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探究实验设计之氢气的性质(2014.5.28朱晓辉无生课教学设计)发布日期:2014-06-20 访问人数:11037 新闻来源:www.699.netwww.699.net教科研

探究实验设计之氢气的性质

1.化学反应原理

⑴氢气可以在氧气(或空气)中燃烧,生成水,放热,产生蓝色火焰。氢气与空气(或氧气)混合,遇明火爆炸。

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⑵氢气具有还原性,可在加热条件下,将氧化铜还原成金属铜。固体由黑色变成紫红色,试管口有水滴出现。

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2.实验仪器:试管、导管、铁架台、酒精灯、塑料筒等

实验药品:贮气瓶中的氢气、氧化铜等。

3.探究方案:

⑴检查纯气纯度:用排水集气法收集一试管氢气,用大拇指按住试管口,移进火焰,放开拇指,若听到尖锐的爆鸣声,证明氢气不纯;若听到轻微的“噗”声,说明氢气已纯。如图12-1。

⑵点燃在导管口点燃氢气,可观察到蓝色火焰。用冷而干燥的烧杯罩在火焰上方,一会后,可观察到烧杯内壁出现水滴。如图12-2。证明有水生成:【原创】实验研究12——氢气的性质 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

取一个去盖、底部有小的塑料筒,用纸团堵住小孔,用排水法集满一筒氢气,倒置时筒下垫木条使筒的下边缘一端稍抬起(如图12-3,Ⅰ),拿掉小孔纸团,用燃着的木条在小孔处点火,注意观察有什么现象发生。

可以看到,刚点燃时,氢气安静地燃烧(如图12-3,Ⅱ),过一会儿,随着“砰”的爆炸声响,塑料筒被爆炸的气浪高高掀起(如图12-3,Ⅲ)。

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⑶按如图12-4所示装配好装置,先通入氢气,直到排尽试管内空气后,点燃酒精灯加热。防止氢气与空气混合后,遇热爆炸。一会后,可见黑色氧化铜逐渐变光亮的紫红色,试管口有水滴出现。

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实验结束后,先停止加热,直到试管冷却后,停止通入氢气。防止铜在较热的条件下氧化成氧化铜,使实验失败。

4.探究评价:

⑴用上述方法测定的氢气纯度,不能说明氢气已纯。实验事实证明,只要氢气的纯度超过氢气的爆炸极限,就听不到尖锐的爆鸣声。

下表是不同浓度下氢气点燃时的现象:

氢气纯度(%)

90

80

70

50

30

10

5

空气体积分数(%)

10

20

30

50

70

90

95

点燃现象

安静燃烧

安静燃烧

弱的

爆鸣声

强的

爆鸣声

强的

爆鸣声

弱的

爆鸣声

几乎不燃

烧和爆鸣

由上表可知,只要氢气的纯度超过70%,点燃时就不会出现爆鸣声。

⑵氢气燃烧实验时,气流速度慢了,火焰太小且易熄灭。若在天气较热的夏末秋初做些实验,很难看到有水滴产生,为此,做实验时,可将烧杯稍冷却后再罩在火焰上方。

实验中常常看到的是黄色火焰,这是由于玻璃中钠离子的焰色所致。要做好此实验,一是要注意气流不要太小,火焰小了,也很难看到蓝色火焰;二是将玻璃管换成金属管,点燃时可见明显的蓝色火焰。还可以在玻璃导管外套上一支口径为15~20cm的长玻璃管,可见火焰黄色明显减弱,出现蓝色火焰,并明显看到玻璃管壁出现水滴,一段时间后,可见水滴滴下。套上玻璃管,加速了空气对流,使氢气燃烧更加充分。如图12-5。

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氢气不纯的爆炸实验,若塑料筒体积较大,爆炸声很响,现象明显,给学生较强烈的刺激。但有一定的危险性,做此实验时一定要注意安全。

⑶用氢气还原氧化铜,由于氧化铜粉末颗粒较细,堆积在试管底部,很难与氢气充分接触,完全反应需要较长的时间。为此,可将氧化铜换成加热变黑的铜丝。将粗铜丝弯成螺旋状,在酒精灯上加热烤黑,表面生成薄薄的一层氧化铜,将此螺旋状铜丝置于试管内,通入氢气加热,反应所需要时间短,现象明显。

5.资源开发:

⑴氢气与空气混合爆炸实验可用滴瓶上的滴管代替。如图12-6所示。【原创】实验研究12——氢气的性质 - 蜀麓耕夫 - 蜀麓耕夫山野草堂

取一根滴瓶上的胶头滴管,去掉胶头,插到氢气发生器导管前的胶皮管上,点燃。立即拔掉胶皮管,手持滴管,尖端朝上,可见氢气仍然继续安静燃烧,随着氢气的消耗,空气进入滴管内,与氢气混合。1~2秒后,听到明显的爆炸声。此实验既可说明纯净的氢气可以在空气中安静燃烧,也可以说明氢气不纯后,遇明火爆炸。

此实验容器小,没有危险性,爆炸声也很响亮。

⑵在一个蒸发皿里,加入适量肥皂水,启动氢气发生器,将氢气通入肥皂水中,鼓起氢气泡后,随即向肥皂水中通入适量氧气。迅速用火柴点燃肥皂泡,立即发生尖锐的爆鸣声。如图12-7。

⑶取一只塑料方便袋,拎起袋口稍抖动,使袋内盛一定量的空气,将氢气发生器的导管伸入塑料袋内,扎紧袋口,收集氢气,根据袋子膨胀后的体积大小,估计空气与氢气的体积比大约为1∶1时,停止收集气体,取下塑料袋,扎紧袋口。将塑料袋吊悬于某物体上(比如实验室的水管上),用较长的燃着木条点燃塑料袋,可听到猛烈的爆鸣声。

此实验爆炸声音很响,但没有危险。

6. 创新思维:

取一根粗铜丝,将其弯成螺旋状,如图12-8所示。将铜丝放到酒精灯外焰部位加热至红热,使其表面氧化成黑色的氧化铜。

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用锥形瓶收集一瓶氢气,把红热的铜丝从酒精灯火焰上取出稍冷,让学生观察到外表的黑色氧化铜后,缓慢伸进集满氢气的锥形瓶口,可见铜丝很快变成紫红色。随即取出,铜丝又被氧化成黑色,再伸进锥形瓶,铜丝又变光亮的紫红色。如此可以反复多次。如图12-9。