氢气的实验室制取和性质实验
一,实验目的
1.掌握启普发生器的使用方法;
2.熟练地掌握氢气的实验室制取和性质实验的操作技能;
3.研究氢气制取及性质实验的教学方法.
二,实验用品
硬质试管(25×200mm,附有导管的橡皮塞和90°玻璃尖嘴导管)1只,长颈漏斗1个,启普发生器(250mL,附塞球形漏斗口的橡皮塞1只,30°玻璃管1根,尖嘴玻管长10cm1根)1套,干燥管1只(附5cm长的直玻管的橡皮塞),烧杯(500mL,50~100mL各1只),玻璃水槽(外径240mm)1个,试管(18×150mm)2只,铁架台2个(附铁夹,铁环各1个),储气瓶1个(同体积500mL的分液漏斗和吸滤瓶各1个,尖嘴导管和弹簧夹各1个),酒精灯1个,小试管2只,量筒2只(10mL,50mL各1个),玻棒1根,坩埚钳1把,石棉绒(或玻璃纤维)若干,直玻管1根(长30cm),火柴,蒸发皿1个,铁筒(或塑料筒)1个,高锰酸钾,酒精,海鸥洗涤剂,洗衣粉,香肥皂,甘油,氧化铜,凡士林,无水氧化钙,稀硫酸(1:4),粗锌粒,洗洁精.
三,实验步骤
(一) 启普发生器的安装和使用以及氢气的实验室制取
1.安装
实验室里制取氢气通常是在启普发生器中用锌粒与稀硫酸(1:4)反应制得的.其反应方程式是:
Zn+H2SO4===ZnSO4+H2↑
启普发生器是由上部的球形漏斗1和下部的容器2(玻璃球体和半球体)和导气管3所组成.球体有两个开口,正上方开口是球形漏斗插入的孔道,上侧口是气体的出口(配有导气管的橡皮塞).半球体有一个下则口是排废酸用的,用玻璃磨砂塞或橡皮塞塞紧并拴住(见图2-1).
将发生器各部件洗净,擦干并在磨砂处和活塞处薄薄地涂上一层凡士林,装好旋转呈均匀透明状,以防漏气或漏液.
2.检查气密性
先打开导气管活塞,从漏斗处加水至充满半球体,关闭活塞,继续加水至液面到达球形漏斗体积的容积一半处为止,作一记号,静止2分钟.如果水面不下降,证明启普发生器不漏气.把水放掉重新安装.
3.装锌
拔去上侧口的橡皮塞,在球体和半球体之间的"蜂腰"处从上侧口加入一层玻璃丝或橡皮圈(橡皮圈应打孔,周围小孔供硫酸上下流动,中间大孔留插球形漏斗用),防止锌粒掉下去.然后,用药匙加入粗锌粒.
4.装酸
先扭开导气管活塞,然后将稀硫酸从球形漏斗中加入至浸没锌粒为止,关闭活塞待用.
5.检查氢气纯度
打开导气管活塞,用向下排空气法收集一小试管氢气,用拇指堵住试管口,管口向下移动到火焰处,进行点燃.如果有尖锐的爆鸣声证明试管里的氢气混有空气,这时需要再进行试纯,直至只发生轻微的"噗"声为止.若进行第二次试纯时,必须堵住小试管一会儿或更换一个试管,防止试管内有燃烧的氢气火焰存在,再拿到导管口收集氢气时,会引起管口处的氢气燃烧,这时若启普发生器中混有空气就会引起启普发生器的爆炸.这一点要特别注意.
6.排酸
启普发生器用过后应排掉废酸.首先关闭导气管活塞,再用橡皮塞塞住球形漏斗口,然后右手握住启普发生器的球体(不能握球形漏斗)把下侧口放在大口接受器(废液缸或大烧杯)之上,左手拔去半球体的下侧口的活塞,让酸液慢慢流出来.然后将锌粒,玻璃丝或橡皮圈洗净.再用清水把启普发生器洗净,并在有磨砂处垫上纸片或涂上凡士林,以防粘结.如中途需要加酸,可以在排完废酸后,再塞紧塞子,加入新的酸液.
(二)氢气的性质实验
1.氢气密度与空气密度的比较
在启普发生器的导气管上装上一个装有无水氯化钙的干燥管.在干燥管口较大的一头装上带有直玻璃管的橡皮塞,再在干燥管小端口连接一段10厘米左右的橡皮管.用橡皮管蘸取肥皂液后慢慢打开启普发生器上的活塞,肥皂泡即生成,再轻轻摆动橡皮管,肥皂泡即离开橡皮管而上升(见图2-2).
