湖南初中化学教案：《氢气实验室制法》

 

知识目标

 

使学生掌握实验室用金属和酸反应制取氢气的化学反应原理，初步了解实验室制备实验的一般思路和方法；

 

了解置换反应的概念，对给定反应物、生成物的化学反应，能初步判断反应类型；

 

根据气体的性质，学会判断气体收集的方法。

 

能力目标

 

培养学生的观察能力，通过观察了解启普发生器的工作原理，并根据其原理，用易得廉价的简单实验仪器，自行设计制备氢气的简易装置。

 

情感目标

 

通过对氢气纯度的检验，使学生了解点燃可燃性气体之前，需要进行验纯的必要性，加强对学生进行安全教育。

 

教学建议

 

本节课是元素化合物的基础知识课，难度虽不大，但知识面广，这些知识是后续教学的基础。

 

1.准确 恰当地抓住教学目标，本节课要抓住置换反应的概念和氢气的实验室制取装置等主要内容，紧紧围绕这些知识的形成过程进行教学活动。因此教学目标应具体、明确，教材处理详略得当，紧紧围绕教学大纲的规定和教材内容的要求，重视能力培养和养成教育。

 

2.教学内容应有序、合理

 

教学过程从水的电解产物和氧气的有关知识开始，可以用计算机等媒体放映"氢气的用途"资料片，导出新课。再通过实验，师生共同讨论，建立置换反应的概念，同时简介原子团的知识。在此基础上，结合实物展示，巧设问题，由简到繁，从易到难，根据仪器药品，让学生在课堂上设计出一套制氢气的合适装置，通过设计实验，一可培养学生的动手、动脑的能力，二可增强他们学习兴趣，三可巩固已学知识。

 

3.优选教学方法，教学手段多样化

本节教学方法是实验探究法，以实验为前提，通过实验观察，实物展示和录像、计算机、投影等电化教学手段，集实验、讨论、讲述、讲解、归纳、练习为一体，这种方法既充分体现了以实验为基础的学科特点，又体现了教为主导，学为主体二者统一的教学原则。

 

4.重视能力培养，注意养成教育

 

本节教学应灵活运用多媒体教学手段，通过实验或启发性、探究性的问题，激发学生的学习兴趣，增加学生动眼、动手、动口、动脑的机会，培养和发展学生观察、操作、思维与自学等多种技能和多种能力。同时，教学中每一个知识点都是以已有知识或化学事实、探究性问题开始，通过实验观察、引导思考、讨论、自学等多种方式，突出对学生学习过程的指导，教给学生学习方法和思维方式，这样有利于逐步建立有效的学习方法，养成良好的学习习惯。此外，教学中还可结合"氢气的发现史"和"制氢发生装置"的分析讨论，以及知识的迁移过程，同时向学生进行辩证唯物主义认识论和科学态度、科学方法的教育，这些都有利于对学生进行素质教育。

 

教学设计方案

 

早在十六、七世纪的时候，有好几位科学家都发现了金属跟酸反应能产生一种可燃性的气体——氢气。直到现在，氢气的实验室制法仍然选用金属跟酸反应。那么用哪种金属，用哪种酸为最好呢？

 

一、 验室制取氢气的原理：

 

（实验）取四支试管，分别向其中加入镁条、锌粒、铁钉、铜片，然后向试管中加入等量的同种稀硫酸，观察产生气体的速率。

 

（现象）稀硫酸同时与Mg、Zn、Fe、Cu接触，实验现象是：Mg与稀硫酸反应剧烈，锌与酸反应，产生氢气的速率较快，Fe与稀硫酸反应很慢，铜与稀硫酸接触，没有明显现象。

 

实验室制取气体，要求便于操作和收集，而Mg反应速率过快，不方便收集；Fe反应速率过慢，因此常选用锌为最合适。

 

 

 

二、实验室制取氢气的装置和收集方法

 

1． 制备装置：

 

完整的气体制取装置包括发生装置（即发生反应生成该气体的装置）和收集装置两部分。

 

气体发生装置的确定，要依据反应原理，特别是反应物的状态和反应条件。实验室制取氢气所用的锌是颗粒状固体，所用的稀硫酸呈液体，常温下两种药品接触即可发生反应。由此可见，只需用容器将锌和稀硫酸盛放在一起，并将产生的氢气通过导管导出即可。因此组装发生装置应包括盛装药品的反应容器（大试管、广口瓶、锥形瓶、烧瓶等均可），用于封闭反应容器口的胶塞，穿过胶塞用于导出氢气的玻璃导管（用试管或烧瓶作反应容器时还需用铁架台固定）。这种装置是最简单的氢气发生装置，如下图（A）、（B）所示。

