實驗室制氫氣細節(jié)

【專家解說】：氫氣的實驗室制取和性質實驗 一,實驗目的 1.掌握啟普發(fā)生器的使用方法; 2.熟練地掌握氫氣的實驗室制取和性質實驗的操作技能; 3.研究氫氣制取及性質實驗的教學方法. 二,實驗用品 硬質試管(25×200mm,附有導管的橡皮塞和90°玻璃尖嘴導管)1只,長頸漏斗1個,啟普發(fā)生器(250mL,附塞球形漏斗口的橡皮塞1只,30°玻璃管1根,尖嘴玻管長10cm1根)1套,干燥管1只(附5cm長的直玻管的橡皮塞),燒杯(500mL,50~100mL各1只),玻璃水槽(外徑240mm)1個,試管(18×150mm)2只,鐵架臺2個(附鐵夾,鐵環(huán)各1個),儲氣瓶1個(同體積500mL的分液漏斗和吸濾瓶各1個,尖嘴導管和彈簧夾各1個),酒精燈1個,小試管2只,量筒2只(10mL,50mL各1個),玻棒1根,坩堝鉗1把,石棉絨(或玻璃纖維)若干,直玻管1根(長30cm),火柴,蒸發(fā)皿1個,鐵筒(或塑料筒)1個,高錳酸鉀,酒精,海鷗洗滌劑,洗衣粉,香肥皂,甘油,氧化銅,凡士林,無水氧化鈣,稀硫酸(1:4),粗鋅粒,洗潔精. 三,實驗步驟 (一) 啟普發(fā)生器的安裝和使用以及氫氣的實驗室制取 1.安裝 實驗室里制取氫氣通常是在啟普發(fā)生器中用鋅粒與稀硫酸(1:4)反應制得的.其反應方程式是: Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑ 啟普發(fā)生器是由上部的球形漏斗1和下部的容器2(玻璃球體和半球體)和導氣管3所組成.球體有兩個開口,正上方開口是球形漏斗插入的孔道,上側口是氣體的出口(配有導氣管的橡皮塞).半球體有一個下則口是排廢酸用的,用玻璃磨砂塞或橡皮塞塞緊并拴住(見圖2-1). 將發(fā)生器各部件洗凈,擦干并在磨砂處和活塞處薄薄地涂上一層凡士林,裝好旋轉呈均勻透明狀,以防漏氣或漏液. 2.檢查氣密性 先打開導氣管活塞,從漏斗處加水至充滿半球體,關閉活塞,繼續(xù)加水至液面到達球形漏斗體積的容積一半處為止,作一記號,靜止2分鐘.如果水面不下降,證明啟普發(fā)生器不漏氣.把水放掉重新安裝. 3.裝鋅 拔去上側口的橡皮塞,在球體和半球體之間的"蜂腰"處從上側口加入一層玻璃絲或橡皮圈(橡皮圈應打孔,周圍小孔供硫酸上下流動,中間大孔留插球形漏斗用),防止鋅粒掉下去.然后,用藥匙加入粗鋅粒. 4.裝酸 先扭開導氣管活塞,然后將稀硫酸從球形漏斗中加入至浸沒鋅粒為止,關閉活塞待用. 5.檢查氫氣純度 打開導氣管活塞,用向下排空氣法收集一小試管氫氣,用拇指堵住試管口,管口向下移動到火焰處,進行點燃.如果有尖銳的爆鳴聲證明試管里的氫氣混有空氣,這時需要再進行試純,直至只發(fā)生輕微的"噗"聲為止.若進行第二次試純時,必須堵住小試管一會兒或更換一個試管,防止試管內有燃燒的氫氣火焰存在,再拿到導管口收集氫氣時,會引起管口處的氫氣燃燒,這時若啟普發(fā)生器中混有空氣就會引起啟普發(fā)生器的爆炸.這一點要特別注意. 6.排酸 啟普發(fā)生器用過后應排掉廢酸.首先關閉導氣管活塞,再用橡皮塞塞住球形漏斗口,然后右手握住啟普發(fā)生器的球體(不能握球形漏斗)把下側口放在大口接受器(廢液缸或大燒杯)之上,左手拔去半球體的下側口的活塞,讓酸液慢慢流出來.然后將鋅粒,玻璃絲或橡皮圈洗凈.再用清水把啟普發(fā)生器洗凈,并在有磨砂處墊上紙片或涂上凡士林,以防粘結.如中途需要加酸,可以在排完廢酸后,再塞緊塞子,加入新的酸液. (二)氫氣的性質實驗 1.氫氣密度與空氣密度的比較 在啟普發(fā)生器的導氣管上裝上一個裝有無水氯化鈣的干燥管.