氫氣實(shí)驗(yàn)室制法

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)目標(biāo)
使學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)室用金屬和酸反應(yīng)制取氫氣的化學(xué)反應(yīng)原理，初步了解實(shí)驗(yàn)室制備實(shí)驗(yàn)的一般思路和方法；
了解置換反應(yīng)的概念，對(duì)給定反應(yīng)物、生成物的化學(xué)反應(yīng)，能初步判斷反應(yīng)類型；
根據(jù)氣體的性質(zhì)，學(xué)會(huì)判斷氣體收集的方法。

能力目標(biāo)
培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力，通過觀察了解啟普發(fā)生器的工作原理，并根據(jù)其原理，用易得廉價(jià)的簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)儀器，自行設(shè)計(jì)制備氫氣的簡(jiǎn)易裝置。

情感目標(biāo)
通過對(duì)氫氣純度的檢驗(yàn)，使學(xué)生了解點(diǎn)燃可燃性氣體之前，需要進(jìn)行驗(yàn)純的必要性，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育。

教學(xué)建議

本節(jié)課是元素化合物的基礎(chǔ)知識(shí)課，難度雖不大，但知識(shí)面廣，這些知識(shí)是后續(xù)教學(xué)的基礎(chǔ)。

1.準(zhǔn)確 恰當(dāng)?shù)刈プ?strong>教學(xué)目標(biāo)，本節(jié)課要抓住置換反應(yīng)的概念和氫氣的實(shí)驗(yàn)室制取裝置等主要內(nèi)容，緊緊圍繞這些知識(shí)的形成過程進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。因此教學(xué)目標(biāo)應(yīng)具體、明確，教材處理詳略得當(dāng)，緊緊圍繞教學(xué)大綱的規(guī)定和教材內(nèi)容的要求，重視能力培養(yǎng)和養(yǎng)成教育。

2.教學(xué)內(nèi)容應(yīng)有序、合理
教學(xué)過程從水的電解產(chǎn)物和氧氣的有關(guān)知識(shí)開始，可以用計(jì)算機(jī)等媒體放映"氫氣的用途"資料片，導(dǎo)出新課。再通過實(shí)驗(yàn)，師生共同討論，建立置換反應(yīng)的概念，同時(shí)簡(jiǎn)介原子團(tuán)的知識(shí)。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)物展示，巧設(shè)問題，由簡(jiǎn)到繁，從易到難，根據(jù)儀器藥品，讓學(xué)生在課堂上設(shè)計(jì)出一套制氫氣的合適裝置，通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，一可培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手、動(dòng)腦的能力，二可增強(qiáng)他們學(xué)習(xí)興趣，三可鞏固已學(xué)知識(shí)。

3.優(yōu)選教學(xué)方法，教學(xué)手段多樣化
本節(jié)教學(xué)方法是實(shí)驗(yàn)探究法，以實(shí)驗(yàn)為前提，通過實(shí)驗(yàn)觀察，實(shí)物展示和錄像、計(jì)算機(jī)、投影等電化教學(xué)手段，集實(shí)驗(yàn)、討論、講述、講解、歸納、練習(xí)為一體，這種方法既充分體現(xiàn)了以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科特點(diǎn)，又體現(xiàn)了教為主導(dǎo)，學(xué)為主體二者統(tǒng)一的教學(xué)原則。

