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第6章 氢气的制备实验操作和改进

一种制备氢气的新方法

镁带和饱和氯化铵溶液反应可以在实验室制备氢气。

实验装置和操作

(1)在氢气的发生装置(启普发生器)和收集装置中间加一个水洗氢气的装置;(2)将镁带用砂纸打磨掉表面的氧化膜,放入启普发生器的容器中;(3)把饱和氯化铵溶液注入启普发生器的球形漏斗中;(4)其余操作与锌粒和稀硫酸反应制备氢气相同。

实验现象和化学反应原理当饱和氯化铵溶液从球形漏斗流下,淹没镁带时,反应立即发生,放出大量氢气和氨气。混合气体通入水洗装置,除去了极易溶于水的氨气,然后导出的就是较纯净的氢气。

主要化学反应:

(1)氯化铵的电离;NH4Cl=NH+4+Cl-(2)NH+4的水解;NH+4+H2ONH3·H2O+H+(3)镁与溶液中H+的反应;Mg+2H+=Mg2++H2↑随着镁与溶液中H+的反应不断进行放出氢气,使NH+4的水解平衡不断向右移动,生成了大量的NH3·H2O,其分解放出氨气。

即:NH3·H2O=NH3↑+H2O(4)NH3与水的反应;(发生在洗气装置中)NH3+H2ONH3·H2O该方法的优点

(1)反应速度适中,易于控制。氢气放出平稳,易于收集。产气量充足,能满足中学有关氢气参加的实验需要。

(2)饱和氯化铵溶液配制简便,使用安全。

(3)镁带和氯化铵都是实验室常用固体试剂,非危险品,便于采购、运输、保管和使用。

用简易装置替代启普发生器

初中化学介绍了启普发生器和简易制氢气的方法。但在一般的农村中学中,由于各种条件所限,没有启普发生器。如果用简易法制氢气,则实验需用长颈漏斗,这要在一个小橡皮塞上打两个孔(一孔供装漏斗用,一孔供装导气管用),是有一定困难的。如果没有大试管而用一般的普通试管,由于所需塞子更小,打孔就更困难。陕西省南郑县第十中学孙林民、谷奕老师根据在教学中的摸索,利用废旧仪器组装了一套装置,可克服此不足,且简单易行。

方法是:取两个烧杯,大小均可,再取一支底部损有小孔的试管,大小试管均可(或取好试管一支,用砂石磨其底部至磨出一个小圆孔止,中a),再找一个直径与其试管内直径一样大小的塑料板,将上面钻许多如针眼一般大小的小孔(中b),准备一个装有导管的塞子(橡皮塞,软木塞均可)。这样仪器即全部准备完毕。

具体操作如下:

(1)将有小孔的塑料板平放于试管底部。

(2)装部分锌粒于塑料板上,塞上带有导管的橡皮(或软木)塞。

(3)向一个烧杯中装入稀硫酸或盐酸。

(4)将图3装置浸入盛酸烧杯中,则酸通过试管底部小孔和塑料板上的小孔与锌粒接触,产生氢气,从导管中导出。

(5)当不需氢气时,将试管从烧杯中取出,放到另一个空烧杯中。即停止产生氢气。

上述实验简单易行,又可利用废旧仪器,变废为宝,是实验条件较差的学校普遍可以采用的一种方法。

氢气密度演示器的构造和使用方法

氢气密度演示器的一种教学实验用气泡发生装置。主要解决现有气泡形成装置气泡成功率低的问题。它的主要特征湖北省襄阳县三中李文广、任正娥老师总结:

进气管(1)伸入到缓冲腔(3)内,并与缓冲腔相连接;进气管的前端设有向后或侧后回转的尖嘴(2);缓冲腔的出气管(4)上装有一个向外呈喇叭口形的贮液盘(5),该出气管端部略伸出贮液盘的底部。该仪器具有气泡形成成功率高,容易起飞,还可一次产生多个气泡的特点,若选用合适的发泡液,可使气泡成功率达到100%,并且还可以自动起飞。

与常用吹泡器对比有如下区别:

对比内容背景技术氢气密度演示器

成功率低约10%-20%,需要摆动或嘴吹,气泡才飞100%,可自动脱离仪器起飞可见度小如红枣大如雪梨干燥剂需要不需要寿命短,不到05分钟长,可超过30分钟体积不易控制,小了不易飞,大了易破可控制,大到一定程度自动升空色彩不一定是彩色的一定是彩色的连续性一次可产生一个气泡可连续产生2-7个气泡演示时间因成功率低,难控制2分钟保证完成操作程序繁简单,只需用橡皮导管将该仪器与氢气发生器连接即可使用。

操作步骤:

将进气管1与氢气发生器连接;将出气管4连同贮液盘5一起浸入吹泡液中,然后取出,出气口向上,轻轻打开气体开关,继续开到气流量最大的位置即可。

注意事项:

1吹泡液用洗涤液、甘油、蔗糖、水为原料,按2∶4∶1∶1的质量比配制的(若用肥皂水或洗衣粉溶液也可)。

2不可在出气管口点燃不纯的氢气泡。

氢气收集检验装置

氢气收集检验

铁与稀盐酸反应产生氢气的速度慢,收集检验都很困难。改用如图7的装置,效果很好。

在大试管中放入少量稀盐酸和铁屑,塞上带导管的橡皮塞,导管口伸入试管3/4以下,待反应进行一段时间后,取下橡皮塞并将试管口移至火焰前,可听到爆鸣声。

氢气性质实验的改进

氢气既有可燃性,放出大量的热,又有还原性,能把铜从它的氧化物中还原出来,通过实验已充分证明。那么,点燃产生的氢气,能否使氢气还原氧化铜的实验,在没有酒精灯加热的条件下得以成功?为了回答这个问题,上海嘉定戬浜中学凌凤根老师设计了如下实验。

