氢气的制备与性质_精品文档.docx

氢气的制备与性质_精品文档.docx

《氢气的制备与性质_精品文档.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《氢气的制备与性质_精品文档.docx（3页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

实验：

氢气的制备与性质

一、实验目的与要求

1、熟悉启普发生器的原理和构造，并掌握其操作技能；

2、掌握演示H2的性质实验和安全操作技能；

3、初步掌握H2还原CuO实验的讲解方法。

二、实验原理

物理性质：

氢气是无色无味并且密度比空气小，极难溶于水的气体。

化学性质：

①可燃性氢气极易燃烧，纯净的氢气在空气中安静地燃烧，发出淡蓝色火焰。

②还原性氢气具有还原性，可还原一些金属氧化物。

制备原理：

本实验采用活泼金属置换酸里的氢制的氢气，一般采用金属锌和H2SO4反应，实验方程式为：

Zn+H2SO4＝ZnSO4+H2↑

性质验证实验方程：

   2H2+O2点燃2H2O

H2+CuO△Cu+H2O

启普发生器的原理：

先拔去连接导气管的胶塞，小心地把颗粒固体物装入中球。

然后塞紧胶塞，把活塞打开，将液体从球形漏斗倒入。

注入液体后，液体先充满下球斗，继而上升到中球，并跟颗粒物接触，发生反应，产生气体，经导管并通过活塞放出。

不用时，关闭活塞，气体不能放出。

中球内的压强增大，把液体压入下半球，再沿长颈上升到球形漏斗里，使颗粒物跟液体脱离接触，反应颗粒物的要求：

①：

固体块状或颗粒，并不会迅速溶解在液体中。

②：

发生的反应不放出大量的热。

③：

产生的气体不溶于反应液体。

气密性的检查：

本实验用液差法检查气密性。

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、蒸发皿（盛皂液）、石棉网、洗瓶；洗涤剂溶液、CuSO4溶液、锌粒、稀H2SO4（1∶4）、甘油、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（如图3-8）由三部分组成。

上面一部分是球形漏斗，漏斗口用于加入液体，中间部分是玻璃球，上面的口用于加固体和导气；下面一部分是玻璃半球，反应完毕后，把废液从小口处倒掉。

装料前，先检查各接缝处的气密性。

方法是关住旋钮，由漏斗处注入水后，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，可涂凡士林密封。

2、反应的发生：

   将Zn粒放入启普发生器中，给启普发生器中加水至将金属锌全部淹没处，倒水后量水的体积，这就是稀硫酸的体积。

（如果是浓H2SO4，则按与水体积1:

4的比配制稀H2SO4）

   在球形漏斗颈适当位置用玻璃丝编绕数圈，或穿一塑料片，以阻止锌粒下落（这是因为随着反应的进行，Zn粒逐渐变小，会掉在玻璃半球中）。

   将容器侧身由上口或侧口处加入用CuSO4溶液浸泡过的锌粒，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，由上口加入稀硫酸至淹没锌粒处，关上旋钮，固、液体分离，稀硫酸液面升至漏斗处。

   3、H2的性质：

   ①H2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，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。

   ②H2在空气中燃烧

   检验纯度后，在导管上连接一尖嘴玻璃管，点燃后，在深色背景下，可明显看到氢气在空气中安静地燃烧，发出淡蓝色火焰。

在火焰上方罩一干净烧杯，片刻烧杯内壁就有液滴顺壁流下。

   ③H2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，口部垫上石棉网以保证空气通畅。

点燃火柴，放开手指，用火柴梗捅透小孔水膜，点燃H2，深色背景下因H2较纯，火焰燃烧平静，可看到淡蓝色火焰。

过一会儿，空气从盒底口流入，积聚到一定比例，发生爆鸣。

当H2和空气的体积比为2∶5时，产生的爆鸣声音最大。

   ④H2吹肥皂泡

   取少量洗涤剂用蒸馏水配成溶液，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。

   ⑤H2还原CuO

   取一干燥的硬质试管，底部铺薄薄一层氧化铜并倾斜安装于铁架台上（管口略低于底部），先通一会儿H2，然后加热，当管口有液滴出现时，CuO加热部位由黑色变为红热，再慢慢变为紫红色。

撤掉酒精灯，继续通H2至试管冷却。

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压力过大（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，再给发生器中加入。

   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），将发生器清水冲洗干净，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，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。

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、讨论与研究

   1.实验室中不用金属Al或Fe与酸反应制H2，是因为Al和冷的稀H2SO4反应太慢，普通Fe和酸反应，生成的H2中含有H2S等杂质太多。

同样，不能用盐酸代替H2SO4，是由于盐酸易挥发，放热反应使生成的H2中含有HCl气体。

   2.实验室制得的H2有一股特殊气味，是由于Zn和酸不纯所致。

其中含有AsH3（剧毒）、H2S（剧毒）、SO2等。

AsH3来自H2SO4中所含的微量砷，H2S来自Zn中的微量ZnS，SO2是H2SO4的还原产物。

可将气体通过KMnO4溶液除去AsH3，通过NaOH溶液除去H2S、SO2，通过浓H2SO4除去水。

   3.将制得的H2点燃，其火焰呈黄色，若将玻璃管换为金属管后火焰仍然为黄色。

这就不能简单地认为是一个玻璃中钠元素的干扰问题。

我们取一双通的粗玻璃管，铁架台上夹好后，在其背面贴上黑纸，造成一个深色背景，然后将具有黄色火焰的H2导管伸进粗玻璃管内，慢慢上下移动，直到调节至火焰呈淡蓝色为止。

该实验中，就是原来在玻璃导管上的黄色火焰，此处也呈淡蓝色。

对此，我们可认为，氢焰在粗管中燃烧，就像在火焰上方挂了一个烟囱，加快了空气对流，供氧充分所致。

   4.启普发生器是荷兰一个名叫启普（Kipp,P.J,1808-1864）的药品商所发明。

其使用优点是：

用时只要使固液体接触，就会有气体发生；不用时只要关上导气管上的旋钮，液体因受容器内压力就能自动与固体分开，终止反应。

实验时用它既方便又节约药品和时间。

缺点是每次装药量太大，体积大，来回移动不方便。

根据启普发生器的原理，有许多简易装置如下图，可供参考。