对氢气的制备与性质实验的微型化改造

2010级本科生：薛燕娜 许卫鹏

指导教师：衷明华

化学是一门以实验为基础的自然学科，常以其直观性、趣味性来激发学生的学习兴趣，从而加强学生对知识的理解和把握。针对潮州农村地区初级中学实验条件差、药品缺、实验开课率低、化学实验教学难等问题，我们现以初中化学教材中最典型、最有代表性的“氢气的制取和性质实验”为例进行微型化改造，从而实现降低成本、简化操作、突显现象、确保安全、节能环保等目的。

一 实验原理

氢气的制取和性质实验在人教版第67页、鲁教版第86页、科教版第134页中均有安排，主要涉及的反应方程式有：

Zn+H2SO4═══ZnSO4+H2↑

二 课本实验的不足之处

课本上实验步骤虽简单，但操作效果往往不理想，主要表现为：

（1）反应速度过慢且难以控制，所需时间偏长且试剂用量偏大，既不环保也不安全。

（2）在玻璃尖嘴管处点燃氢气，火焰呈黄色，易掩盖氢气本身的淡蓝色，给学生造成误解，且尖嘴管口处受热易封口。

（3）市售锌粒纯度较低，反应速率较慢，导致氢气收集率不高。

（4）氢气还原氧化铜丝，氢气量少，与铜丝接触面小，反应现象不明显，不利于观察。

三 实验的改进

1.实验用品

（1）仪器：微型仪器1套、酒精灯、烧杯。

（2）试剂：铜丝、电池壳（收集）、稀硫酸、氧化的铜片、无水硫酸铜、洗洁精溶液。

2.实验装置示意图

3.实验步骤与现象

（1）按示意图所示连接装置，并检验气密性。

（2）添加药品：在具支U形管左侧内套管中加入足量稀硫酸溶液，用一根铜丝穿过并捆绑废旧电池壳，固定在橡胶塞中。同时在U形管底部放入表面被氧化的铜片，往右侧内套管中加入无水硫酸铜。

（3）氢气验纯实验：下压铜丝使电池壳浸泡在稀硫酸中，此时装有洗洁精溶液的针头上有气泡逸出，迅速地将用铜丝捆绑的带火星的火柴点燃。若H2纯净，能听到“噗”的一声，若不纯，则有尖锐的爆鸣声。

（4）验证氢气具有还原性：验纯后，用酒精灯加热U形管底部，直至观察到铜片表面由黑色变为红色，撤去酒精灯，继续通氢气至装置冷却。

（5）验证氢气的可燃性：验证还原性之后，用火柴在针头处点燃H2。H2安静地燃烧，火焰呈淡蓝色，再在火焰上罩一冷而干燥的烧杯，烧杯壁上有水珠生成。

四 实验改进后的优点

（1）采用微型实验，装置组装简单且节省药品，有利于在农村地区初级中学实验教学中推广。

（2）实现氢气的制取、验纯和性质实验的统一，简化实验步骤。

（3）利用铜丝捆绑电池壳浸没酸液构成锌铜原电池来加快反应速率，通过拉动铜丝来控制反应的进行与停止，同时利用废旧的电池壳来做实验，就地取材，符合绿色化学的教学理念。

（4）U形管中一内套管盛装无水硫酸铜，便于检验氢气与氧化铜生成的水。

（5）玻璃尖嘴管换成针头，避免氢气燃烧时颜色观察受干扰。