氫氣的制備與性質微型實驗改進

康曉丹　衷明華

【摘 要】 本文所設計的氫氣制備及性質的微型化學實驗新方法，與常量制備及性質驗證的方法相比較，具有節(jié)約藥品、裝置簡便、操作安全快速、污染小、現(xiàn)象十分明顯等優(yōu)點。符合微型無機化學實驗要求，是值得推廣的新實驗方法。

【關鍵詞】 微型實驗；改進；綠色化學

【中圖分類號】G64.22 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）22-0-01

化學在為人類創(chuàng)造財富的同時，給人類也帶來了危難。現(xiàn)代化學工業(yè)給環(huán)境帶來的污染已十分嚴重，超高量有害廢物的產生，給環(huán)境造成危害，并威脅著人類的生存。嚴峻的現(xiàn)實使得各國必須尋找一條不破壞環(huán)境，不危害人類生存的可持續(xù)發(fā)展的道路。而“綠色化學”已被許多國家公認為新世紀化學進展的主要方向之一。“可持續(xù)發(fā)展問題對科學的挑戰(zhàn)——綠色化學”，宣告了我國綠色化學研究和開發(fā)工作已正式起步。微型實驗方法即是“綠色化學”的一部分，是化學實驗的一種新方法和新技術。

微型實驗具有實驗裝置簡單便攜、試劑用量少、安全性高、成本低、適用于大多數(shù)中學化學實驗的特點，是化學實驗教學改革中的一個重要方面，在化學的其他領域也日益顯示出其重要作用。微型實驗適合大多數(shù)學校使用，其中條件有限的學校可以購買一套儀器進行演示實驗，條件較好的學校可以讓學生自己動手完成微型實驗，可以激發(fā)學生的強烈興趣。本實驗正是利用了微型實驗的這些優(yōu)點，加之對課本實驗不足之處的彌補，將常規(guī)的氫氣的制備及性質實驗改進為一體化微型實驗，使該實驗更加符合中學化學實驗的要求。

一、實驗原理

實驗室制取氫氣通常采用鋅粒與稀硫酸反應制得，其反應原理是：

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

二、課本實驗不足之處

1、氫氣的制備與性質實驗的原實驗難以控制實驗的進行與結束。

2、用排水法收集的氫氣難以干燥，在進行氫氣還原氧化銅實驗時可能導致試管破裂，氫氣的驗純實驗，危險性也比較高。

3、氫氣的制備與性質是分別進行的，實驗過程繁瑣，也比較浪費時間，不切合當前中學課堂的實際情況。

因此，有必要對改實驗進行改進。

三、實驗改進

（一）實驗用品

微型儀器一套、注射器1支、鋅粒、含有少量Cu2+的稀硫酸、氧化銅絲、肥皂水、酒精燈等

（二）實驗裝置

（三）實驗步驟

1、如圖所示，連接好裝置，并檢查裝置的氣密性。

2、添加藥品：在U型管左側通過橡皮塞插入裝有稀硫酸的注射器，右側放入一個裝有鋅粒的內套管，往右邊的具支試管中加入隨意曲折的CuO絲，在具支口用軟導管連接一注射器針頭，往針頭內加入肥皂水。通過推動注射器，加入稀H2SO4直到?jīng)]過鋅粒。

3、檢驗氣體純度：反應有氣體生成時，注射器針頭將不斷有泡泡逸出，通過點燃吹出的泡泡，即可檢驗氣體的純度，若H2純凈，能聽到噗的一聲，若不純，則有尖銳的爆鳴聲。

4、驗證氫氣具有還原性：如上圖所示，當檢驗到裝置中的空氣已被排盡后，用酒精燈加熱具支試管中裝有CuO絲的地方，CuO絲由黑色變?yōu)榧t色的銅，撤去酒精燈，繼續(xù)通氫氣至裝置冷卻。

5、驗證氫氣的可燃性：將軟導管上的注射器針頭換上另一根干燥的針頭，在針頭處點燃H2。H2安靜地燃燒，火焰呈淡藍色。再在火焰上罩一冷而干燥的燒杯，燒杯壁上有水珠生成。

四、改進后的優(yōu)點

1、本實驗儀器簡單，試劑用量少，節(jié)約實驗用品（注射器能控制稀硫酸的用量，進而控制反應速率），且安全性較高。

2、氫氣的驗純和物理性質可通過點燃肥皂泡來體現(xiàn)，通過點燃肥皂泡來驗證氫氣與空氣混合的爆炸實驗，更安全，更方便。同時由于氣泡往上飛，可證明H2的密度比空氣小。現(xiàn)象直觀明顯。

3、氫氣的制備和性質實驗一體化，簡單實用；可通過酒精燈加熱與否來控制氫氣性質實驗的進行與停止。

五、設計反思

本輪所設計的氫氣制備及性質的微型化學實驗新方法，與常規(guī)實驗相比較：藥品用量可節(jié)約十分之一以上、反應時間可縮短二十分之一以上、實驗裝置簡便易行、制備及性質驗證可一體化完成，現(xiàn)象十分明顯，較好地實現(xiàn)了化學實驗綠色化、微型化的要求。同時所設計的實驗新方法可以使學生體驗、感悟科學研究的過程、方法，達到培養(yǎng)實踐能力和創(chuàng)新能力的目的。