氢气爆鸣实验改进报告.doc

一、 探究问题的提出新课程改革体现了新的教育理念，要求实现两大转变：教学方式的转变和学习方法的转变。在中学化学教学中，化学实验处于非常重要的地位，其作用是其他任何内容所无法取代的。一个好的实验，不仅能够培养学生的观察能力、操作能力、思维能力、而且更有利于提高学生的综合分析问题和解决问题的能力，所以实验对学生能力的培养是全面的。化学是以实验为基础的自然科学。化学教学实践证明，如果一堂化学实验课不成功，学生便会感到很失望，学习的兴趣和积极性也就会大打折扣。而氢气和氧气混合爆鸣实验又是初中化学里一个十分重要的实验，实验成功与否，直接关系到刚人化学门的初中学生对化学学习的兴趣能否持续维持。因此，许多教师多年来对该实验进行过诸多改进，但是，他们的改进方法仍存在以下缺点： 1.实验装置很繁琐，所含零部件多，教师上课时携带很不方便；2.实验装置中含有玻璃仪器，无论是携带还是在爆鸣实验时都很不安全；3.实验药品用量多，药品不便回收，容易造成浪费或污染环境；4.不容易控制氢氧两种气体的混合比例（这是此实验难以成功的最关键原因）,在实际操作过程中往往凭经验，实验成功率低；5.有的实验操作步骤很多，对相邻两步骤间的衔接要求很高，且操作速度要快 （例如在小纸筒上端开小孔 的方式），否则就难以成功，这往往导致实验操作者手忙脚乱，容易把实验仪器和装置打翻；6.有的实验改进后的装置在爆鸣时很容易使酸溅到学生或教师的眼睛里，造成人身伤害。例如，有的学生在用上盖开小孔、无下盖的小纸筒做此实验时，直接在小纸筒下端内的支持面上放小容器，容器内再放盐酸和锌粒，导致小纸筒在爆鸣时被掀起，反应物也飞溅出来。本实验方案就是对上述几点不足进行多次反思和实践后设计出的最简单适用、可操作性强、安全可靠、环保节约的改进方案。二、 问题解决设想课本中的实验方法是：取一个去盖、底部钻有小孔的塑料筒，用纸团筒堵住小孔，用排水法收集一筒氢气，拿出水槽后倒置时筒下垫木条使筒的下边缘一段稍稍抬起，拿掉堵小孔的纸团，用燃着的木条在小孔处点火。由于用排水法收集，有些学生纸团堵不紧，水排不出，不易操作。收集好了氢气，学生又会由于心理原因，不敢点火，造成爆炸失败。因此，在这个实验中我们采用一个去掉底部的矿泉水瓶进行实验，在瓶口处套一塑料薄膜，并用橡皮筋扎紧，通过控制瓶中水的量来控制瓶中氢气和空气的体积比。在实验过程中，把矿泉水瓶用铁架台固定好，垂直立于水槽中（矿泉水瓶底部与水槽面相切），用排水法排出矿泉水瓶内的水，排完后用燃着的松香点破塑料薄膜，瓶口处可观察到火焰，随着“砰”的一声，水槽中的水向四周飞溅。此改进使实验更易操作，更安全。 改进后的实验具有如下优点：1. 塑料薄膜容易被点破；2.矿泉水瓶被固定，爆炸后只会有水飞溅，实验心理很轻松；3.矿泉水瓶是透明的，可以通过控制瓶中水的量来控制瓶中氢气和空气的体积比，容易达到最佳的爆炸效果；4. 效果和教材上实验的效果一样明显，能观察到火焰猛的向上窜，且能听到一声巨响，水槽中的水被气浪冲得向四周飞溅。三、 实验设计方案实验药品： 锌粒、稀硫酸实验仪器： 锥形瓶、分液漏斗、水槽、铁架台、导管、铁夹其他用品： 矿泉水瓶、松香、塑料薄膜、橡皮筋、橡胶管、橡胶塞实验装置图：实验步骤：1.取一透明矿泉水瓶，将其底部剪开，瓶口套一层塑料薄膜，并用橡皮筋扎紧，以保证不漏气。2.在水槽中放约三分之一水槽容积的水（防止在爆炸时有过多的水向外飞溅），往制作好的矿泉水瓶中装入二分之一左右的水，另二分之一留有空气，小心将瓶子正立在水槽中，用铁架台的铁夹夹紧瓶口,以防止爆炸时矿泉水瓶乱蹦，同时注意瓶底应尽量与水面相切。3.在锥形瓶中加入适量锌粒，用分液漏斗往其中缓慢滴加稀硫酸，开启导气管的活塞，将产生的气体放空，一段时间后检验所制得的氢气的纯度。若氢气已纯净，则将氢气通入矿泉水瓶中，排尽瓶中的水后移走制备氢气的装置；若氢气不纯，则需重新验纯，直至所制得的氢气纯净后才能进行后续实验。4.将燃着的松香伸到瓶口，点破塑料薄膜，观察实验现象。5.分别往矿泉水瓶中装入三分之一、五分之一左右的水，重复上述实验，并记录实验现象。四、 实验过程记录1.往装有锌粒的锥形瓶中加入稀硫酸后有大量的气泡产生，将导气管伸进水里，水中有气泡冒出，说明装置气密性良好；2用排水法收集到空气与氢气比例为1:4的混合气体后，用燃着的松香将其点燃，瓶口立即有火焰猛的向上窜，并发出较强烈的爆炸声，且水槽中有少量水向四周飞溅。