氢气制备与性质检验创新性微型化学实验改进

2010级本科生：蔡奕红 郑舒悦

指导教师：衷明华

氢气制备及氢气的性质检验是中学化学的基础知识，本部分知识要求大多数学生熟练掌握。因此，氢气的制备和性质检验实验在中学化学课堂上有非常重要的地位。常规实验利用锌粒与稀硫酸反应制取得到氢气，再将制取所得的氢气进行性质检验。常规实验虽可满足实验的一般需要，但实验过程中有以下不足之处：

（1）实验反应过程难以控制。由于锌粒与稀硫酸反应速度比较快，常规实验难以随时控制反应的开始与停止。

（2）分步进行实验不仅影响实验结果而且浪费课堂时间。常规实验氢气的制备与氢气的性质实验是分开进行的，一方面氢气的转移使得氢气性质检验的实验结果不尽如人意，另一方面分步进行实验使得中间步骤增多而浪费课堂时间。

（3）浪费药品且危险性较高。常规实验使用的药品量较多，产生的气体较多，因此容易造成药品的浪费和提高大实验的危险性。

针对以上问题，笔者利用微型化学实验对氢气的制备及性质检验实验进行改进。微型化学实验是国际上公认的能体现绿色化学理念的化学实验的新技术和新方法，它是利用微型化的仪器装置进行的化学实验，具有绿色环保、成本低、安全性高、节约药品和时间等优点，能很好地弥补常规实验的不足。

一 实验原理

利用锌粒与稀硫酸反应，其反应原理是：

Zn+H2SO4═══ZnSO4+H2↑

二 实验的改进

1.实验用品

（1）仪器：微型操作台1套、注射器、针头、橡胶塞、具支试管、微型气体发生器、酒精灯、直形通气管。

（2）药品：稀硫酸、锌粒、铜丝、棉花、无水氯化钙、肥皂水、氧化铜。

2.实验装置图

实验装置图如下所示（图中省去微型操作台）。

3.实验步骤

（1）组装仪器并检查装置的气密性。

（2）制备氢气：在微型气体发生器中加入少量锌粒与铜丝（加入铜丝能构成原电池装置，可加快反应速率），在其内套管的底部塞上一团棉花，在棉花的上方放置适量的无水氯化钙；用注射器吸取3～4mL稀硫酸，并利用带孔胶塞将注射器（如上图所示）塞住微型气体发生器，在具支试管中加入适量的氧化铜，并在支管口连接装有肥皂水的注射器针头。加入药品后，挤压注射器将稀硫酸注入微型气体发生器内与锌粒接触发生反应（实验过程中保持微型气体发生器中的液面低于其内套管的底部），锌粒表面有大量H2气泡产生。

（3）检验气体纯度：反应有气体产生时，注射器针头将有肥皂泡逸出，点燃肥皂泡，若H2纯净，将有“噗”的一声，若H2不纯净，则有尖锐的爆鸣声。可用这种方法检验反应产生的H2的纯度。

（4）验证H2的还原性：当气体均匀产生时，用酒精灯加热具支试管，可观察到黑色的氧化铜变为红色的铜。

（5）验证H2的可燃性：将装有肥皂水的针头换成洁净干燥的针头，当气体均匀产生时，点燃气体，可观察到有淡蓝色火焰产生。

三 实验改进后的优点

（1）利用微型实验提高实验的安全性，节省药品和时间。

（2）微型气体发生器和注射器结合使用的实验装置易控制，通过加入稀硫酸的量的多少可控制反应的速度。此外，该装置还提高了氢气制备与性质实验在中学化学教学中应用的可行性。

（3）在微型气体发生器的内套管中加入棉花和无水氯化钙，使得实验装置简单，并且一个装置兼具“制备”和“干燥”两大功能。

（4）利用点燃肥皂泡的方法验证H2的纯度使得H2验纯操作更加安全。

（5）制备的氢气直接通入氧化铜中与氧化铜反应避免了氢气转移过程造成时间的浪费和药品的污染。

参考文献

陈燕彬，曾晓丹，衷明华.氢气制备与性质实验一体化微型实验设计［J］.中学教学参考，2012（29）：96.