4.重視能力培養(yǎng)，注意養(yǎng)成教育
本節(jié)教學(xué)應(yīng)靈活運(yùn)用多媒體教學(xué)手段，通過實(shí)驗(yàn)或啟發(fā)性、探究性的問題，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增加學(xué)生動(dòng)眼、動(dòng)手、動(dòng)口、動(dòng)腦的機(jī)會(huì)，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生觀察、操作、思維與自學(xué)等多種技能和多種能力。同時(shí)，教學(xué)中每一個(gè)知識(shí)點(diǎn)都是以已有知識(shí)或化學(xué)事實(shí)、探究性問題開始，通過實(shí)驗(yàn)觀察、引導(dǎo)思考、討論、自學(xué)等多種方式，突出對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的指導(dǎo)，教給學(xué)生學(xué)習(xí)方法和思維方式，這樣有利于逐步建立有效的學(xué)習(xí)方法，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。此外，教學(xué)中還可結(jié)合"氫氣的發(fā)現(xiàn)史"和"制氫發(fā)生裝置"的分析討論，以及知識(shí)的遷移過程，同時(shí)向?qū)W生進(jìn)行辯證唯物主義認(rèn)識(shí)論和科學(xué)態(tài)度、科學(xué)方法的教育，這些都有利于對(duì)學(xué)生進(jìn)行素質(zhì)教育。

教學(xué)設(shè)計(jì)方案

早在十六、七世紀(jì)的時(shí)候，有好幾位科學(xué)家都發(fā)現(xiàn)了金屬跟酸反應(yīng)能產(chǎn)生一種可燃性的氣體——?dú)錃狻Ｖ钡浆F(xiàn)在，氫氣的實(shí)驗(yàn)室制法仍然選用金屬跟酸反應(yīng)。那么用哪種金屬，用哪種酸為最好呢？

一、 驗(yàn)室制取氫氣的原理：

（實(shí)驗(yàn)）取四支試管，分別向其中加入鎂條、鋅粒、鐵釘、銅片，然后向試管中加入等量的同種稀硫酸，觀察產(chǎn)生氣體的速率。

（現(xiàn)象）稀硫酸同時(shí)與Mg、Zn、Fe、Cu接觸，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：Mg與稀硫酸反應(yīng)劇烈，鋅與酸反應(yīng)，產(chǎn)生氫氣的速率較快，F(xiàn)e與稀硫酸反應(yīng)很慢，銅與稀硫酸接觸，沒有明顯現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)室制取氣體，要求便于操作和收集，而Mg反應(yīng)速率過快，不方便收集；Fe反應(yīng)速率過慢，因此常選用鋅為最合適。

二、實(shí)驗(yàn)室制取氫氣的裝置和收集方法

1.  制備裝置：
完整的氣體制取裝置包括發(fā)生裝置（即發(fā)生反應(yīng)生成該氣體的裝置）和收集裝置兩部分。

氣體發(fā)生裝置的確定，要依據(jù)反應(yīng)原理，特別是反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件。實(shí)驗(yàn)室制取氫氣所用的鋅是顆粒狀固體，所用的稀硫酸呈液體，常溫下兩種藥品接觸即可發(fā)生反應(yīng)。由此可見，只需用容器將鋅和稀硫酸盛放在一起，并將產(chǎn)生的氫氣通過導(dǎo)管導(dǎo)出即可。因此組裝發(fā)生裝置應(yīng)包括盛裝藥品的反應(yīng)容器（大試管、廣口瓶、錐形瓶、燒瓶等均可），用于封閉反應(yīng)容器口的膠塞，穿過膠塞用于導(dǎo)出氫氣的玻璃導(dǎo)管（用試管或燒瓶作反應(yīng)容器時(shí)還需用鐵架臺(tái)固定）。這種裝置是最簡(jiǎn)單的氫氣發(fā)生裝置，如下圖（A）、（B）所示。

       （A）                               （B）

（討論）但這種發(fā)生裝置的缺點(diǎn)是必須當(dāng)鋅和稀硫酸中至少有一種完全反應(yīng)后該反應(yīng)才能停止，如何使制取氣體的過程連續(xù)呢？

實(shí)驗(yàn)中常加一長(zhǎng)頸漏斗，通過長(zhǎng)頸漏斗分次加酸來(lái)控制反應(yīng)，如下圖所示。

長(zhǎng)頸漏斗下部必須浸泡在酸液中，為什么呢？                

此時(shí)將導(dǎo)氣管一端堵死，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。如學(xué)生看不清楚，可重復(fù)幾次，并提示學(xué)生應(yīng)注意的問題。

