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日期 2023 年 月 日； 周周 ， 午； 姓名 学号 成绩
实验三 安全性实验及其教学研究
——氢 气 的 制 取 与 性 质 实 验
一、氢气的制取
1.相关知识：置换反映，氢气的物理性质与化学性质，气体的收集方法。
2.实验用品：（请画实验装置图，并标明各药品和仪器名称）

3.实验环节（用简洁明了的方法比如流程图表达）：

4.实验改善：
⑴在反映前加入少许硫酸铜的晶体或溶液可加快反映速率。请问为什么？
答：硫酸铜与锌粒发生置换反映：CuSO4+Zn=ZnSO4+Cu，使铜附在锌粒表面，形成原电池，加快反映速率。

⑵你尚有其他的改善方法吗？
① 如图组装
②将制成的容器中装入稀酸，将制成的浮瓶中加入锌粒，加好瓶塞和导管。然后，再将浮瓶压入容器中，此时，空气排出药品接触，反映发生。
③当停止制氢气时，用弹簧夹夹紧橡胶管。装置中继续产生氢气，浮瓶上升，药品分离，反映停止。

改善优点：
（1）此装置可以代替启普发生器使用，但无需检查纯度，且不漏液，安全可靠。
（2）节约药品，且能制较大量的氢气。
（3）便于洗涤锌粒表面沉积的硫酸锌。
（4）材料易得，装置易做，可以解决分组实验启普发生器局限性问题，还能锻炼学生动手能力。

5.实验安全提醒：
⑴稀硫酸如何配制（涉及用量、浓度、温度的控制）？
往烧杯中加入约40mL的水，量取约10mL的浓硫酸，沿杯壁缓慢导入，并用玻璃棒搅拌。静置，冷却。
注：应将浓硫酸缓慢倒入水中而不能把水倒入浓硫酸中。由于浓硫酸稀释时，会放出大量的热，以致使水沸腾。而水的密度比浓硫酸小，把水倒入浓硫酸中，水会像油花似的浮在浓硫酸表面，产生的高热使水沸腾，容易使酸液飞溅，导致事故。

⑵如何防止反映过程中锌粒掉入球形漏斗底部？
在球形漏斗的颈部套上中心开口，并在周边打有小孔的橡胶片，防止锌粒掉落。如锌粒掉入球形漏斗底部，应先将稀硫酸从底座的侧口倒出，再拿开球形漏斗，用夹子将锌粒夹出或直接倒出。

⑶该反映是吸热还是放热反映？如何防止反映体系温度过高？
该反映为放热反映。
可通过以下操作防止反映体系温度过高：
② 启普发生器放在水槽中浸泡，或用湿抹布将启普发生器包裹着。
② 配制的硫酸浓度不宜太大，防止反映过于剧烈。
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6.实验教学内容探幽：
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⑴检查实验装置的气密性有哪些方法？
1>液封法：
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① 在b、c、e连接处涂上凡士林，并关闭活塞e；
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② 打开活塞e，从a处加水到封住球形漏斗的下端为止；
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③ 关闭活塞e，继续加水到球形漏斗球体高度约1/2，做好水位记号。
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④ 静止几分钟，若水位下降则说明漏气，不下降则说明不漏气。
2>手捂加热法（热毛巾）：
① 在b、c、e连接处涂上凡士林，并关闭活塞e；
② 往球形漏斗中加入一定量的水，用手或热毛巾捂住启普发生器的底部，若在漏斗处形成一段水柱，则装置不漏气。

3>采用推拉注射器活塞检查装置气密性：
当缓慢拉动注射器活塞，若装置气密性良好，可观测到长颈漏斗下端口产气愤泡。当缓慢推动注射器活塞时，若装置气密性良好，可观测到长颈漏斗内有液面上升，形成一段水柱。

4>用右图检查装置气密性时，一方面，向分液漏斗中加入一定量的水，再用弹簧夹夹紧橡皮管，打开分液漏斗旋塞，一段时间后，分液漏斗中的水不再往下滴，说明装置不漏气。

5〉下图装置中，夹紧弹簧夹后，上下移动左侧玻璃管，假如两侧玻璃管液面仍保持水平，说明装置漏气，只有当移动左侧玻璃管后，左右两边液面出现一定的高度差，才干表白装置不漏气。

⑵生活中的哪些用品或废弃物品可以用来制取氢气？
①如下图1所示，运用破底试管制取氢气.还可以进行下图2所示的操作，制取气体时，正放试管到盛有酸液的烧杯中，不需要气体时，将试管取出，放到空烧杯中；还可以使用下图3所示的装置制取氢气。

图1 图2 图3

②运用废旧矿泉水瓶、自制白色塑料小网兜、废铜丝等材料制作启普发生器的简易装置，依据启普发生器的原理对装置进行设计，通过铜丝的下放、提拉来控制反映的发生和停止，达成和启普发生器同样的效果。

