此实验进行适时的提问、启发、观察、思考等教与学的双边活动进行启发式教学的技能。5.实验步骤：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，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。撤掉酒精灯，继续通H2至试管冷却。 6.实验安全提示：试管口要向 下 倾斜，原因： 防止生成的水倒流于热的试管底部时而使试管破裂 。通入氢气前要先 验纯 ，并且导管口要插入至试管底部，然后先 通入氢气 后 加热 ，反应后先 撤灯 再 停止通入氢气 。（口诀： 氢气 早出晚归）7.实验装置图：实验现象：当管口有液滴出
11、现时，CuO加热部位由黑色变为红热，再慢慢变为紫红色。 8.实验探究：怎样又快又好地完成氢气还原氧化铜演示实验？答： 影响氢气还原氧化铜实验的因素有锌粒的选择、稀硫酸的浓度、氢气的净化、氧化铜的用量和使用方法、加热的温度等。1、锌粒的选择：不宜用纯锌，因为纯锌与酸的反应速度较慢，相同质量的锌粒，圆粒的锌跟酸接触的面积要小于不规则形状的锌粒。所以最好选用纯度不高、形状不规则的锌粒。2、稀硫酸的浓度：氢气还原氧化铜实验中，若用稀硫酸制备氢气，硫酸的浓度以 20% 或3molL-1为宜。低于这个浓度，反应速度太慢；高于这个浓度，锌粒会钝化，反应速度也慢。3、氢气的净化：氢气要纯净，要得到较纯净的氢气
12、并且量要充足4、氧化铜的用量及使用方法：氧化铜用量以 0.2 克左右为宜。太少，产生的铜镜面积太小；太多，产生铜镜需要的时间太长。氧化铜可选用市售的氧化铜粉末。氧化铜放入试管中要铺成斜面，这是为了增大氧化铜的受热面积和增大氧化铜与氢气的接触面，使反应更加充分。5、加热用的酒精灯焰应稍大一些或用三芯酒精灯，这样可使全部反应物得到加热且迅速达到较高的温度，以便反应能很好的剧烈进行。五、学习本次实验的体会（1）这次实验是非常有趣刺激的，会令人印象深刻。其实中学很多实验都是很吸引学生眼球的，学生的积极性会非常高的，老师引导好了可大大激发学生学习化学的兴趣，实验是化学教学一种非常有效的方法，作为化学教师
13、应在平时日常教学中多多应用实验教学。比如在课上，可以给学生设计一些简单有趣的化学实验，如“鸡蛋跳舞”、“清水写红字”、“纸花变色”、“清水点鞭炮”等都是一些很好的实验题材，目的在于激发学生学习化学的兴趣。（2）在氢气爆鸣的实验中，会听到尖锐的爆鸣声，很刺耳。但是，发现有部分同学的爆鸣实验的声音不是很尖锐，比较小声。通过查找资料，爆炸极限的范围为空气中混有氢气的体积占总体积的4%74.2%，也就是说当氢气占空气的体积比不同的时候，爆炸的声音也会不同。恰好完全反应时根据2H2+O2=2H2O，当氢气和氧气按照体积比是2：1混合点燃时爆鸣声最大，比例为H2：O2=2：1，O2空气中占20%（要求准确
14、就取21%），1V H2 要氧气要0.5V 空气要2.5V ，所以氢气与空气比例为2：5时声音最大。（3）在这次的爆鸣实验是用了纸杯来做，实际上爆鸣实验的方法有很多种。1、矿泉水瓶法2、用表面皿来做（4）制备O2与制备H2的比较：气体装置图反应药品反应原理(反应方程式)收集方法（依据）O2高锰酸钾KMnO4（固体加热型）排水法(O2不易溶于水)向上排空气法(O2密度大于空气密度)氯酸钾KClO3二氧化锰MnO2（固体加热型）2KClO32KCl +3O2双氧水H2O二氧化锰MnO2（固体加液体不加热） H2O2H2O + O2 H2锌粒Zn稀硫酸H2SO4（固体加液体不加热）Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2排水法(H2难溶于水)向下排空气法(H2密度小于空气密度)参考文献1肖常磊，钱扬义. 中学化学实验教学论M. 化学工业出版社，2008:40-432解大方，熊言林. 氢气爆鸣实验集锦. 中学化学参考J. 2005(8):673曹治淮，郑永信. 中学化学气体爆鸣实验探究. 化学教学J.2009(12)：6-74北京师范大学无机化学教研室等编.无机化学实验M .高等教育出版社.
