氢气制取和性质实验的改进与建议

2017-01-05潘国荣李文勇

化学教学 2016年11期

潘国荣+李文勇

摘要：氢气的制取和性质实验是初中化学三种重要气体的制取与性质实验之一。对氢气的制取、检验、还原性实验所用仪器规格提出了建议；对氢气检验中手持试管的方法和对准酒精灯火焰位置方法等提出了一些改进建议。减小了仪器的规格，降低了药品的用量，改进了操作方法，使实验变得安全、节约、环保、高效。

关键词：氢气制取；启普发生器；氢气性质；氢气检验；实验改进

文章编号：1005–6629（2016）11–0067–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

氢气的制取和性质实验是初中化学三种重要气体的制取与性质实验之一。按照教科书的设计与操作，携带的仪器比较笨重，显得很不方便；一些操作从图示看不太符合实际，有的还有危险。为此我们对教科书的一些操作方法进行了改进，并提出了建议。

1 教科书的实验设计与操作

1.1 教科书中氢气的制取

教科书[1～3]图示的氢气制取装置大多数采用铁架台固定大试管作反应容器，或者直接使用启普发生器，如图1、图2、图3所示。

1.2 氢气的还原性实验

用氢气还原氧化铜时，教科书[4]是用硬质大试管装氧化铜粉末，把大试管固定在铁架台上，如图4所示。

1.3 氢气纯度的检验

教科书[5]用与作为反应容器大小相同的大试管收集氢气进行实验，如图1、图3所示。

在检验氢气纯度的操作中，教科书[6，7]是采用4个手指握住试管、拇指堵住试管口，到火焰上方去点燃氢气来检验的，如图5、图6所示。

2 教科书实验设计与操作的不足

2.1 制取装置的不足

人教版教科书所用的制取装置图示从二十世纪七十年代出版以来很少变化。使用铁架台固定大试管作为制取氢气的简易装置并不理想，仪器笨重携带不便，安装操作也不方便。

2.2 收集试管比例不恰当

在课堂上收集氢气的主要用途，一是观察氢气的颜色，二是闻氢气的气味，三是检验氢气的纯度。无论用途是哪一个，都不需要用大试管来收集氢气。而教科书收集氢气的图示中，无论是排水法收集氢气还是向下排空气法收集氢气，所画的收集用试管比例跟制取氢气作容器所用的大试管完全等同而没有区别，这是不准确的。

2.3 检验氢气方法操作不妥当

教科书图示用4个手指握住试管、拇指堵住试管口，到火焰的上方去点燃氢气以检验纯度，这样拿持试管的方法和操作是不方便和危险的。我们通过测量，这样拿持试管时，靠近拇指的食指距离试管口大约是2cm，拿到火焰上方去点燃，很容易烧到手。学生操作时，容易发生危险，许多学生不敢操作。

2.4 还原性实验使用试管太大

教科书只是要求使用硬质试管，没有说明规格。从图示比例来看，大约是25mm×200mm。试管规格太大了，使还原反应需要的时间比较长，且造成不必要的浪费。

3 某些已经发表的改进述评

3.1 常规改进的实验

张秀华老师[8]用广口瓶作制取装置的反应容器，用小塑料药瓶盛装锌粒，用T型三通管连接铝管或铁管作尖嘴管点燃氢气，用大试管进行还原性实验，制取与性质实验的装置连接在一起。虽然改进有许多优点，但不足的是反应容器较大，造成浪费；课外连接后不方便携带，课堂连接也并不简便；点燃处需要另外固定，否则装置不稳定等。

成建福、杜光艳老师[9]改进的第一组是用矿泉水瓶作为制取装置的反应容器，用有孔塑料袋盛装锌粒；第二组是用饮料瓶作为制取装置的反应容器，带孔酸奶瓶盛装锌粒。第一组改进所用矿泉水瓶由于其轻、高、软的特点，容易使装置不稳定，不方便操作。第二组改进所用饮料瓶与酸奶瓶之间难以使其密封而不漏气，同时也有装置不稳定、操作不方便等不足。这两组改进的反应容器都偏大，造成浪费。

3.2 微型化改进的实验

蔡奕红等老师[10]用微型操作台、注射器、针头、具支试管、微型气体发生器等组装实验装置。可存在的问题是，装置微型化，但是由于装置不够稳定，需要铁架台固定，注射器加酸没有分液漏斗方便，且没有氢气的检验步骤，产生氢气的量太少，难以持续燃烧产生火焰，不能看到小烧杯里有水雾等。

叶佳玲等老师[11]用微型仪器一套（包含具支试管、U型管等）、注射器、有孔塑料板、板铜丝等组装实验装置。其改进的亮点是用无水硫酸钙、无水硫酸铜先对氢气进行干燥，用无水硫酸铜检验还原氧化铜中水的生成。存在的主要问题是，装置组装比较复杂，装置中的仪器也不够稳定，需要携带铁架台固定，注射器加酸也没有分液漏斗方便，没有氢气的检验步骤等。

陈婉玲等老师[12]用具支试管、具支U型管、内套管、多用滴管、直行通气管等组装实验装置。改进的亮点是用无水氯化钙先对氢气进行干燥，用氧化的铜丝代替氧化铜粉末。存在的主要问题是仪器装置不够稳定，加工带凹槽的具支试管不容易，组装实验装置和操作不方便，不能看到氢气还原氧化铜生成水的实验现象，移动燃着的蜡烛点燃氢气安全性不高等。

周正祥等老师[13]利用注射器作为制取氢气的反应容器、洁厕液和废旧电池的锌片作为反应药品、眼药水瓶收集氢气进行纯度检验、粗针头作为燃烧尖嘴管等。该实验设计可以作为学生的课外探究活动或家庭趣味实验，能够提高学生的动脑动手探究能力，但是在课堂教学中使用效果并不理想。

上述微型化改进的共同缺点是：（1）产生氢气量太少，缺少对氢气纯度的有效检验，不利于对学生进行安全教育。（2）装置中的仪器都不能够稳定自立，需要携带两个铁架台来固定，比较笨重。（3）氢气燃烧效果不理想，实验现象不明显。（4）实验操作都比较复杂，不简洁。（5）作为演示实验，可见度小，且很难在课堂教学中满足氢气检验、点燃、还原性等的教学需要。

4 对实验的改进和建议

4.1 制取装置的反应容器

建议改用100～150mL的集气瓶、广口瓶或锥形瓶等作为氢气制取简易装置的反应容器，用50～60mL分液漏斗或者30～50mL注射器来添加酸液，由于反应容器的底部面积大，整个装置高度低，因而能够稳定自立，不再需要铁架台固定。装置小巧轻便有利于教师携带，也方便安装操作等，如图7所示。

4.2 使用试管的规格

选择导管细一点。还原氧化铜使用的试管，建议使用15mm×150mm，不要大于18mm×180mm。用玻璃棒把氧化铜粉末碾压一下，尽量使氧化铜平铺在试管里，这样需要的氧化铜可以少一点，酒精灯火焰也容易包住试管，使反应快一点（一般2min左右就可以观察到明显的实验现象），如图8所示，以提高课堂教学效果。

收集氢气检验纯度使用的试管建议在 12mm×70mm～12mm×100mm之间就可以了，不要大于15mm×150mm。试管小，收集时间可以缩短，而且氢气量少了，检验时不纯氢气点燃发出的声音也不会太大，对酒精灯火焰也不会造成大的冲击，既达到实验目的又比较安全。