氫氣實驗室制法

教學目標 

知識目標
使學生掌握實驗室用金屬和酸反應制取氫氣的化學反應原理，初步了解實驗室制備實驗的一般思路和方法；
了解置換反應的概念，對給定反應物、生成物的化學反應，能初步判斷反應類型；
根據氣體的性質，學會判斷氣體收集的方法。

能力目標
培養學生的觀察能力，通過觀察了解啟普發生器的工作原理，并根據其原理，用易得廉價的簡單實驗儀器，自行設計制備氫氣的簡易裝置。

情感目標
通過對氫氣純度的檢驗，使學生了解點燃可燃性氣體之前，需要進行驗純的必要性，加強對學生進行安全教育。

教學建議

本節課是元素化合物的基礎知識課，難度雖不大，但知識面廣，這些知識是后續教學的基礎。

1.準確 恰當地抓住教學目標 ，本節課要抓住置換反應的概念和氫氣的實驗室制取裝置等主要內容，緊緊圍繞這些知識的形成過程進行教學活動。因此教學目標 應具體、明確，教材處理詳略得當，緊緊圍繞教學大綱的規定和教材內容的要求，重視能力培養和養成教育。

2.教學內容應有序、合理
教學過程 從水的電解產物和氧氣的有關知識開始，可以用計算機等媒體放映"氫氣的用途"資料片，導出新課。再通過實驗，師生共同討論，建立置換反應的概念，同時簡介原子團的知識。在此基礎上，結合實物展示，巧設問題，由簡到繁，從易到難，根據儀器藥品，讓學生在課堂上設計出一套制氫氣的合適裝置，通過設計實驗，一可培養學生的動手、動腦的能力，二可增強他們學習興趣，三可鞏固已學知識。

3.優選教學方法，教學手段多樣化
本節教學方法是實驗探究法，以實驗為前提，通過實驗觀察，實物展示和錄像、計算機、投影等電化教學手段，集實驗、討論、講述、講解、歸納、練習為一體，這種方法既充分體現了以實驗為基礎的學科特點，又體現了教為主導，學為主體二者統一的教學原則。

4.重視能力培養，注意養成教育
本節教學應靈活運用多媒體教學手段，通過實驗或啟發性、探究性的問題，激發學生的學習興趣，增加學生動眼、動手、動口、動腦的機會，培養和發展學生觀察、操作、思維與自學等多種技能和多種能力。同時，教學中每一個知識點都是以已有知識或化學事實、探究性問題開始，通過實驗觀察、引導思考、討論、自學等多種方式，突出對學生學習過程的指導，教給學生學習方法和思維方式，這樣有利于逐步建立有效的學習方法，養成良好的學習習慣。此外，教學中還可結合"氫氣的發現史"和"制氫發生裝置"的分析討論，以及知識的遷移過程，同時向學生進行辯證唯物主義認識論和科學態度、科學方法的教育，這些都有利于對學生進行素質教育。

教學設計方案

早在十六、七世紀的時候，有好幾位科學家都發現了金屬跟酸反應能產生一種可燃性的氣體——氫氣。直到現在，氫氣的實驗室制法仍然選用金屬跟酸反應。那么用哪種金屬，用哪種酸為最好呢？

一、 驗室制取氫氣的原理：

（實驗）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，觀察產生氣體的速率。

（現象）稀硫酸同時與Mg、Zn、Fe、Cu接觸，實驗現象是：Mg與稀硫酸反應劇烈，鋅與酸反應，產生氫氣的速率較快，Fe與稀硫酸反應很慢，銅與稀硫酸接觸，沒有明顯現象。

實驗室制取氣體，要求便于操作和收集，而Mg反應速率過快，不方便收集；Fe反應速率過慢，因此常選用鋅為最合適。

二、實驗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生裝置（即發生反應生成該氣體的裝置）和收集裝置兩部分。

氣體發生裝置的確定，要依據反應原理，特別是反應物的狀態和反應條件。實驗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生反應。由此可見，只需用容器將鋅和稀硫酸盛放在一起，并將產生的氫氣通過導管導出即可。因此組裝發生裝置應包括盛裝藥品的反應容器（大試管、廣口瓶、錐形瓶、燒瓶等均可），用于封閉反應容器口的膠塞，穿過膠塞用于導出氫氣的玻璃導管（用試管或燒瓶作反應容器時還需用鐵架臺固定）。這種裝置是最簡單的氫氣發生裝置，如下圖（A）、（B）所示。

       （A）                               （B）

（討論）但這種發生裝置的缺點是必須當鋅和稀硫酸中至少有一種完全反應后該反應才能停止，如何使制取氣體的過程連續呢？

實驗中常加一長頸漏斗，通過長頸漏斗分次加酸來控制反應，如下圖所示。

長頸漏斗下部必須浸泡在酸液中，為什么呢？                

此時將導氣管一端堵死，觀察實驗現象。如學生看不清楚，可重復幾次，并提示學生應注意的問題。

（請同學簡述現象，分析原因）

展示啟普發生器，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（因為氫氣密度最小）和排水法（因為氫氣難溶于水且不和水反應），如圖（E）、（F）所示。

           （E）                             （F）

如果用向下排空氣法收集氫氣，難于驗滿，因此收集氫氣的最佳方法是排水法。

注意事項：儀器連接好以后應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，應將試管傾斜，使鋅粒滑入試管底部，以免直接投入時砸破試管底；對產生的氫氣經驗純后再收集或直接應用；收集滿氫氣的集氣瓶應倒置在桌上，防止氫氣很快逸散。

三、氫氣純度的檢驗方法

實驗操作：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，至點燃時發出的響聲很小時，表明氫氣已經純凈。實驗操作過程如下圖：

注意事項：當開始收集的氫氣經檢驗不純，這時需要再收集、再檢驗。若下一步要采用向下排空氣法收集氫氣，應先用拇指把試管口堵住一會兒，再去收集、檢驗氫氣。否則剛用于檢驗氫氣的試管內的火焰可能沒有熄滅，立即用這個試管去再收集氫氣時，可能會點燃導管口不純的氫氣，引起裝置爆炸，發生危險。

置換反應是化學基本反應類型之一。

表達式：單質 + 化合物＝新單質 + 新化合物

          A   +   BC     AC    +    B

鋅  ＋  稀硫酸 ＝＝ 硫酸鋅 ＋  氫氣

      Zn  ＋  H₂SO₄  ＝＝ ZnSO₄  +  H₂

單質     化合物      化合物     單質

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

（討論）置換反應與化合反應，分解反應有哪些區別？

      Zn  ＋  H₂SO₄  ＝＝ ZnSO₄  +   H₂

2SO₄和ZnSO₄中的畫線部分。在許多化學反應中，作為一個整體參加反應，就好像一個原子一樣，這樣的原子集團叫做原子團。

ClO₃  氯酸根

MnO₄  高錳酸根

OH   氫氧根

2SO₄     硫酸根

NO₃   硝酸根

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