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        氫氣的制備與性質(zhì)微型實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

        2016-10-31 13:42:37康曉丹衷明華
        關(guān)鍵詞:改進(jìn)

        康曉丹 衷明華

        【摘 要】 本文所設(shè)計(jì)的氫氣制備及性質(zhì)的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)新方法,與常量制備及性質(zhì)驗(yàn)證的方法相比較,具有節(jié)約藥品、裝置簡(jiǎn)便、操作安全快速、污染小、現(xiàn)象十分明顯等優(yōu)點(diǎn)。符合微型無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)要求,是值得推廣的新實(shí)驗(yàn)方法。

        【關(guān)鍵詞】 微型實(shí)驗(yàn);改進(jìn);綠色化學(xué)

        【中圖分類號(hào)】G64.22 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089(2016)22-0-01

        化學(xué)在為人類創(chuàng)造財(cái)富的同時(shí),給人類也帶來了危難。現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)給環(huán)境帶來的污染已十分嚴(yán)重,超高量有害廢物的產(chǎn)生,給環(huán)境造成危害,并威脅著人類的生存。嚴(yán)峻的現(xiàn)實(shí)使得各國(guó)必須尋找一條不破壞環(huán)境,不危害人類生存的可持續(xù)發(fā)展的道路。而“綠色化學(xué)”已被許多國(guó)家公認(rèn)為新世紀(jì)化學(xué)進(jìn)展的主要方向之一?!翱沙掷m(xù)發(fā)展問題對(duì)科學(xué)的挑戰(zhàn)——綠色化學(xué)”,宣告了我國(guó)綠色化學(xué)研究和開發(fā)工作已正式起步。微型實(shí)驗(yàn)方法即是“綠色化學(xué)”的一部分,是化學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種新方法和新技術(shù)。

        微型實(shí)驗(yàn)具有實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)單便攜、試劑用量少、安全性高、成本低、適用于大多數(shù)中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn),是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革中的一個(gè)重要方面,在化學(xué)的其他領(lǐng)域也日益顯示出其重要作用。微型實(shí)驗(yàn)適合大多數(shù)學(xué)校使用,其中條件有限的學(xué)??梢再?gòu)買一套儀器進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),條件較好的學(xué)??梢宰寣W(xué)生自己動(dòng)手完成微型實(shí)驗(yàn),可以激發(fā)學(xué)生的強(qiáng)烈興趣。本實(shí)驗(yàn)正是利用了微型實(shí)驗(yàn)的這些優(yōu)點(diǎn),加之對(duì)課本實(shí)驗(yàn)不足之處的彌補(bǔ),將常規(guī)的氫氣的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)為一體化微型實(shí)驗(yàn),使該實(shí)驗(yàn)更加符合中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的要求。

        一、實(shí)驗(yàn)原理

        實(shí)驗(yàn)室制取氫氣通常采用鋅粒與稀硫酸反應(yīng)制得,其反應(yīng)原理是:

        Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑

        二、課本實(shí)驗(yàn)不足之處

        1、氫氣的制備與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的原實(shí)驗(yàn)難以控制實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行與結(jié)束。

        2、用排水法收集的氫氣難以干燥,在進(jìn)行氫氣還原氧化銅實(shí)驗(yàn)時(shí)可能導(dǎo)致試管破裂,氫氣的驗(yàn)純實(shí)驗(yàn),危險(xiǎn)性也比較高。

        3、氫氣的制備與性質(zhì)是分別進(jìn)行的,實(shí)驗(yàn)過程繁瑣,也比較浪費(fèi)時(shí)間,不切合當(dāng)前中學(xué)課堂的實(shí)際情況。

        因此,有必要對(duì)改實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)。

        三、實(shí)驗(yàn)改進(jìn)

        (一)實(shí)驗(yàn)用品

        微型儀器一套、注射器1支、鋅粒、含有少量Cu2+的稀硫酸、氧化銅絲、肥皂水、酒精燈等

        (二)實(shí)驗(yàn)裝置

        (三)實(shí)驗(yàn)步驟

        1、如圖所示,連接好裝置,并檢查裝置的氣密性。

        2、添加藥品:在U型管左側(cè)通過橡皮塞插入裝有稀硫酸的注射器,右側(cè)放入一個(gè)裝有鋅粒的內(nèi)套管,往右邊的具支試管中加入隨意曲折的CuO絲,在具支口用軟導(dǎo)管連接一注射器針頭,往針頭內(nèi)加入肥皂水。通過推動(dòng)注射器,加入稀H2SO4直到?jīng)]過鋅粒。

        3、檢驗(yàn)氣體純度:反應(yīng)有氣體生成時(shí),注射器針頭將不斷有泡泡逸出,通過點(diǎn)燃吹出的泡泡,即可檢驗(yàn)氣體的純度,若H2純凈,能聽到噗的一聲,若不純,則有尖銳的爆鳴聲。

        4、驗(yàn)證氫氣具有還原性:如上圖所示,當(dāng)檢驗(yàn)到裝置中的空氣已被排盡后,用酒精燈加熱具支試管中裝有CuO絲的地方,CuO絲由黑色變?yōu)榧t色的銅,撤去酒精燈,繼續(xù)通氫氣至裝置冷卻。

        5、驗(yàn)證氫氣的可燃性:將軟導(dǎo)管上的注射器針頭換上另一根干燥的針頭,在針頭處點(diǎn)燃H2。H2安靜地燃燒,火焰呈淡藍(lán)色。再在火焰上罩一冷而干燥的燒杯,燒杯壁上有水珠生成。

        四、改進(jìn)后的優(yōu)點(diǎn)

        1、本實(shí)驗(yàn)儀器簡(jiǎn)單,試劑用量少,節(jié)約實(shí)驗(yàn)用品(注射器能控制稀硫酸的用量,進(jìn)而控制反應(yīng)速率),且安全性較高。

        2、氫氣的驗(yàn)純和物理性質(zhì)可通過點(diǎn)燃肥皂泡來體現(xiàn),通過點(diǎn)燃肥皂泡來驗(yàn)證氫氣與空氣混合的爆炸實(shí)驗(yàn),更安全,更方便。同時(shí)由于氣泡往上飛,可證明H2的密度比空氣小?,F(xiàn)象直觀明顯。

        3、氫氣的制備和性質(zhì)實(shí)驗(yàn)一體化,簡(jiǎn)單實(shí)用;可通過酒精燈加熱與否來控制氫氣性質(zhì)實(shí)驗(yàn)的進(jìn)行與停止。

        五、設(shè)計(jì)反思

        本輪所設(shè)計(jì)的氫氣制備及性質(zhì)的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)新方法,與常規(guī)實(shí)驗(yàn)相比較:藥品用量可節(jié)約十分之一以上、反應(yīng)時(shí)間可縮短二十分之一以上、實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)便易行、制備及性質(zhì)驗(yàn)證可一體化完成,現(xiàn)象十分明顯,較好地實(shí)現(xiàn)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化、微型化的要求。同時(shí)所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)新方法可以使學(xué)生體驗(yàn)、感悟科學(xué)研究的過程、方法,達(dá)到培養(yǎng)實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力的目的。

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