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氢气的制法和性质实验报告

发布时间：2020-05-04 09:40:31 来源：文档文库

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氢气的制法和性质

一、实验原理

1.一般在实验室制取氢气所选用的原料是金属锌和稀硫酸，其反应的原理如下：

　　 ↑

2. 氢气的性质

物理性质：1.通常情况下，无色无味气体；

2. 密度比空气小；

3. 难溶于。

化学性质：1.可燃性

2.还原性

二、实验操作过程与实验现象

（一）：启普发生器简介

（1）构造

启普发生器由三部分组成，上部是球形漏斗，下部是由玻璃球和玻璃半球组成的容器，第三部分是带旋钮的导气管。启普发生器的规格以球形漏斗的容积大小来区别，常用为250 mL或500 mL。

（2）原理

当打开导气管的活塞，球形漏斗中的液体落入容器与窄口上固体接触而产生气体；当关闭活塞，生成的气体将液体压入球形漏斗，使固、液体试剂脱离接触而反应暂行停止，可供较长时间反复使用。

（3）适用范围

适用于固液不加热型反应，且反应时固体或颗粒不会迅速溶解。对于反应过程中放出大量热的反应或者反应生成的气体易溶于水（或反应液）的均不可以使用启普发生器。

（4）注意事项

1: 移动启普发生器时，要握住球形容器的蜂腰处，千万不可单手握住球形漏斗，以免底座脱落造成事故；

2: 使用前应先查漏、查气密性；

查漏：打开导气管上的旋钮，由球形漏斗处注入水，液面稍高过废液口，观察废液口是否有水渗出，若没有则不漏水。若有则需旋紧此处的玻璃塞。

查气密性：关闭导气管上的旋钮，由球形漏斗处注入水，量大约是球形漏斗的1/2或2/3处停止，在液面处划一记号，若数分钟内液面不下降，则气密性良好。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上一薄层凡士林。

3：在容器中部窄口上面加一橡胶圈或紧密缠绕适量玻璃纤维，以防止固体落人容器下部，造成事故；

4：加入试剂时，先加块状固体。选择大小合适的块状固体，用钥匙将其从容器上部排气孔加入，均匀置于球形漏斗颈的周围，塞上带导气管的单孔塞后，打开活塞，再从球形漏斗口加入液体，直至进入容器后又刚好浸没固体，此时关闭导气管上的活塞待用；

5：使用启普发生器时，容器底座的活塞（即废液口）最好用绳子扎紧，以免氢气压力过大，冲开活塞；

6：启普发生器使用完后，用塞子堵住漏斗口，将发生器侧身，废液口稍朝上（防止液体冲出）由废液口倒出废液；再拔出导气管塞子，此处倒出废固体，将发生器清水冲洗干净，擦干净磨口处凡士林，并垫一张硬纸收藏。

（二）：实验过程及现象

1：氢气的制备

装料前，先检查各接缝处的气密性。若气密性良好，在球形漏斗颈适当位置用玻璃丝编绕数圈，以防止锌粒下降。从容器侧口处加入用CuSO4溶液浸泡过的锌粒约30颗粒，打开玻璃旋塞，由球形漏斗上口加入稀硫酸（1：4）至淹没锌粒，（所需稀硫酸体积的确定方法：给启普发生器中加水至将金属锌粒全部淹没处，倒水后量水的体积，这就是稀硫酸的体积）。观察实验现象1。观察水槽中橡皮管末端，有气泡逸出，此时排出的气体有可能是容器中的空气，待气泡连续均匀逸出时，证明此时生成了氢气，立刻用排水集气法收集一试管氢气，以用来检验氢气的纯度。收集满气体后，关上旋钮，观察实验现象2。

实验现象1：注入酸后，酸先充满下面的玻璃半球，继而上升到玻璃球，并跟锌粒接触，发生剧烈反应，产生大量气泡。

实验现象2：关闭活塞，氢气不能放出。中球内的氢气压强增大，把酸压入下半球，再沿长颈上升到球形漏斗里，使锌粒跟酸脱离接触，反应停止。

2. H2的性质

（1）H2纯度的检验

打开旋钮，用排水法收集一试管氢气，用大拇指堵住试管口，将管口向下移近酒精灯火焰，放开拇指，先听到尖锐的爆鸣声，证明收集的氢气不纯，然后向水槽中添加适量水，继续收集并检验，直至只听到轻微的“噗”声为止，证明收集到得氢气已纯，可以使用。

（2）H2在空气中燃烧

检验纯度后，在导管上连接一尖嘴玻璃管，点燃后，在深色背景下，观察实验现象3。再火焰上方罩一干净烧杯，观察实验现象4。

实验现象3：发出淡蓝色火焰。

实验现象4：烧杯内壁有液体产生，且液滴顺壁流下。

（3）H2与空气混合气的爆鸣

取一一端开口且另一端有一火柴梗粗细小孔的小塑料壳，用食指堵住小孔，用排水法收集满氢气后，倒放于桌面上，口部垫上石棉网以保证空气畅通。将该装置移至实验室外，点燃火柴，放开手指，用火柴梗捅透小孔水膜，点燃氢气，因氢气较纯，火焰燃烧安静，可看到淡蓝色火焰。过一会儿，空气从壳底部流入，积聚到一定比例，发生爆鸣。而且当氢气和空气的体积比为2：5时，产生的爆鸣声音最大。