3用排水法收集到空气与氢气比例为1:1的混合气体后，用燃着的松香将其点燃，瓶口立即有火焰猛的向上窜，且火焰比前一实验更为猛烈，并发出更为强烈的爆炸声，水槽中有更多的水向四周飞溅。 4用排水法收集到空气与氢气比例为1:2的混合气体后，用燃着的松香将其点燃，瓶口依然立即有火焰猛的向上窜，但此时火焰的强度介于前两个实验之间，发出的爆炸声的强度也介于上述两个实验之间，且由水槽向四周飞溅的水量也介于两者之间。五、 相关问题探讨1初步结论在理论上，氢气在空气中的爆炸极限是4.1%74. 2% (4.1%是指在100体积的空气中占有4.1体积的氢气)，当氢气占空气的体积比小于4.1%或大于74.2%时， 在理论上是不会发生爆炸的。在本次实验探究中，我们发现当氢气占空气的体积比为50%的时候，爆炸声音最大，实验现象最明显。2. 实验反思由于在用排水法收集氢气时存在一定的操作不慎，且瓶底与水面接近相切，会导致出现瓶中还有少量水没有排出的情况，特别是在点燃之前瓶身的稍微变动都有可能导致瓶中的空气与氢气的体积比发生改变，这样即使瓶中装有90%甚至100%的氢气，在点燃的时候也可能会发生轻微爆燃现象。查阅有关资料发现：由于测定的手段不同，得出的氢气爆炸极限也不尽相同，如曹治淮、郑永信测定的氢气爆炸极限大约在10%65%之间2；刘怀乐测定的数据为在10%70%之间3。但可以明确的是，在不同测试环境下得出的氢气的理论爆炸极限是会出现差异的。3实验启示如何利用好实验室资源，开展化学实验课题的探究活动，上述实验操作过程在方法选择上可以起到抛砖引玉的借鉴作用。本实验中选择矿泉水瓶来代替简易爆炸装置，注重安全第一的思想，通过爆鸣声音的大小、溅出水量的多少等多种手段来认识气体的爆炸现象，实验操作比较简便安全，实验现象也直观明了，对于培养学生的科学精神和科学习惯都有一定促进作用。4其他改进方法（1）肥皂泡法把启普发生器的导气管，用双孔塞与一个容量较大的洗气瓶相连，在洗气瓶往外导气的导管末端， 接一个尖嘴管。准备一烧杯肥皂水。操作步骤：开始有气体产生，慢慢转动活塞控制氢气的流速，使其经过尖嘴管缓缓通入一盛满肥皂水的烧杯中。不一会，产生的氢气泡慢慢出现在烧杯的上方， 用长木条点燃气泡。随着反应的进行，洗气瓶内氢气的纯度越来越高，爆鸣声会渐渐变弱。处理方法：可关闭启普发生器的活塞，暂时终止反应。把洗气瓶的塞子拔出，用吸耳球把瓶内的氢气排出。然后，加上双孔塞，继续反应，洗气瓶内氢气的纯度降低，肥皂泡的爆鸣声又变响。实验说明：若肥皂水效果不好，可用其它的起泡液代替。吹气泡时，可用角匙取少量液体，用尖嘴管对其吹泡。 用吸耳球把洗气瓶中的气体排出或更换新洗气瓶。 洗气瓶的作用： 氢气通进去可得混合气体。（2）塑料袋法取一大小适中的塑料袋（如常见的1L左右的方便袋），在袋中预留一部分空气， 收集氢气（用启普发生器制取）。用细绳扎其口，镊子夹住后，用针在袋上刺一小孔， 快速用长木条在小孔处点燃。（3）集气瓶法选取两个大小相同的集气瓶，收集一瓶纯净的氢气,然后盖在另一个空集气瓶 口的上方,抽去玻璃片,上下翻动几次 ,使氢气和空气混合均匀,再在两瓶间插人玻璃片并倒置在实验桌上,取其中一瓶,瓶口向下移近酒精灯火焰 ,迅速移开玻璃片,即可听到爆鸣声 。（4）滴管法如图2，选取一个没有裂痕的滴瓶上的滴管，用橡皮管与制取氢气的导管连接好。制取氢气，等氢气纯净时,用燃着的火柴置于滴管口点燃氢气。慢慢从导管上取下滴管,可以观察到氢气能安静燃烧几秒钟,然后发出响亮的爆鸣声。此实验操作简单,安全 ,容易激发学生的学习兴趣 。（5）电解水法如图3,取一个矿泉水瓶,截去底部,配上一个橡皮塞,制成电解水器,固定在铁架台上。在矿泉水瓶内加人占其容积2/3的氢氧化钠溶液,接通直流电源进行电解,当观察到电解过程产生稳定的气体时,再向矿泉水瓶中加入2mL洗涤剂 ,立即有气泡产生。用火柴点燃气泡,产生尖锐的爆鸣声。此实验的再现性和重复性很好,有利于激发学生的学习兴趣。（6）矿泉水瓶法如图4，取一个矿泉水瓶截去底部,配上一个带有尖嘴导管、橡皮管和止水夹的橡皮塞 ,固定在铁架台上。用向下排空气法收集氢气，待瓶内集满氢气