实验装置和步骤:

氧化铜B具支试管C橡皮管D锌粒E盐酸1自制简易启普发生器:

(1)取32mm×200mm,20mm×200mm试管各1只,配上橡皮塞;(2)在大的橡皮塞上打孔,能使小试管顺利升降;在小的橡皮塞上打孔,能使玻璃导管通过(导管直径6mm);(3)在小试管的底部打4-5个小孔(小孔直径2mm左右,不让锌粒落下);(4)大试管里装盐酸(1∶1)50-70ml,小试管里装锌粒30-40克,具支试管里装少量氧化铜粉末。

2取具支试管一只,配上橡皮塞,在橡皮塞上打孔,配上玻璃导管(导管直径6mm)。

3把自制简易启普发生器,具支试管固定在铁架台上,配上橡皮管(内径6mm)。

4慢慢地按下小试管,使部分锌粒和盐酸接触反应,先检验氢气的纯度,然后点燃从尖嘴管出来的氢气,过一会(约2~3分钟)就可以看到黑色的氧化铜粉末逐渐变成光亮的铜。

实验结论和说明:

①由于实验装置密闭,氢气浓度随时可以控制,所以氧化铜还原前后始终处于还原性气氛中,同时点燃氢气后的温度也较高,所以实验现象明显。

②本实验可以完成有关氢气性质的全部实验,能清楚地了解氢气的物理性质和化学性质,为氢气的重要用途作了充分的论证。(氢气流吹泡,可以不用干燥剂,实验中所用的肥皂水用洗洁精加几滴甘油来代替,产生的气泡多;并且,要使气泡大,只要装上直径6mm的玻璃导管即可)。

③本装置简单,不用启普发生器,不用酒精灯,节省了化学药品和教学仪器,可以在教室内作随堂演示。

制取氢气装置的改进

实验装置

实验操作

使用时,在D管口用洗耳球将酸压入B瓶中,利用虹吸作用,酸一压过C管后,就会自动地连续流入B瓶,当酸液沿过玻璃棉(或碎塑料块)并与其面上的锌粒接触时,酸即与锌反应,放出氢气并通过E管导出。如需压力稍大一点的氢气,则只要将D管口上的胶管用弹簧夹夹住即可。

如暂时不需要氢气,可将E管出气口上的胶管夹住,(D管口必须敞开)则B瓶中的氢气将酸通过O管压回A瓶储存。由于锌粒与酸脱离接触,反应停止,不再继续产生氢气。

以上装置通过使用证实:该装置既安全又轻便,只要按操作规则操作,赶尽B瓶内混入的空气,就能安全地产生稍高压力、较大气量、连续性好的氢气,从而达到较好的实验效果。

干态制氢有新法

通常,实验室采用启普发生器,利用锌粒和稀硫酸进行反应来制取氢气。也可采用大试管,利用铝块和浓氢氧化钠溶液反应(2Al+2NaOH+2H2O=2NaAlO2+3H2↑)快速制取氢气。上述两种制取氢气的方法的共同特点是:化学反应都是在溶液中进行。山东费县第二中学侯荣田、李文善老师介绍了采用制取氧气的装置,利用锌粉与氢氧化钠进行反应制取氢气的新方法。具体做法如下。

将用研钵研碎的25角匙NaOH与2角匙锌粉均匀混合(NaOH∶Na=5∶4)并立即装入试管,用带导管的胶塞紧塞,然后固定在铁架台上。用酒精灯加热试管,并用排水或向下排气法收集一试管不纯的氢气,将试管口对准酒精灯焰,发出尖锐的爆鸣声。再通过排水或向下排气法收集氢气,并做有关其他氢气的性质实验。

化学反应原理:Zn+2NaOH=Na2ZnO2+H2↑该法制氢有如下优点不用启普发生器,解决了农村中学没有启普发生器的困难。该装置简单、操作方便,制氢速度比较快,而且制得的氢气纯净。药品易得,安全可靠、富有新意,摆脱了传统湿态制氢的唯一方法。

检验氢气的新装置

装置的制作

取两个塑料眼药瓶,截去瓶底和尖嘴部分。在瓶嘴上,分别按上长约3~4cm的玻璃管和一个尖嘴玻璃管,将一塑料眼药瓶底放在沸水中软化扩口,套在另一瓶底上,再在无尖嘴的玻璃管上套上塑料管,连在启普发生器的导管上,即可做下列实验。

实验的项目和操作方法(1)在氢气流吹肥皂泡中,此装置可代替球形干燥管,分开两眼药瓶,容易放干燥剂,由于干燥剂放置距离大,气流经过干燥剂的时间长,干燥充分。

(2)氢气在空气里燃烧,在尖嘴导管口,点燃纯净的氢气,火焰有时较小,不易观察。用此装置,当火焰较小时,用手挤压塑料眼药瓶,火焰就会变大,容易观察。

(3)当眼药瓶内充满氢气时,关闭的启普发生器导管的活塞,挤压眼药瓶,约排出整个眼药瓶体积的1/2的氢气。松手会吸进空气,点燃,就会发生爆炸,两眼药瓶分开,不发生任何危险。

(4)在检验氢气的纯度中,可检验出启普发生器内氢气的纯度,打开活塞,约气体充满后,关闭活塞。用手压挤塑料眼药瓶,同时点燃。氢气较纯时会安静燃烧,若不纯会发生爆炸,两眼药瓶分开。

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