氢气的实验室制法实验报告

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氢气的制法与性质

一、实验原理

1. 氢气(H2)的性质

(1) 物理性质:无色无味,密度为0.09kg/m3,小于空气,熔点:-259.2℃,沸点:-252.77℃,难溶于水,所以可以用排水集气法收集氢气。

(2) 化学性质:常温下,氢气的性质很稳定,不容易跟其它物质发生化学反应。但当条件改变时(如点燃、加热、使用催化剂等),情况就不同了。如氢气被钯或铂等金属吸附后具有较强的活性(特别是被钯吸附)。金属钯对氢气的吸附作用最强。

OH2点燃2222OH

CuO+ H2 = Cu+ H2O

2. 制法

Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2↑(利用启普发生器)

二、实验过程与实验操作现象

1. 利用启普发生器制取氢气

启普发生器如图所示由三部分构成。最上面为球形漏斗,下面一部分是玻璃球和玻璃半球组成的容器,第三部分为带旋钮的导气管。

(1) 检验气密性 装料前先检查气密性,方法如下:关住导气管上的旋钮,由漏斗处注入水,在液面处划一记号,若数分钟内液面不下降则说明气密性好,否则可涂凡士林密封。

(2) 装料 给启普发生器中加水至将锌粒全部淹没,倒水后量水的体积,这就是稀硫酸的体积。

给球形漏斗颈处适当位置用玻璃丝缠绕数圈,或穿一塑料片防止锌粒下落。

将容器侧身由上口处或侧口处加入用CuSO4浸泡过的锌粒,再将漏斗插入,用玻璃棒将玻璃丝拨至容器细颈处后,将发生器放直,安上导气管,打开旋钮,由上口处加入稀硫酸(VH2SO4:VH2O=1:4)至淹没锌处,关上旋钮,固、液体分离,稀硫酸液面上升至漏斗处。

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H2,管口向下移近火焰,放开拇指,如有尖锐的爆鸣声则说明氢气不纯,要继续收集并检验,直至只发出轻微的“噗”声为止,此时氢气已纯,可以使用。

(2) H2在空气中燃烧 检验纯度后,在导管上接一尖嘴玻璃管,点燃后在深色背景下可明显看到氢气在空气中安静燃烧,发出淡蓝色火焰。在火焰上方罩一干燥烧杯,片刻烧杯内壁有液滴顺壁流下。

(3) H2与空气混合气的爆鸣 取一小塑料瓶或一端开口的易拉罐饮料盒(20~120ml)在底部凿一火柴梗粗细的小孔,食指堵住小孔后排水法集满H2倒放在桌面,口部垫上石棉网保证空气流通,点燃火柴放开手指以火柴梗捅透小孔水膜点燃H2火焰燃烧较平静,为淡蓝色。过一会,空气由盒底流入积聚到一定比例发生爆鸣(当氢气和空气比例为2:5时,爆鸣声音最大)。

(4) H2吹肥皂泡 取少量洗涤液用蒸馏水稀释为溶液,为增加黏度可滴加几滴甘油。用橡皮管在洗涤液中蘸一下,管口仍朝下,慢慢开通氢气流,待气泡出现后,将管口迅速反转向上,轻轻摆动或用嘴吹气,泡泡脱离管口,用火在气泡上方点燃,随着“噗”的一声伴有黄色火球出现。

(5) H2还原CuO 取一干燥的硬质试管,底部铺一层薄薄的氧化铜并倾斜安装于铁架台(管口略低),先通一会儿H2,然后加热,当管口有液滴出现CuO加热部位由黑色变为红热再变为紫红色,撤掉酒精灯,继续通H2至试管冷却。检查紫红色金属铜去少量加入盛有稀H2SO4的试管中观察溶液是否变蓝: Cu2O+H2SO4=Cu+CuSO4+H2O

三、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压力过大(因锌粒的颗粒过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,先将锌粒在CuSO4中处理至发黑再加入反应器。

3. 启普发生器使用完毕,用塞子堵住漏斗口,将发生器侧身,由下口倒出酸废液,拔下导气管塞子,此处倒出余锌回收,将发生器用清水洗干净,擦干净磨口处,涂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,产生H2之后必须先验纯后再使用,以防不安全事故。

5. H2吹肥皂泡因玻璃管表面光滑,粘不住皂液,难以吹成,故用橡皮管。此外还可用竹管来代替。

6. H2与空气的混合气体发生爆鸣的极限为4%~74.4%(体积分数),若管内氢气纯度过高则超过爆鸣上限,点火后它首先安静燃烧,由于燃烧消耗氧气,管内压强减小,空气由下口不断进入管内,当含量进入爆鸣范围则发生爆鸣。传统方法为排水法收集氢气,管内氢气含量靠经验判断,为点燃后是否发生爆鸣埋下隐患。

四、相关文献与重点文献综述

文献:吴孙波,《 氢气的实验室制法》[J]. 中学生理科月刊,2002,(8):44.

本文中作者先对实验室制备氢气的药品的选择做了合理探讨,从反应速率、纯度和成本多方面考虑选定锌粒和稀硫酸。强调了气体发生装置为固-液不加热型,要先验纯后收集,,并且给出了收集方法。最后选用干净的烧杯和澄清石灰水来验证燃烧产物中的水和二氧化碳。此方法操作步骤简洁清晰,有利于较好的完成实验。

五、参考文献

1.杨鸾芳,《论氢气的实验室制法和性质实验的改进》[J].中学化学实验研究,2002,03(04):51~52.

2.赵华、陈兴玉, 《“氢气的实验室制法的教学实录”》[J].化学教学, 2005,(03).

3. 王琦、韩京、于淑贤,《氢气的实验室制法教案》 [J].化学教学,1998,(04).

4. 金发兴、刘云德, 《浅谈氢气实验室制法实验装置的选择》[J].化学教学,,1999,(02).

5. 刘芳,《氢气实验室制法的条件探索》 [J].零陵师范高等专科学院学报,

2001,(03).

6. 何朝东.《氢气的实验室制法——目标导学教案》 [J]. 化学教学,1994,(12).