在干燥管口較大的一頭裝上帶有直玻璃管的橡皮塞,再在干燥管小端口連接一段10厘米左右的橡皮管.用橡皮管蘸取肥皂液后慢慢打開啟普發(fā)生器上的活塞,肥皂泡即生成,再輕輕擺動橡皮管,肥皂泡即離開橡皮管而上升(見圖2-2). 2.氫氣與空氣爆鳴 (1)方法一 選擇兩個大小相同,瓶口吻合的集氣瓶,其中一個集氣瓶用排水法收滿氫氣.將另一裝有空氣的集氣瓶隔著玻璃片倒立在有氫氣的瓶口上并與裝有氫氣的瓶口對齊(見圖2-3)抽去毛玻片,將兩個集氣瓶一起拿著上下翻幾次,使氫氣與空氣混勻.再向兩瓶口之間插入兩塊毛玻片,將兩個瓶口蓋好后分開.移去毛玻片迅速在點燃的酒精燈上點火,立即發(fā)出聲音較大的爆鳴聲. (2)方法二 在一只高約8厘米,口徑約7厘米的鐵筒(或塑料紙筒)底上,用小鐵釘在中央打個孔,以紙或火柴棒塞住.然后從鐵筒大口處迅速地通入氫氣,約3-4分鐘估計收集的氫氣已純,拿開氫氣導管和氫氣發(fā)生器,立即點燃玻璃棒上吸有酒精的棉花,同時拔掉小孔里的火柴棒,用燃著的棉球接觸筒上小孔逸出的氫氣,氫氣立即燃燒,隨后發(fā)生爆炸并把鐵筒彈起(見圖2-4). 3.氫氣與氧氣的爆鳴 (1)方法一 用排水法先收集集氣瓶1/3體積的氧氣,再繼續(xù)收集氫氣至瓶內水剛排完.關閉氫氣發(fā)生器出口旋塞,用毛玻片蓋嚴集氣瓶口,從水槽中取出,瓶口向下,拿著瓶下部,揭開毛玻片,迅速使瓶口與火接觸,可聽到很響的爆鳴聲. (2)方法二 采用右圖(圖2-5)裝置,進行爆鳴實驗:向肥皂液中通入氫氧(2:1)混合氣體,成泡后,關閉止水夾,移走該裝置,再用燃著的火柴點燃肥皂泡,發(fā)出很響的爆鳴聲. 4.氫氣在空氣中燃燒 在啟普發(fā)生器的導氣管上,先裝上一支裝有無水氯化鈣的干燥管,上接一根尖嘴玻璃導管,點燃氫氣,觀察氫氣燃燒現(xiàn)象.再在火焰的上方罩一冷而干燥的燒杯,觀察現(xiàn)象(見圖2-6). 5.氧氣在氫氣中燃燒 取一硬質試管裝入經壓碎的高錳酸鉀5克,管口放置少量棉花,配單孔塞,連接導管,導管末端要有90°彎玻管,以便伸入集氣瓶內,試管口稍低于管底,固定在鐵架臺上,制得氧氣. 選取一個250mL集氣瓶(事先應與鐵架臺上的小鐵圈配合好),用排水法收滿純氫氣,用毛玻片蓋好,瓶口向下,擱在鐵圈上. 加熱高錳酸鉀,把導管末端插入水中,見有顯著連續(xù)氣泡放出,抽去毛玻片,讓集氣瓶落入鐵圈內,迅速點燃氫氣,立即把氧氣導管穿過氫焰,慢慢伸入瓶中,觀察觀象(見圖2-7). 6.氫氣還原氧化銅 取干燥的大試管一支,裝入少量氧化銅粉末,使它平鋪在接近試管底部的一側,用鐵夾固定在鐵架臺上,并使試管口稍向下,用自制氫氣簡易發(fā)生器制取氫氣,將經檢驗證明已純凈的氫氣通入大試管中(通氫氣的玻璃管要伸到大試管的底部,為什么 ).估計試管中的空氣排盡后,在裝有氧化銅的地方加熱,觀察現(xiàn)象.反應結束后,移去酒精燈,再繼續(xù)通氫氣至試管冷卻(為什么 )(見圖2-8). 四,注意事項 1.點燃氫氣或加熱氫氣之前,一定要檢驗氫氣的純度,否則有爆炸的危險.因為在氫氣和空氣的混合物中,當含氫的體積在4%～74.2%的范圍遇到火就會立即爆炸.而純凈的氫氣則能在空氣中安靜燃燒.連續(xù)檢驗氫氣時,不要用同一個試管,需要更換一只試管(為什么 )重新檢驗. 2.使用啟普發(fā)生器時,要遠離火源,防止氫氣不純而引起爆炸. 3.做氫氧混合氣體爆鳴實驗時,應注意在點燃肥皂泡前一定要拿走儲氣瓶,并夾好橡皮導管.否則將引起爆炸事故. 4.在做氫氣還原氧化銅的實驗中,加熱前應先通入氫氣把試管內的空氣排盡,然后才能加熱(為什么 ).同時氫氣流要均勻,避免時快時慢,一般每秒2個氣泡即可.在停止加熱后,要繼續(xù)通入氫氣至試管冷卻(為什么 ).