（4）H2吹肥皂泡

取少量洗洁精至一烧杯中，并向其中加入蒸馏水配成溶液，为增加粘度也可加入几滴甘油。用橡皮管在洗洁精中蘸一下，使管口形成一层液膜，管口仍向下，慢慢开通氢气流，待气泡出现后，将管口迅速反转向上，轻轻摆动，气泡脱离管口，用火在气泡上方点燃，观察实验现象5。

实验现象5：听到“噗”的一声，并伴有黄色火球出现。

（5）H2还原CuO

取一干燥的硬质大试管，用纸槽或药匙向其底部铺一层薄薄的氧化铜，并将试管倾斜安装于铁架台上，使管口略向下倾斜，先通一会儿氢气，然后加热（先预热再集中加热），观察实验现象6。待CuO全部被还原后，撤掉酒精灯，继续通氢气至试管冷却。为检查紫红色的金属铜中是否含有Cu2O，可将制成的紫红色的金属铜取少量，加入盛有稀硫酸的试管中，观察溶液是否变蓝，若变蓝，则说明紫红色的金属铜中含有Cu2O。反应原理如下：

Cu2O+H2SO4= Cu+ CuSO4+H2O

实验现象6：CuO加热部位由黑色变为红热，再慢慢变为紫红色。

三、实验应注意的事项

1）为使反应速率更快，先将锌粒浸在CuSO4溶液中至发黑，再向反应器中加。因为形成了Cu—Zn原电池加快了反应速率。

2）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。

3）启普发生器使用过程中，若要再添加酸或锌，产生氢气后必须先验纯再使用，否则会出现不安全事故。

4）刚开始有气泡逸出，此时排出的气体有可能是容器中的空气，待气泡连续稳定、连续、大量均匀逸出时再收集。

5）制备氢气过程中远离火源。

6）氢气还原氧化铜时，导气管应该伸入到试管底部。

7）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。

四、相关文献与重点文献综述（黑体，小四号）

正文用小4号宋体

1：罗华荣和彭晓玲在?氢气的制取及其爆鸣实验的改进?【1】中指出一般氢气的制取及氢气、氧气混合气爆鸣实验存在以下不足: 实验装置繁锁、零部件多,携带不便; 玻璃仪器在操作使用及爆鸣实验时存在不安全因素;药品用量多, 不便回收, 易造成浪费,污染环境; 爆鸣实验点火时学生有紧张、恐惧心理, 容易出事。对此,笔者提出如下改进方法。该方法引爆装置采用电子打火控制, 可调控爆鸣气与实验者的距离, 绝对安全,控制容易, 克服了学生直接点火引爆时的紧张恐惧心理。而且该方法可操作性强, 且无论制取与引爆都可连续操作,实验器材来源安全、卫生, 实验成功率极高,电子打火可推广应用到其他爆鸣气的点火实验中。

2：娜日斯、吴慧和敖日格乐在?关于氢气制备及性质的微型化学实验设计?【2】中所设计的氢气制备及性质的微型化学实验新方法，与常量制备及性质验证的方法相比较，具有节约药品、装置简便、操作安全快速、污染小、现象十分明显等优点。在教学实践中经反复检验，符合微型无机化学实验要求，是值得推广的新实验方法。

3: 陈瑞玲在?氢气化学性质实验的改进?【3】中提出氢气的化学性质实验是验证或得出氢气可燃性和还原性的重要实验, 同时也是学生理解氧化、还原和被氧化、被还原的基础实验。为了使实验更具有可视性、直观性、可靠性, 对原实验操作进行了一些改进。有下列优点一是铜丝表面的氧化铜能与氢气充分接触, 使反应速度加快; 二是现象明显,做完实验试管冷却后, 用镊子取出变红了的铜丝给学生看( 在教室内巡展) , 现象真切、直观、明显;三是先用铜与空气中氧气发生氧化反应生成氧化铜, 使铜被氧化成氧化铜, 反应后氧化铜与氢气发生还原反应, 氧化铜被还原成铜。使学生更好理解氧化反应和还原反应, 被氧化和被还原。同

时还能使学生理解实验完毕后为什么要先停止加热, 继续通入氢气至试管完全冷却为止的道理。

4：张洪宝和刘守宗在?“氢气的制取和性质”中的十个为什么?【4】中解释了实验中存在的问题。

5：朱世瑞在?“氢气的制取与性质”实验的一点改进?【5】指出人教版教材中由于锌粒和稀硫酸的用量较少，学生操作不熟练，检验纯度的操作停留时间较长，造成氢气量不足，影响点燃和还原性质的实验，中途又要重新加药品，验纯、点燃和还原，实验效果不佳，成功率较低，影响学生学化学的兴趣。为此，笔者对实验装置的进行了改进如右图。缩短了实验时间，控制药品用量，操作简便易行，实验效果较好。