③将容积为2L的空塑料汽水瓶[沿弧形部分按小瓶粗细截去上部，将容积为1．25L的空塑料汽水瓶底部钻上几个小孔，组装成右图所示装置即可。贮存气体时，容器内先装满水(水面要高于小瓶颈处)，打开活塞(止水夹)，气体由导管通人，运用气压把小瓶中水从瓶底开孔处压人大瓶中(即小瓶上升)，贮满后关闭止水夹。使用气体时可打开止水夹，大瓶中水由小瓶底开孔处入小瓶内，即可自行把气体排出(若使需气流大时，可用手轻轻下按小瓶)。实验时携带方便，操作简朴易行。

⑶请设计一个可以控制反映速率的制备氢气的简易装置，画出装置图：

二、氢气的物理性质——氢气流吹肥皂泡（选做）
1.操作规定：
在导管口蘸洗涤液，控制氢气流速，当气泡足够大时，轻抖手腕，用火柴或松香点燃气泡。
2.实验探究：寻找制取又大又轻氢气泡的最佳方法。
实验失败常见因素：
①玻璃管太光滑，所蘸肥皂液较少，不易连续吹出多个肥皂泡，并且易使吹出的肥皂泡偏离管口，“结”在玻璃管上不易脱离；
②吹出中的肥皂泡易带上小水滴，使质量增长而不易飞升，体现不出氢气比空气轻的性质。
根据失败因素，总结氢气流吹肥皂泡的实验规定注意四点：
①肥皂液的黏度要适度；②要用干燥的氢气，且不带有酸雾；③氢气流不可太急或太缓；④蘸肥皂液的管子要选用适当。
根据注意事项，采用如下措施：
①肥皂液用发泡较多的洗衣粉来代替，这样较为容易形成气泡；
②让氢气通过干燥管，以使其干噪。为减少酸雾，制取氢气时弃用盐酸而改用稀硫酸，干燥剂用氢氧化钠和生石灰的混合物；
③为使提供的氢气既能保证纯度，又能自如地控制氢气流，制取氢气的装置改用启普发生器或与启普发生器原理相同的简易装置。
④吹肥皂泡的管子改用平口细竹管（可用一段长约5cm的普通毛笔杆）来代替玻璃管，以防止肥皂泡的滑动而影响其形成。

采用平口细竹管优点：
①所蘸肥皂水较多，蘸一次即可连续吹出多个肥皂泡；
②增大了肥皂泡与管的磨擦，不易偏离而“结”在管上，因此易脱离；
③木制管有吸水作用，可防止肥皂泡下面带小水滴，因此易飞升。
增长实验趣味性措施：
在肥皂液中滴加有色墨水或颜料料，可吹出有色肥皂泡，增长趣味性。
改善的简易实验装置（不用干燥管）：
将胶头滴管胶帽去掉，尖端伸入胶皮导管中，然后制取氢气（注意气流不能过大），吹肥皂跑，轻轻抖动。该实验不需使用干燥管，操作简便，运用人气口小，出气口是平滑喇叭口，气流平稳，从而使氢气肥皂泡缓缓增大，轻轻抖动，气泡便可脱口上升

三、氢气与氧气的反映
㈠氢气的验纯和燃烧
1.培养技能：启普发生器的使用技能；用试管收集氢气并验纯的方法；
学习通过演示实验进行元素化合物知识的教学技能（引导学生观测现象、思考并得出结论）
2.相关知识：爆炸及燃烧的概念；氢气与氧气的反映
3.实验环节：
⑴验纯操作及实验现象（结合图形）：
操作：收集一试管氢气，用拇指堵住试管口，使试管口稍向下或水平靠近酒精灯火焰，移开拇指。（注意：若用排水法收集氢气，应先让试管口竖直向下，让试管中水流尽后再实验）
现象：听到很小的噗的声音（收集的氢气较纯净）；
试管发热（放热反映）。

⑵点燃：在尖嘴导气管口点燃，观测火焰颜色；再罩上一干净并且冷却的烧杯，观测现象。
操作：在尖嘴导气管口点燃，观测火焰颜色；再罩上一干净并且冷却的烧杯，观测现象。
现象：火焰颜色为淡蓝色；烧杯底有水珠。

4.实验安全提醒：
当氢气不纯时需重新验纯，但假如用排空气法收集氢气，则在再次收集前必须先用手指堵住试管口一段时间。其因素是验纯时也许有未燃尽的氢气在试管中继续燃烧，上述操作能熄灭试管中火焰，防止试管内尚有火苗导致再次收集时发生氢氧混合气体的剧烈反映。

