2019-10-12 15:10
氢气是初中化学三大气体之一，氢 气 的 性 质 穿插 在 人 教 版 初 中 化 学 “水 的 组 成” 中。除 了 “氢气的可燃性”是以演示实验呈现外，氢气的其 他性质 只 是 简 单 提 及，有的是以图片形式呈现， 如验纯；有的只是轻描淡 写 的 一 句 话，如 不 纯 氢 气燃烧 爆 炸；有的只是给出了一个化学方程式， 如氢气的还原性。而通过 电 解 水 研 究 氢 气，实 验 时间较长，获得的氢气量 较 少，难 以 完 成 氢 气 系 列性质实验。出于安全考 虑，有 的 教 师 干 脆 “以 讲代做”，这样虽确保了安全，但学生对氢气缺乏 体验性认识。而使用课本上的简易装置制取氢气， 并进行氢气系列性质实 验，所需仪器药品多、携 带不方便、过程 繁、耗 时 长、不 安 全。特 别 是 氢 气在空气中燃烧观察颜色的演示实验，一 直 是 初 中化学教学中难度较大的实验之 一，实 验 中 很 难 观察到氢气的淡蓝色火焰，得到的多是黄色火焰， 老师们往往解释为是玻璃导管中钠的焰色 反 应 所 致，要求学生记住是 “淡蓝色火焰”，学生看不到 火焰的实际颜色而对实验产生怀 疑，影 响 实 验 教 学的可信度。
对于上述问题，很多教师进行了艰难的探索与 改进，各种创新实验设计比比皆是。每一个创新实 验都独具匠心，然瑕不掩瑜。有的教师设计了一套 带有小试管的 Ｕ 型 微 型 试 管，集氢气的制取与可 燃性、还原性于一体，装置 简 洁、药 品 用 量 少、现 象 明显，不足之处是在导管口点燃氢气观察不到氢气 的淡蓝色火焰；Ｕ 型微型试管内空气不易排出，还 原氧化铜有发生爆炸的危险；没有演示验纯及爆炸 实验。有的教师利用常规的氢气发生装置主要对 氢气燃烧实验所用的尖嘴玻璃导管做了改进，利用 石墨导管观察到氢气燃烧的淡蓝色火焰；用塑料袋 收集氢气改进不纯氢气燃烧的爆炸实验，由于无法 定量实验，到底收集了多少氢气，教 师 只 能 凭 经 验 去判断，收集氢气过少或过多都不 会 爆 炸，点 燃 的 时机不好把握，不能保证实验１００％成功。有的教 师研制了一套微型装置，实现了氢气的制备、验纯、爆炸、燃烧 及 还 原 氧 化 铜 一 体 化 实 验，现 象 明 显。 不足之处是装置复杂，不简约，而且 观 察 不 到 氢 气 的淡蓝色火焰。有的教师利用注射器作为制取氢 气的反应容器，洁厕液和废旧电池的锌片作为反应 药品，眼药水瓶收集氢气进行纯度检验，粗 针 头 作 为燃烧用的尖嘴导管等，但实验效果并不理想。
2 实验仪器及药品
注射器、石墨导管、小指试管、酒精灯、压电器、 表面覆盖有黑色氧化铜的螺旋状 铜 丝、玻 璃 管、稀 硫酸（１∶４）、粗锌粒、硫酸铜溶液。氢气发生器（北京中惠普分析技术研究所）。
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3 实验原理及装置说明图
实验原理：Ｚｎ＋Ｈ２ＳＯ４＝ＺｎＳＯ４＋Ｈ２↑。
４ 实验步骤
４．１ 制备氢气 推动注射器，使 锌 粒 与 稀 硫 酸 接 触 发 生 反 应。 往回拉注射器，锌粒与稀硫酸脱离，反应停止，类似 启普发生器。
４．２ 验纯 用小指试 管 收 集 一 试 管 氢 气，用 拇 指 堵 住 管 口，移近火 焰，移 开 拇 指 点 火，如果听到尖锐爆鸣 声，表明氢气不纯净，需再 收 集，再 检 验，直 到 响 声 很小，表明氢气已纯净。
４．３ 验证氢气可燃性 在石墨尖嘴导管口点燃氢气，可以观察到管口 氢气燃烧发出淡蓝色火焰。罩上干冷的烧杯，明显 观察到烧杯壁上有水雾，说明氢气燃烧生成了水。
４．４ 氢气爆鸣实验 取下石墨导管，换 上 注 射 器 针 头，插 入 倒 置 着 的装有２ｍＬ 空气与２ｍＬ 水的小注射器中，用排 水法收集２ｍＬ氢气，得到氢气与氧气各５０％的混 合气体。套上注射器活塞，按动电子点火器，不 纯 氢气燃烧发生爆炸，注射器外套飞向远处。这个爆 炸装置可以用来精确比较确定可燃性气体的爆炸 极限。
４．５ 氢气还原氧化铜 把装有表面覆盖有黑色氧化铜的螺旋状铜丝 的玻璃管插入氢气发生装置中。先 通 一 会 儿 氢 气 （由于 玻 璃 管 口 径 很 小，几 秒 钟 即 可 排 尽 管 中 空 气），再点燃酒精灯给氧化铜加热。可 以 观 察 到 黑 色氧化铜 逐 渐 变 成 光 亮 红 色，玻 璃 管 壁 有 水 珠 生 成。当黑色氧化铜变成光 亮 红 色 时，停 止 加 热，继 续通入氢气，直至玻璃管冷却。
５ 改进后实验的优点及意义
通过采购北京中惠普氢气发生器或改进后的实验，装置简单，操作方便，试剂用量 少，安全性高，成 本 低，现 象 明 显，耗 时 少，制 取、验 纯、燃烧、爆炸、还原氧化铜，一气呵成，几分钟即可 完成实验。符 合 绿 色 化 学 的 理 念，适 合 学 生 分 组 实验。 ６ 注意的问题 氢气燃烧之所以会出现黄色火焰，除了与玻璃 导管中钠 的 焰 色 反 应 有 关 外，还 与 氢 气 的 流 速 有 关。使用纯锌粒和稀硫酸反应，锌粒表面附着有氧 化膜、硫酸锌和氢气，物理覆盖和产生的超电压阻 碍了反应，产生氢气速率 慢。因 此，锌 粒 要 事 先 用 硫酸铜（或硫酸亚铁）处理，加入少量硫酸 铜，使 析 出的铜与锌形成“小型原电池”，加速了锌 的 溶 解， 使整个反应能持续、快速地进行，利 于 学 生 观 察 到 氢气燃烧的淡蓝色火焰。