制备氢气实验报告完整版

氢气的制法与性质2009级化学1班（2）组一、实验目的与要求熟悉启普发生器的原理和构造，掌握其操作技能；掌握演示H2的性质实验和安全操作技能；初步掌握H2还原CuO实验的方法。二、实验原理Zn+H2SO4(稀)ZnSO4+H2↑2H2+O22H2OH2+CuOCu+H2O三、仪器、材料与药品启普发生器、烧杯(500mL、150mL、50mL)、水槽、橡皮管、试管及试管架、玻璃导气管、玻璃尖嘴管、铁架台(配铁夹)、凡士林、塑料瓶或易拉罐、玻璃棒、酒精灯、玻璃丝、火柴、石棉网、洗瓶；洗涤剂溶液、CuSO4溶液、锌粒、稀H2SO4(1∶4)、氧化铜。四、实验内容1.利用启普发生器制取氢气启普发生器（如下图）由三部分组成。上面一部分是球形漏斗，下面一部分是玻璃球和玻璃半球所组成的容器，第三部分是带旋钮的导气管。打开旋钮时的状态关闭旋钮时的状态（1）涂凡士林密封。在旋钮处、底座的一侧、球形漏斗和玻璃球的磨口处三处分别抹上适量的凡士林，使其摩擦均匀光滑。（2）检查装置气密性。先打开导气管上的旋钮，由漏斗处注入水后，直到底部的玻璃半球装满，再关闭旋钮，继续从漏斗处注入水，当液面上升到球形漏斗的1/3处，在液面处划一记号，若数分钟内液面不下降，说明气密性好；若下降，则气密性不好，可继续涂凡士林密封。（3）缠化学纤维。在球形漏斗颈适当位置（稍下端即可）用化学纤维编绕数圈，以防止锌粒下落，编绕完化学纤维，应该用水检验一下，化学纤维是否编绕过多过紧，液体能否顺利流过。（4）装固体和液体。给启普发生器中加水至金属锌全部淹没处，倒水后量水的体积，这就是稀硫酸的体积。将容器侧身由上口或侧口处加入用CuSO4溶液浸泡过的锌粒，用玻璃棒将锌粒铺匀，将发生器放直，安上导气管，打开旋钮，由上口加入稀硫酸（V4SO2浓H∶VO2H=1∶4）至淹没锌粒处，关上旋钮，固、液分离，稀硫酸液面升至漏斗处。2.H2的性质（1）H2纯度的检验打开旋钮，用排水法收集一试管的H2，管口向下移近火焰，放开拇指，如有尖锐的爆鸣声，证明氢气不纯，要继续收集并检验，直至只发出轻微的“噗”声为止，此时H2已纯，可以使用。（2）H2在空气中燃烧检验纯度后，在导气管上连接一尖嘴玻璃管，点燃后，在深色背景下，可以明显看到氢气在空气中静静地燃烧，发出淡蓝色火焰（将制得的H2点燃，其火焰呈黄色，可能是玻璃中钠元素的干扰）。在火焰上方罩一干净烧杯，片刻烧杯内壁就有液体顺壁流下，该液体是水。反应方程式：2H2+O22H2O（3）H2与空气混合的爆鸣取一小塑料瓶，在底部凿一火柴梗粗细小孔，食指堵住小孔，排水法集满H2后，倒放于桌面上，口部垫上石棉网（将塑料瓶一半放在铁丝网处）以保证空气通畅。点燃火柴，放开手指，用火柴梗捅透小孔水磨，点燃H2，深色背景下因H2较纯，火焰燃烧平静，可以看到淡蓝色火焰。过一会儿，空气从盒底口流入，积到一定比例，发生爆鸣。采用向下排空气法收集H2，同上方法和空气混合爆鸣。当H2和空气的体积比为2∶5时，产生的爆鸣声音最大（H2与空气的混合气体发生爆鸣的极限为4%-74.4%，若筒内H2纯度过高超过爆鸣上限时，点火后首先是它的安静燃烧。由于燃烧消耗H2，使筒内压强变小，空气便从下口源源不断地进入筒内，当H2含量进入爆鸣范围，即发生爆鸣）。化学反应方程式：2H2+O22H2O（4）H2吹肥皂泡取少量洗涤剂用蒸馏水配成溶液，（V精洗洁：V水=1:2）。