（請(qǐng)同學(xué)簡(jiǎn)述現(xiàn)象，分析原因）

展示啟普發(fā)生器，介紹部件名稱，作用，介紹使用方法。

2.  氣體的收集：

氣體的收集裝置要依據(jù)該氣體的收集方法而定。氫氣的收集方法有兩種：向下排空氣法（因?yàn)闅錃饷芏茸钚。┖团潘�法（因�(yàn)闅錃怆y溶于水且不和水反應(yīng)），如圖（E）、（F）所示。

           （E）                             （F）

如果用向下排空氣法收集氫氣，難于驗(yàn)滿，因此收集氫氣的最佳方法是排水法。

注意事項(xiàng)：儀器連接好以后應(yīng)先檢查裝置的氣密性，然后再裝入藥品制取氫氣；將鋅粒裝入試管時(shí)，應(yīng)將試管傾斜，使鋅粒滑入試管底部，以免直接投入時(shí)砸破試管底；對(duì)產(chǎn)生的氫氣經(jīng)驗(yàn)純后再收集或直接應(yīng)用；收集滿氫氣的集氣瓶應(yīng)倒置在桌上，防止氫氣很快逸散。

三、氫氣純度的檢驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)操作：用排水法或向下排氣法收集一試管氫氣，用拇指堵住，移近火焰，如果聽到尖銳的爆鳴聲，表明氫氣不純。然后按上述方法再收集、再檢驗(yàn)，至點(diǎn)燃時(shí)發(fā)出的響聲很小時(shí)，表明氫氣已經(jīng)純凈。實(shí)驗(yàn)操作過程如下圖：

注意事項(xiàng)：當(dāng)開始收集的氫氣經(jīng)檢驗(yàn)不純，這時(shí)需要再收集、再檢驗(yàn)。若下一步要采用向下排空氣法收集氫氣，應(yīng)先用拇指把試管口堵住一會(huì)兒，再去收集、檢驗(yàn)氫氣。否則剛用于檢驗(yàn)氫氣的試管內(nèi)的火焰可能沒有熄滅，立即用這個(gè)試管去再收集氫氣時(shí)，可能會(huì)點(diǎn)燃導(dǎo)管口不純的氫氣，引起裝置爆炸，發(fā)生危險(xiǎn)。

置換反應(yīng)是化學(xué)基本反應(yīng)類型之一。

表達(dá)式：?jiǎn)钨|(zhì) + 化合物＝新單質(zhì) + 新化合物

          A   +   BC     AC    +    B

鋅  ＋  稀硫酸 ＝＝ 硫酸鋅 ＋  氫氣

      Zn  ＋  H₂SO₄  ＝＝ ZnSO₄  +  H₂

單質(zhì)     化合物      化合物     單質(zhì)

置換反應(yīng)的特點(diǎn)是：參加反應(yīng)的物質(zhì)只有兩種，且一定是一種單質(zhì)和一種化合物。生成物也只有兩種，一種一定是單質(zhì)，另一種一定是化合物。掌握了這些特點(diǎn)，就能夠正確地判斷置換反應(yīng)。

（討論）置換反應(yīng)與化合反應(yīng)，分解反應(yīng)有哪些區(qū)別？

      Zn  ＋  H₂SO₄  ＝＝ ZnSO₄  +   H₂

2SO₄和ZnSO₄中的畫線部分。在許多化學(xué)反應(yīng)中，作為一個(gè)整體參加反應(yīng)，就好像一個(gè)原子一樣，這樣的原子集團(tuán)叫做原子團(tuán)。

ClO₃  氯酸根

MnO₄  高錳酸根

OH   氫氧根

2SO₄     硫酸根

NO₃   硝酸根