對氫氣的制備與性質實驗的微型化改造

薛燕娜 許衛鵬 衷明華

化學是一門以實驗為基礎的自然學科，常以其直觀性、趣味性來激發學生的學習興趣，從而加強學生對知識的理解和把握。針對潮州農村地區初級中學實驗條件差、藥品缺、實驗開課率低、化學實驗教學難等問題，我們現以初中化學教材中最典型、最有代表性的“氫氣的制取和性質實驗”為例進行微型化改造，從而實現降低成本、簡化操作、突顯現象、確保安全、節能環保等目的。

一、實驗原理

氫氣的制取和性質實驗在人教版第67頁、魯教版第86頁、科教版第134頁中均有安排，主要涉及的反應方程式為：

Zn+H₂SO₄=ZnSO₄+H₂↑；

2H₂+O₂=2H₂O；

H₂+CuO=Cu+H₂O。

二、課本實驗的不足之處

課本上實驗步驟雖簡單，但操作效果往往不理想，主要表現為：

1.反應速度過慢且難以控制，所需時間偏長且試劑用量偏大，既不環保，也不安全。

2.在玻璃尖嘴管處點燃氫氣，火焰呈黃色，易掩蓋氫氣本身的淡藍色，給學生造成誤會，且尖嘴處受熱易封口。

3.市售鋅粒純度較高，反應速率較慢，導致氫氣收集率不高。

4.氫氣還原氧化銅絲，氫氣量少，與銅絲接觸面小，反應現象不明顯，不利于觀察。

三、實驗的改進

1.實驗用品

儀器：微型儀器一盒；

試劑：銅絲、電池殼（收集）、稀硫酸、氧化的銅片、無水硫酸銅、洗潔精水。

2.實驗裝置示意圖

備注：①表面被氧化的銅片 ②稀硫酸 ③用銅絲穿過后捆綁的電池殼 ④針頭 ⑤無水硫酸銅 ⑥用銅絲綁著的火柴 ⑦洗潔精水

3.實驗步驟與現象

（1）按示意圖所示連接裝置，并檢驗氣密性。

（2）添加藥品：在具支U形管左側內套管中加入足量稀硫酸溶液，用一根銅絲穿過并捆綁廢舊電池殼，固定在橡膠塞中。同時在U形管底部放入表面被氧化的銅片，往右側內套管中加入無水氯化鈣。

（3）氫氣驗純實驗：下壓銅絲使電池殼浸泡在稀硫酸中，此時裝有洗潔精水的針頭上有氣泡逸出，迅速地用銅絲捆綁的帶火星的火柴點燃。若H2純凈，能聽到“噗”的一聲，若不純，則有尖銳的爆鳴聲。

（4）驗證氫氣具有還原性：驗純后，用酒精燈加熱U型管底部，直至觀察到銅片表面由黑色變為紅色，撤去酒精燈，繼續通氫氣至裝置冷卻。

（5）驗證氫氣的可燃性：驗證還原性之后，用火柴在針頭處點燃H2。H2安靜地燃燒，火焰呈淡藍色。再在火焰上罩一冷而干燥的燒杯，燒杯壁上有水珠生成。

四、實驗改進后的優點

1.采用微型實驗，裝置組裝簡單且節省藥品，有利于在農村地區初級中學實驗教學中推廣。

2.實現氫氣的制取、驗純和性質實驗的統一，簡化實驗步驟。

3.利用銅絲捆綁電池殼浸沒酸液構成鋅銅原電池來加快反應速率，通過拉動銅絲來控制反應的進行與停止，同時利用廢舊的電池殼來做實驗，就地取材，符合綠色化學的教學理念。

4.U形管中一內套管盛裝無水硫酸銅，便于檢驗氫氣與氧化銅生成的水。

5.玻璃尖嘴管改換成針頭，消除氫氣燃燒時顏色受干擾的困惑。

（責任編輯 羅 艷）