“氢气的制取与性质”系列实验的新设计.docx

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1、“氢气的制取与性质”系列实验的新设计摘要：针对不同版本教材中氢气的知识点编排相对零散，实 验孤立等问题，在分析一线教师已有研究的基础上，找到实 验新设计的开展空间。介绍了利用塑料注射器自制随制随停 的气体发生装置，并完成氢气制取和性质的系列实验。分析 了实验设计的创新之处，以期拓展一线教师实验改进的视角。 关键词：氢气系列化；实验改进;注射器;V型玻璃管 文章编号:1008-0546 （2022） 06x-0087-03 中图分类号： G632.41文献标识码:Bdoi： 10. 3969/j. issn. 1008-0546. 2022. 06x. 023“氢气的制取和性质”实验是初中化学三

2、种常见气体（氧气、 二氧化碳、氢气）的制取与性质实验之一，是学生认知和巩 固固液不加热型气体发生装置、了解气体性质的重要途径。 一、系列实验设计的缘起.教材中氢气的相关内容与实验氢气的有关知识与实验在人教版、沪教版和鲁教版等版本的 教材中都有所涉及，归纳整理如下（见表1）1 2 3 4 5 o 从表1中可以看出，不同版本教材中涉及氢气的知识内容编 排相对分散，跨度较大，书本上的相关实验相对孤立。因此， 设计一个氢气的制取和性质的系列化实验，既有助于学生形 成系统化的知识结构，又有助于拓展学生对固液不加热型气 体发生装置的认知。1 . 一线教师的已有研究一线教师对“氢气的制取和性质”实验进行了不

3、断的探究 与改进，主要集中在利用常规仪器对实验改进(见图1)6、 利用自制装置对实验改进(见图2、图3) 7以及微型化实 验(见图4) 8o一线教师对实验改进的研究丰富了课堂实验的形式，促进了 学生对知识的理解，同时也存在一些缺乏：(1)利用常规仪器对实验改进，氢气还原氧化铜的实验现 象要2min左右才能观察到，耗时较长。(2)利用自制教具(长柄U形玻璃管)对实验的改进，没 有将氢气的制备进行整合，同时在管径为12mm长柄U形玻 璃管右端点燃氢气持续燃烧，对药品的需求量相当大。(3)利用W型管的微型实验，尖嘴导管处点燃氢气，现象 不明显，不利于学生观察;W型管做氢气的性质反响装置，实 验后很难

4、清洗净，不利于重复使用。2 .实验新设计的开展空间(1)自制装置。可以自制简便轻巧、可控制反响开始和结 束的发生装置，方便教师连堂教学。(2)系统整合。可以通过实验过程的系列化设计将氢气的 制备及相关物理性质、化学性质进行系统整合。(3)拓展视野。可以从氢气还原氧化铜，拓展到氢气还原 氧化铁。从实验过程中固体颜色变化形成比照，增强学生对原理的理解，也为之后学习工业炼铁做好铺垫。二、新设计的装置与实验步骤.新设计的装置（1）气体发生装置取一支150mL （可根据实际需要选择不同规格）的塑料注射 器，将注射器活塞上的橡皮圈取下剪出假设干豁口（豁口用于 反响开始时固液接触，橡皮圈用于反响结束时固液别

5、离）, 在橡皮圈反面系上一根铜丝，方便实验后将橡皮圈取出（见 图5）。另取相同大小的塑料注射器，先塞上图5特制的橡皮 圈，再塞上活塞（如图6）o（2）氢气还原金属氧化物的实验装置取一根内径为6mm的玻璃管，固定在铁架台上，两端分别用 乳胶管连接两根内径为6mm的石英V型玻璃管，具体如图7 所示。1 .实验用品仪器：铁架台（含铁夹）、一次性医用塑料注射器（150mL）2支、止水夹1个、铜丝（一截）、石英V型玻璃管（内径 6mm） 2根、玻璃管（内径6mm,长度8-L0cm） 1根、酒精灯 2个、点火枪1个、乳胶管假设干、烧杯1个、导管1根、尖 嘴玻璃管1根、电蚊拍、药匙2个、纸槽。药品及试剂：锌

