氢气的实验室制法及性质试验

氢气的实验室制法及性质试验汪良武10091550140一：实验目的使学生掌握实验室用金属和酸反应制取氢气的化学反应原理，初步了解实验室制备实验的一般思路和方法；培养学生的观察能力，通过观察了解启普发生器的工作原理，并根据其原理，用易得廉价的简单实验仪器，自行设计制备氢气的简易装置。通过对氢气纯度的检验，使学生了解点燃可燃性气体之前，需要进行验纯的必要性，加强对学生进行安全教育。二：实验原理早在十六、七世纪的时候，有好几位科学家都发现了金属跟酸反应能产生一种可燃性的气体——氢气。直到现在，氢气的实验室制法仍然选用金属跟酸反应。实验室制取气体，要求便于操作和收集，而Mg反应速率过快，不方便收集；Fe反应速率过慢，因此常选用锌为最合适。酸的话选用稀盐酸或者稀硫酸均可。反应的化学方程式为Zn+H2SO4=ZnSO4+H2f氢气中如果混有空气，点燃时容易发生爆炸，所以点燃氢气前要检验氢气的纯度。三、实验室制取氢气的装置和收集方法氢气的发生装置为启普发生器（左一图）。实验室里制取较多的氢气常用启普发生器。它由球形漏斗、容器和导气管三部分组成。使用启普发生器制取氢气十分方便，可以及时控制反应的发生或停止。使用前应先检查装置的气密性。氢气的收集装置如中图和右一图。氢气难溶于水，所以可以用排水法收集，氢气的密度比空气小，所以可以用向下排空气发收集。四：试验内容及操作（一）启普发生器制氢气检查装置的气密性：方法是：开启旋塞，向长颈漏斗中加水，当水充满容器下部的半球体时关闭旋塞，继续加水，使水上升到长颈漏斗中。静置片刻,若水面不下降，则说明装置气密性良好，反之则说明装置漏气。漏气处可能是容器上气体出口处的橡皮塞、导气管上的旋塞或长颈漏斗与容器接触的磨口处。如漏气应塞紧橡皮塞或在磨口处涂一薄层凡士林。加固体前应在容器的球体中加入一定量的玻璃棉或放入橡皮垫圈，以防固体掉入半球体中。把锌粒由容器上插导气管的口中加入，然后放正仪器，再将装导气管的塞子塞好。接着由球形漏斗口加入稀盐酸。使用时，扭开导气管活塞，酸液由球形漏斗流到容器的底部，再上升到中部跟锌粒接触而发生反应，产生的氢气从导气管放出。不用时关闭导气管的活塞，容器内继续反应产生的氢气使容器内压强加大，把酸压回球形漏斗，使酸液与锌粒脱离接触，反应即自行停止。（二） 氢气的验纯反应发生后，用排水法收集一试管的氢气。将收集的一试管氢气用大拇指堵住试管口，试管口向下，靠近火焰如听到尖锐的爆鸣声说明氢气不纯，需要重复1和2的操作。如听到沉闷的爆鸣声，说明氢气比较纯了。（三） 氢气吹泡将洗洁精和水以适宜的比例混合，加入几滴甘油。制成泡泡液。氢气的导管口向下浸入所制的泡泡液中，拿出后就会有泡泡冒出等到泡泡有弹珠大小时适当向泡泡吹气，因为氢气的密度小，泡泡就会飞起来。用事先准备好的火棍迅速靠近泡泡，就会听到沉闷的爆鸣声。五、注意事项1、 使用启普发生器时，容器底部的活塞最好用绳子扎紧，以免氢气压力过大（因锌粒的颗粒小而落入酸液中不断反应使然），冲开活塞。2、 为使反应速率更快，先将锌粒浸在CuSO4溶液中至发黑，再给发生器中加入。3、 启普发生器使用完毕，用塞子堵住漏斗口，将发生器侧身，由下口倒出废酸液（统一收集），拔下导气管塞子，此处倒出余锌（要回收），将发生器清水冲洗干净，擦干净磨口处涂凡士林并垫一硬纸收藏。4、 启普发生器使用过程中若要再添酸或锌，产生氢气之后必须先验纯后使用，否则会出现不安全事故。5、 氢气吹肥皂泡因玻璃管表面光滑，沾不住皂液，难以吹成，故用橡皮管。此外还可用竹管来代替。6、 氢气与空气的混合气体发生爆鸣的极限为4%〜74.4%（体积分数）。若筒内氢气纯度过高即超过爆鸣上限时，点火后首先是它的安静燃烧。由于燃烧消耗氢气，使筒内压强变小，空气便从下口源源不断的进入筒内，当氢气的含量进入爆鸣范围时，即发生爆鸣。传统的方法是用排水法收集氢气，筒内到底收集了多少氢气全凭经验，这就为点燃氢气能否爆鸣埋下隐患，教师无法把握是否能成功。六、讨论与研究1、实验室中不用金属Al或Fe与酸反应制氢气，是因为Al和冷的稀H2SO4反应太慢，普通Fe和酸反应，生成的氢气中含有H2S等杂质。同样，不能用盐酸代替H2SO4,是由于盐酸易挥发，放热反应使生成的氢气中含有HCl气体。2、 实验室制得的氢气有一股特殊气味，是由于Zn和酸不纯所致。其中含有AsH3（剧毒）、H2S（剧毒）、SO2等。AsH3来自H2SO4中所含的微量砷，H2S来自Zn中的微量ZnS,SO2是H2SO4的还原产物。可将气体通过KMnO4溶液除去AsH3,通过NaOH溶液除去H2S、SO2，通过浓H2SO4除去水。3、 将制得的氢气点燃，其火焰呈黄色，若将玻璃管换为金属管后火焰仍然为黄色，这就不能简单的认为是一个玻璃中钠元素的干扰问题。我们取一双通的玻璃管，铁架台上夹好后，在其背面贴上黑纸，造成一个深色背景，然后将具有黄色火焰的氢气导管伸进粗玻璃管中，慢慢上下移动，直到调节火焰为淡蓝色为止。该实验中，就是原来在玻璃导管上的黄色火焰，此处也呈淡蓝色。对此，我们可认为，氢焰在粗管中燃烧，就像在火焰上方挂了一个烟囱，加快了空气对流，供氧充分所致。4、 启普发生器是荷兰一个叫启普的药品商所发明。其使用优点是：用时只要使固液体接