2.氢气与空气爆鸣
(1)方法一
选择两个大小相同,瓶口吻合的集气瓶,其中一个集气瓶用排水法收满氢气.将另一装有空气的集气瓶隔着玻璃片倒立在有氢气的瓶口上并与装有氢气的瓶口对齐(见图2-3)抽去毛玻片,将两个集气瓶一起拿着上下翻几次,使氢气与空气混匀.再向两瓶口之间插入两块毛玻片,将两个瓶口盖好后分开.移去毛玻片迅速在点燃的酒精灯上点火,立即发出声音较大的爆鸣声.
(2)方法二
在一只高约8厘米,口径约7厘米的铁筒(或塑料纸筒)底上,用小铁钉在中央打个孔,以纸或火柴棒塞住.然后从铁筒大口处迅速地通入氢气,约3-4分钟估计收集的氢气已纯,拿开氢气导管和氢气发生器,立即点燃玻璃棒上吸有酒精的棉花,同时拔掉小孔里的火柴棒,用燃着的棉球接触筒上小孔逸出的氢气,氢气立即燃烧,随后发生爆炸并把铁筒弹起(见图2-4).
3.氢气与氧气的爆鸣
(1)方法一
用排水法先收集集气瓶1/3体积的氧气,再继续收集氢气至瓶内水刚排完.关闭氢气发生器出口旋塞,用毛玻片盖严集气瓶口,从水槽中取出,瓶口向下,拿着瓶下部,揭开毛玻片,迅速使瓶口与火接触,可听到很响的爆鸣声.
(2)方法二
采用右图(图2-5)装置,进行爆鸣实验:向肥皂液中通入氢氧(2:1)混合气体,成泡后,关闭止水夹,移走该装置,再用燃着的火柴点燃肥皂泡,发出很响的爆鸣声.
4.氢气在空气中燃烧
在启普发生器的导气管上,先装上一支装有无水氯化钙的干燥管,上接一根尖嘴玻璃导管,点燃氢气,观察氢气燃烧现象.再在火焰的上方罩一冷而干燥的烧杯,观察现象(见图2-6).
5.氧气在氢气中燃烧
取一硬质试管装入经压碎的高锰酸钾5克,管口放置少量棉花,配单孔塞,连接导管,导管末端要有90°弯玻管,以便伸入集气瓶内,试管口稍低于管底,固定在铁架台上,制得氧气.
选取一个250mL集气瓶(事先应与铁架台上的小铁圈配合好),用排水法收满纯氢气,用毛玻片盖好,瓶口向下,搁在铁圈上.
加热高锰酸钾,把导管末端插入水中,见有显著连续气泡放出,抽去毛玻片,让集气瓶落入铁圈内,迅速点燃氢气,立即把氧气导管穿过氢焰,慢慢伸入瓶中,观察观象(见图2-7).
6.氢气还原氧化铜
取干燥的大试管一支,装入少量氧化铜粉末,使它平铺在接近试管底部的一侧,用铁夹固定在铁架台上,并使试管口稍向下,用自制氢气简易发生器制取氢气,将经检验证明已纯净的氢气通入大试管中(通氢气的玻璃管要伸到大试管的底部,为什么 ).估计试管中的空气排尽后,在装有氧化铜的地方加热,观察现象.反应结束后,移去酒精灯,再继续通氢气至试管冷却(为什么 )(见图2-8).
四,注意事项
1.点燃氢气或加热氢气之前,一定要检验氢气的纯度,否则有爆炸的危险.因为在氢气和空气的混合物中,当含氢的体积在4%～74.2%的范围遇到火就会立即爆炸.而纯净的氢气则能在空气中安静燃烧.连续检验氢气时,不要用同一个试管,需要更换一只试管(为什么 )重新检验.
2.使用启普发生器时,要远离火源,防止氢气不纯而引起爆炸.
3.做氢氧混合气体爆鸣实验时,应注意在点燃肥皂泡前一定要拿走储气瓶,并夹好橡皮导管.否则将引起爆炸事故.
4.在做氢气还原氧化铜的实验中,加热前应先通入氢气把试管内的空气排尽,然后才能加热(为什么 ).同时氢气流要均匀,避免时快时慢,一般每秒2个气泡即可.在停止加热后,要继续通入氢气至试管冷却(为什么 ).
