探究实验设计之氢气的性质

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1、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。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。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

2、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：。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）。            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

3、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。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：3⑴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（%）9080705030105空气体积分数（%）10203050709095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

4、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

5、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。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：3⑴氢气与空气混合爆炸实验可用滴瓶上的滴管代替。如

6、图12-6所示。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

7、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。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

8、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。3