氢气制备与性质实验一体化微型实验设计

2009级本科生：陈燕杉 曾晓丹

指导教师：衷明华

氢气制备与性质实验是现行人教版初中化学教科书中比较重要的一个实验，能否做好实验直接影响学生对氢气化学性质的掌握。然而，在常规实验中无论是教师的演示实验还是学生的自主实验都存在以下不妥之处：

（1）实验难以控制。常规实验中氢气的制备难以随时控制反应的开始与停止，且由于市售锌粒纯度较高导致反应速率较慢。并且，在性质实验中检验氢气纯度时，常常因难以吹出气泡而影响教学效果与教学进度。

（2）实验比较烦琐。常规氢气性质实验是分步进行的，这样势必造成药品用量多，耗时长。

（3）部分实验现象不明显。如在氢气的性质实验中，理论上氢气燃烧的火焰为淡蓝色，而在检验氢气可燃性时通常使用的是玻璃尖嘴管，由于玻璃中含有钠离子而导致火焰呈黄色，易将氢气燃烧时的淡蓝色火焰掩盖，使学生误认为氢气燃烧的火焰为黄色。

针对以上问题，笔者利用微型仪器将实验进行了改进。微型化学实验是一种使用微型仪器，实现实验操作简单化、药品节约化及过程安全化的实验方法，而且微型仪器精巧，更能激发学生参与实验的兴趣。具体改进方案如下。

一 实验的改进

1.实验用品

微型仪器1套、注射器针头2个、酒精灯；锌粒、稀硫酸、铜丝、氧化铜丝、肥皂水。

2.实验装置图

实验装置如右图所示（略去铁架台和铁夹）。

3.实验步骤及现象

（1）按右图所示连接好实验仪器，并检验装置的气密性。

（2）添加药品：在具支U形管右边放入一个装有锌粒并用铜丝绑住的内套管（目的在于通过提拉铜丝控制反应的开始与停止，同时，铜也可与锌粒构成原电池加快反应速率），往右边的具支试管中加入随意曲折的氧化铜丝，在具支口用软导管连接一注射器针头，往针头内加入肥皂水。最后，在U形管左侧加入稀硫酸直到没过锌粒。

（3）检验气体纯度：反应有气体生成时，注射器针头将不断有气泡逸出，通过点燃吹出的气泡，即可检验气体的纯度。若H2纯净，则能听到“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：如上图所示，当检验到装置中的空气已被排尽后，用酒精灯加热具支试管中装有氧化铜丝的地方，氧化铜丝由黑色变为红色的铜，撤去酒精灯，继续通氢气至装置冷却。

（5）验证氢气的可燃性：将软导管上的注射器针头换上另一个干燥的针头，在针头处点燃H2。H2安静地燃烧，火焰呈淡蓝色，再在火焰上罩一只冷而干燥的烧杯，烧杯壁上有水珠生成。

二 改进后的优点

（1）利用微型仪器，节约实验用品，且更安全。

（2）将H2的制备与性质实验连为一体，简化实验步骤。

（3）反应装置中，铜丝具有双重作用，既可通过提拉铜丝控制反应的进行与停止，又可与反应物锌构成原电池，加速锌的氧化过程，从而提高氢气生成的速度。

（4）将玻璃尖嘴管换成注射器针头检验气体纯度时，可在针头中预先加入肥皂水，这样气体一生成即可连续吹出气泡，通过点燃肥皂泡来验证氢气与空气混合的爆炸实验，更安全、更方便。同时，由于气泡往上飞，可证明H2的密度比空气小。

（5）通过酒精灯的加热与否来控制H2还原实验的进行与停止。