6、粒、30%盐酸、肥皂水、微米氧化铜（粒径 10um）微米氧化铁（粒径10um）水。2 .实验过程(1)检查装置气密性连接好仪器，翻开止水夹，推动注射器活塞，观察烧杯中导 管口有无气泡产生。(2)制取并储存氢气取出注射器活塞和特制橡皮塞，向前端连有乳胶管的注射器 中加入10g左右锌粒，塞上特制橡皮塞,再塞上注射器活塞， 抽取适量30%的盐酸，将注射器口朝上，推动注射器活塞排 出装置中空气后，用弹簧夹夹住乳胶管，倒置注射器。此时， 锌粒与盐酸接触发生反响生成氢气并储存于注射器内。(3)氢气的密度比拟、氢气的验纯与燃烧翻转注射器，锌粒与盐酸别离反响停止。翻开弹簧夹，用乳 胶管蘸取少量肥皂水，推动注射

7、器活塞排出氢气，在乳胶管 口形成一个肥皂泡，用嘴吹走肥皂泡，验证氢气的密度比空 气小。启动电蚊拍，用手挥动，捕捉在空气中飘动的肥皂泡， 根据发出声音的大小验证氢气的纯度。在乳胶管口插入带尖 嘴的玻璃导管，继续推动注射器活塞，在尖嘴导管口点燃氢 气，并在火焰上方罩一个干冷的小烧杯，观察火焰和烧杯内 壁。(4)氢气还原氧化铜和氧化铁向石英V型玻璃管中分别加入微量氧化铜粉末和氧化铁粉末。重新倒置注射器，再收集适量氢气，将收集好氢气的注射器 与还原反响装置连接，如图8所示。10s左右能观察到固体 颜色发生改变。熄灭酒精灯，将注射器活塞推到底部锌粒再 一次与盐酸接触，持续产生氢气至固体冷却。(5)检验生

8、成的产物继续推动注射器活塞，符反响后的余酸注入石英V型玻璃管, 观察两个V型玻璃管中有无气泡产生。三、实验设计的创新之处.整合性强“氢气的制取与性质”实验的新设计将氢气的制备、氢气的 密度比拟、氢气的验纯、氢气的燃烧以及氢气还原氧化铜和 氧化铁等实验进行了系统地整合，有助于学生整体建构知识 体系。1 .节约药品自制的氢气发生装置，通过上下颠倒注射器可控制反响的开 始和停止，从而节约药品。还原反响在内径6nlm的石英玻璃 管中进行，反响物药品用量较少，产物可以回收使用。2 .平安性高通过观察注射器的刻度，可以较准确地控制产生氢气的量。 使用的氧化铜和氧化铁粉末粒径较小，都是微米级的，普通 酒精灯

9、就可满足反响条件，平安性高。3 .适宜推广自制的气体发生装置制作简单、不易破碎且本钱低，实验操 作过程也简便平安，适宜将教师演示实验推广为学生分组实 验。4 .装置多用该自制发生装置不仅适用于实验室制取氢气，也适用于初中 阶段实验室制取二氧化碳、氧气等固液不加热型的实验。参考文献1人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究 开发中心.义务教育教科书（化学九年级上册）M.北京： 人民教育出版社，2022.2王祖浩.义务教育教科书-化学（九年级上册）M.上海： 上海教育出版社，2022.3王祖浩.义务教育教科书-化学（九年级下册）M.上海： 上海教育出版社，2022.4毕华林.义务教育教科书化学（九年级上册）M.山东： 山东教育出版社，2022.5毕华林.义务教育教科书-化学（九年级下册）M.山东： 山东教育出版社，2022.6潘国荣，李文勇.氢气制取和性质实验的改进与建议J. 化学教学，2022 （11）： 67-70.7李德前，魏海.借助长柄U形玻璃管改进氢气性质实验J. 化学教学，2022 （9）： 75-79.8周洁.氢气制取与性质一体化微型实验研究报告J.化学 教 与 学， 2022(6) 78-79.896B24FD-4613-405E-AB77-C755AE2E895D