用橡皮管在洗涤液中蘸一下，管口仍朝下，慢慢开通H2流，待气泡出现后，将管口迅速反转朝上，轻轻摆动或用嘴吹，泡泡脱离管后，用火在气泡上方点燃，随着“噗”的一声，伴有黄色的火球出现（火球呈黄色由于洗涤剂中含有十二烷基苯磺酸钠）。化学反应方程式：2H2+O22H2O（5）H2还原CuO取一干燥的硬质试管，底部铺有薄薄一层氧化铜并倾斜安装于铁架台上（管口略低于底部），先通一会H2（除去试管中的空气，防止H2与空气混合，发生爆炸），然后加热，当管口有液滴出现时，CuO加热部位有黑色变为红热，在慢慢变为红紫色。撤掉酒精灯，继续通H2至试管冷却。检查紫红色的金属铜中是否含有Cu2O（砖红色），可将制成的紫红色金属铜取少量加入盛有稀H2SO4的试管中，观察溶液是否变蓝。反应方程式为：H2+CuOCu+H2OCu2O+H2SO4Cu+CuSO4+H2O五、注意事项1.使用启普发生器时，容器底座的活塞最好用绳子扎紧，以免H2压力过（因锌的颗粒小而落入酸液中不断反应使然），冲开活塞。2.为使反应速率更快，先将锌粒浸在CuSO4溶液中至发黑（锌用CuSO4浸泡，形成微电池，是反应速率加快），再给发生器中加入，在发生器周围包围上一圈，大约两勺即可。3.启普发生器使用完毕，用塞子堵住漏斗口，将发生器侧身，由下口倒出废酸液（统一收集），拔下导气管塞子，此处倒出余锌（要回收），将发生器洗干净，擦干净磨口处凡士林并垫一硬纸收藏。4.启普发生器使用过程中若要再添酸或锌粒，产生H2之后必须先验纯后使用，否则会出现不安全事故。5.H2吹肥皂泡因玻璃管表面光滑，沾不住皂液，难以吹成，故用橡皮管。在点燃气泡时，应该把点燃的火柴放在气泡上方等待气泡上来，如果在气泡下面追着气泡点燃，很难追上，所以应在气泡上方去点燃。6.H2与空气的混合气体发生爆鸣的极限为4%～74.2%(体积分数)。若筒内H2纯度过高即超过爆鸣上限时，点火后首先是它的安静燃烧。由于燃烧消耗H2使筒内压强变小，空气便从下口源源不断地进入筒内，当H2的含量进入爆鸣范围，即发生爆鸣。传统的方法是用排气法收集H2，筒内到底收集了多少H2全凭经验，这就为点燃H2能否使它爆鸣埋下隐患，教师无法把握是否能成功。六、相关文献与重点文献综述1.王志法.制备氢气的装置小结[J].数理化学习(初中版),2007,(09).中学化学中最常用于制备氢气的装置是启普发生器，但在实际的教学中由于启普发生器价格较贵且装置较大，平时用的比较多的是简易装置。2.罗华荣,彭晓玲.氢气的制取及其爆鸣实验的改进[J].中小学实验与装备,2009,(03).一般氢气的制取及氢气、氧气混合气爆鸣实验存在以下不足:实验装置繁锁、零部件多,携带不便;玻璃仪器在操作使用及爆鸣实验时存在不安全因素;药品用量多,不便回收,易造成浪费,污染环境;爆鸣实验点火时学生有紧张、恐惧心理,容易出事。对此,提出几点改进方法。3.刘勋.实验室制取氢气的学习要点[J].数理化学习(初中版),2004,(10).实验室制取氢气涉及到的知识点比较多，记忆起来比较费劲，现将其步骤简要总结为：“查”、“装”、“注”、“定”、“验”、“收”。七、参考文献[1]王志法.制备氢气的装置小结[J].数理化学习(初中版),2007,(09).[2]罗华荣,彭晓玲.氢气的制取及其爆鸣实验的改进[J].中小学实验与装备,2009,(03).[3]刘勋.实验室制取氢气的学习要点[J].数理化学习(初中版),2004,(10).