 

 

 

（A）

 

 

 

（B）

 

（讨论）但这种发生装置的缺点是必须当锌和稀硫酸中至少有一种完全反应后该反应才能停止，如何使制取气体的过程连续呢？

 

实验中常加一长颈漏斗，通过长颈漏斗分次加酸来控制反应，如下图所示。

 

 

 

长颈漏斗下部必须浸泡在酸液中，为什么呢？

 

此时将导气管一端堵死，观察实验现象。如学生看不清楚，可重复几次，并提示学生应注意的问题。

 

（请同学简述现象，分析原因）

 

展示启普发生器，介绍部件名称，作用，介绍使用方法。

 

2． 气体的收集：

 

气体的收集装置要依据该气体的收集方法而定。氢气的收集方法有两种：向下排空气法（因为氢气密度最小）和排水法（因为氢气难溶于水且不和水反应），如图（E）、（F）所示。

 

 

 

如果用向下排空气法收集氢气，难于验满，因此收集氢气的最佳方法是排水法。

 

注意事项：仪器连接好以后应先检查装置的气密性，然后再装入药品制取氢气；将锌粒装入试管时，应将试管倾斜，使锌粒滑入试管底部，以免直接投入时砸破试管底；对产生的氢气经验纯后再收集或直接应用；收集满氢气的集气瓶应倒置在桌上，防止氢气很快逸散。

 

三、氢气纯度的检验方法

 

实验操作：用排水法或向下排气法收集一试管氢气，用拇指堵住，移近火焰，如果听到尖锐的爆鸣声，表明氢气不纯。然后按上述方法再收集、再检验，至点燃时发出的响声很小时，表明氢气已经纯净。实验操作过程如下图：

 

 

 

注意事项：当开始收集的氢气经检验不纯，这时需要再收集、再检验。若下一步要采用向下排空气法收集氢气，应先用拇指把试管口堵住一会儿，再去收集、检验氢气。否则刚用于检验氢气的试管内的火焰可能没有熄灭，立即用这个试管去再收集氢气时，可能会点燃导管口不纯的氢气，引起装置爆炸，发生危险。

 

四、置换反应：

 

置换反应：由一种单质跟一种化合物起反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应叫做置换反应。

 

置换反应中“置换”的涵义是：反应物之一的单质中所含元素，代换了参加反应的化合物中的某种元素。

 

置换反应是化学基本反应类型之一。

 

表达式：单质 + 化合物＝新单质 + 新化合物

 

A + BC AC + B

 

锌 ＋ 稀硫酸 ＝＝硫酸锌 ＋ 氢气

 

Zn ＋ H2SO4 ＝＝ ZnSO4 + H2

 

单质 化合物 化合物 单质

 

置换反应的特点是：参加反应的物质只有两种，且一定是一种单质和一种化合物。生成物也只有两种，一种一定是单质，另一种一定是化合物。掌握了这些特点，就能够正确地判断置换反应。

 

（讨论）置换反应与化合反应，分解反应有哪些区别？

 

 

 

五、原子团的概念：

 

锌 ＋ 稀硫酸 ＝＝ 硫酸锌 ＋ 氢气

 

Zn ＋ H2SO4 ＝＝ ZnSO4 + H2

 

在锌与硫酸进行反应时，反应物硫酸，生成物硫酸锌均有相同的集团，即：

 

H2SO4和ZnSO4中的画线部分。在许多化学反应中，作为一个整体参加反应，就好像一个原子一样，这样的原子集团叫做原子团。

 

常见的原子团有：

 

KClO3 氯酸根

 

KMnO4 高锰酸根

 

NaOH 氢氧根

 

H2SO4 硫酸根

 

KNO3 硝酸根

 

探究活动

 

1用废旧的可乐瓶（塑料）、吸管、粘合剂，根据启普发生器原理，制作一个简易装置。

 

2根据启普发生器的原理，设计三套类似的实验装置，画出装置图。

 

3设计一个储存氢气的装置，便于利用该装置收集氢气，便于实验中使用氢气。

 

4实验室制取氢气时，以锌粒与较浓的盐酸反应，用气球收集气体，一段时间后，气球瘪了，重复上述实验多次，均得到相同的现象，试分析造成这种状况的原因，你从中得到什么启示？