㈡氢氧爆鸣实验
1.相关知识：爆炸极限的范围4.1%~74.2% 。
2.实验装置图（注意对教材中插图的修正）：

3.实验安全提醒：（实验自身并无危险，操作时要胆大心细、沉着稳定。）
实验环节：①用手指堵住纸杯底孔，将纸杯倒置，以向下排空气法收集氢气（收集时间与氢气流量有关）；②一段时间后，关闭启普发生器活塞（避免点燃氢气时，氢气沿导管一直燃烧，导致启普发生器爆炸）；③引燃木条，用燃着的木条在小孔处点火。
4.实验改善：
例如，用矿泉水瓶做也可做此实验（剪掉瓶的下半部，用铁架台固定，把氢气从下部通入，一段时间后，打开瓶盖，在瓶口处点燃，可以听见爆破声）。请问你的改善方法是？
①选用一个无孔的小塑料袋, 使袋内约盛半袋空气后, 再与氢气发生装置的导气管相连, 收集氢气,随着氢气的通人, 塑料袋渐渐鼓起, 然后停止通入氢气移开导气管, 用线扎紧塑料袋口放置在实验台上并远离氢气发生装置, 用针戳个小孔并用燃着的木条在小孔处点燃, 顿时, 便发出一声巨响。实验所用塑料袋随手可得, 操作简便安全。
②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, 当观测到电解过程产生稳定的气体时, 再向矿泉水瓶中加人2 mL洗涤剂, 立即有气泡产生。用火柴点燃气泡, 产生锋利的爆鸣声。此实验的再现性和反复性很好, 有助于激发学生的学习爱好。

四、氢气还原氧化铜
1.实验目的：结识氢气的还原性；掌握置换反映的概念教学。
2.实验原理：氢气与金属氧化物反映：MmOn+nH2 = mM +nH2O 。当水的生成热大于金属氧化物生成热时，就可以把金属还原出来。氧化铜的生成热远小于水的生成热，所以氧化铜易被氢气还原。该反映在室温时速度极慢，几乎不反映。在250℃以上温度，反映顺利进行
3.相关知识：氢气的制备与干燥；氧化—还原反映；氢气的验纯；爆炸极限
4.实验技能：
⑴普发生器的安装、检漏及使用；固体药品的取用及加热；氢气的验纯；实验仪器的安装；
⑵此实验的操作程序与演示技能；并学会如何通过此实验进行适时的提问、启发、观测、思考等教与学的双边活动进行启发式教学的技能。
5.实验环节：（略）
6.实验安全提醒：
⑴试管口要向 下 倾斜，因素: 防止生成的水倒流回热的试管底部使试管破裂。 。
⑵通入氢气前要先 验纯 ，并且导管口要插入至试管底部，然后先 通氢气 后 加热 ，反映后先 撤灯 再 停通氢气 。（口诀： 氢气 早出晚归）
7.实验装置图：

8.实验探究：如何又快又好地完毕氢气还原氧化铜演示实验？
① 锌粒的选择：
选用纯度不高、形状不规则的锌粒加快氢气的产生速度；
② 稀硫酸的浓度：
稀硫酸的浓度以1:4配制，有助于氢气的产生；
③ 氢气的净化：
锌和稀硫酸作用后，锌中所含的微量的硫化锌和砷会与稀硫酸作用生成硫化氢和砷化氢。这些有毒气体既会污染环境，也会影响实验效果，应除去。所以，应将制得的氢气通过铬酸洗液或连续通过高锰酸钾溶液、氢氧化钠和浓硫酸，便可得到较纯净的氢气。
④ 氧化铜的用量和使用方法：
实验表白，氧化铜用量以 0.2 克左右为宜。太少，产生的铜镜面积太小；太多，产生铜镜需要的时间太长，不宜在课堂上演示。实验过程中，将约 0.2 克氧化铜粉末平铺在试管底部，将验纯后的氢气用导管通到试管底部、氧化铜粉末的上方。氢气流要足够大，在排尽空气的同时，要用氢气将氧化铜粉末吹开、吹散，并薄薄地、均匀地附着在试管底部，加热试管底部，4 分钟后试管底部出现铜镜。此法在短时间可得到铜镜，但用氢气流将氧化铜粉末吹开，使其在试管底部均匀分布，难以掌握。
也可以对实验装置进行改善如下：

五、学习本次实验的体会
①作为一名老师，在课堂上进行演示实验之前，自己先要熟悉这个实验，清楚实验流程、药品用量、各个细节，以及如何防止意外的产生，做到胸有成竹。
②实验要胆大心细，沉着稳定，防止因手忙脚乱导致意外。
③在向学生讲授实验的过程中，须向学生强调实验安全的重要性，不可马虎大意，要注重细节。
④多看文献，了解实验装置、操作过程如何改善，借鉴前人经验，促进实验又快又好。