氢气的制备与性质微型实验改进

康晓丹　衷明华

【摘 要】 本文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。符合微型无机化学实验要求，是值得推广的新实验方法。

【关键词】 微型实验；改进；绿色化学

【中图分类号】G64.22 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）22-0-01

化学在为人类创造财富的同时，给人类也带来了危难。现代化学工业给环境带来的污染已十分严重，超高量有害废物的产生，给环境造成危害，并威胁着人类的生存。严峻的现实使得各国必须寻找一条不破坏环境，不危害人类生存的可持续发展的道路。而“绿色化学”已被许多国家公认为新世纪化学进展的主要方向之一。“可持续发展问题对科学的挑战——绿色化学”，宣告了我国绿色化学研究和开发工作已正式起步。微型实验方法即是“绿色化学”的一部分，是化学实验的一种新方法和新技术。

微型实验具有实验装置简单便携、试剂用量少、安全性高、成本低、适用于大多数中学化学实验的特点，是化学实验教学改革中的一个重要方面，在化学的其他领域也日益显示出其重要作用。微型实验适合大多数学校使用，其中条件有限的学校可以购买一套仪器进行演示实验，条件较好的学校可以让学生自己动手完成微型实验，可以激发学生的强烈兴趣。本实验正是利用了微型实验的这些优点，加之对课本实验不足之处的弥补，将常规的氢气的制备及性质实验改进为一体化微型实验，使该实验更加符合中学化学实验的要求。

一、实验原理

实验室制取氢气通常采用锌粒与稀硫酸反应制得，其反应原理是：

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

二、课本实验不足之处

1、氢气的制备与性质实验的原实验难以控制实验的进行与结束。

2、用排水法收集的氢气难以干燥，在进行氢气还原氧化铜实验时可能导致试管破裂，氢气的验纯实验，危险性也比较高。

3、氢气的制备与性质是分别进行的，实验过程繁琐，也比较浪费时间，不切合当前中学课堂的实际情况。

因此，有必要对改实验进行改进。

三、实验改进

（一）实验用品

微型仪器一套、注射器1支、锌粒、含有少量Cu2+的稀硫酸、氧化铜丝、肥皂水、酒精灯等

（二）实验装置

（三）实验步骤

1、如图所示，连接好装置，并检查装置的气密性。

2、添加药品：在U型管左侧通过橡皮塞插入装有稀硫酸的注射器，右侧放入一个装有锌粒的内套管，往右边的具支试管中加入随意曲折的CuO丝，在具支口用软导管连接一注射器针头，往针头内加入肥皂水。通过推动注射器，加入稀H2SO4直到没过锌粒。

3、检验气体纯度：反应有气体生成时，注射器针头将不断有泡泡逸出，通过点燃吹出的泡泡，即可检验气体的纯度，若H2纯净，能听到噗的一声，若不纯，则有尖锐的爆鸣声。

4、验证氢气具有还原性：如上图所示，当检验到装置中的空气已被排尽后，用酒精灯加热具支试管中装有CuO丝的地方，CuO丝由黑色变为红色的铜，撤去酒精灯，继续通氢气至装置冷却。

5、验证氢气的可燃性：将软导管上的注射器针头换上另一根干燥的针头，在针头处点燃H2。H2安静地燃烧，火焰呈淡蓝色。再在火焰上罩一冷而干燥的烧杯，烧杯壁上有水珠生成。

四、改进后的优点

1、本实验仪器简单，试剂用量少，节约实验用品（注射器能控制稀硫酸的用量，进而控制反应速率），且安全性较高。

2、氢气的验纯和物理性质可通过点燃肥皂泡来体现，通过点燃肥皂泡来验证氢气与空气混合的爆炸实验，更安全，更方便。同时由于气泡往上飞，可证明H2的密度比空气小。现象直观明显。

3、氢气的制备和性质实验一体化，简单实用；可通过酒精灯加热与否来控制氢气性质实验的进行与停止。

五、设计反思

本轮所设计的氢气制备及性质的微型化学实验新方法，与常规实验相比较：药品用量可节约十分之一以上、反应时间可缩短二十分之一以上、实验装置简便易行、制备及性质验证可一体化完成，现象十分明显，较好地实现了化学实验绿色化、微型化的要求。同时所设计的实验新方法可以使学生体验、感悟科学研究的过程、方法，达到培养实践能力和创新能力的目的。