氫氣實驗室制法
教學(xué)目標(biāo)
知識目標(biāo)
使學(xué)生掌握實驗室用金屬和酸反應(yīng)制取氫氣的化學(xué)反應(yīng)原理，初步了解實驗室制備實驗的一般思路和方法；
了解置換反應(yīng)的概念，對給定反應(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，用易得廉價的簡單實驗儀器，自行設(shè)計制備氫氣的簡易裝置。
情感目標(biāo)
通過對氫氣純度的檢驗，使學(xué)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(xué)生進行安全教育。
教學(xué)建議
本節(jié)課是元素化合物的基礎(chǔ)知識課，難度雖不大，但知識面廣，這些知識是后續(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)的概念和氫氣的實驗室制取裝置等主要內(nèi)容，緊緊圍繞這些知識的形成過程進行教學(xué)活動。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)知識開始，可以用計算機等媒體放映"氫氣的用途"資料片，導(dǎo)出新課。再通過實驗，師生共同討論，建立置換反應(yīng)的概念，同時簡介原子團的知識。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實物展示，巧設(shè)問題，由簡到繁，從易到難，根據(jù)儀器藥品，讓學(xué)生在課堂上設(shè)計出一套制氫氣的合適裝置，通過設(shè)計實驗，一可培養(yǎng)學(xué)生的動手、動腦的能力，二可增強他們學(xué)習(xí)興趣，三可鞏固已學(xué)知識。
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(xué)手段，集實驗、討論、講述、講解、歸納、練習(xí)為一體，這種方法既充分體現(xiàn)了以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科特點，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)靈活運用多媒體教學(xué)手段，通過實驗或啟發(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)生動眼、動手、動口、動腦的機會，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，教學(xué)中每一個知識點都是以已有知識或化學(xué)事實、探究性問題開始，通過實驗觀察、引導(dǎo)思考、討論、自學(xué)等多種方式，突出對學(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，以及知識的遷移過程，同時向?qū)W生進行辯證唯物主義認識論和科學(xué)態(tài)度、科學(xué)方法的教育，這些都有利于對學(xué)生進行素質(zhì)教育。
教學(xué)設(shè)計方案
早在十六、七世紀(jì)的時候，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——氫氣。直到現(xiàn)在，氫氣的實驗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、 驗室制取氫氣的原理：
�。▽嶒灒┤∷闹г嚬�，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。
�。ìF(xiàn)象）稀硫酸同時與Mg、Zn、Fe、Cu接觸，實驗現(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。
實驗室制取氣體，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(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(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)容器時還需用鐵架臺固定）。這種裝置是最簡單的氫氣發(fā)生裝置，如下圖（A）、（B）所示。
（A） （B）
�。ㄓ懻摚┑@種發(fā)生裝置的缺點是必須當(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？
實驗中常加一長頸漏斗，通過長頸漏斗分次加酸來控制反應(yīng)，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(dǎo)氣管一端堵死，觀察實驗現(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。
（請同學(xué)簡述現(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(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(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，應(yīng)將試管傾斜，使鋅�；朐嚬艿撞�，以免直接投入時砸破試管底；對產(chǎn)生的氫氣經(jīng)驗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(fā)出的響聲很小時，表明氫氣已經(jīng)純凈。實驗操作過程如下圖：
注意事項：當(dāng)開始收集的氫氣經(jīng)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(yīng)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(nèi)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(dǎo)管口不純的氫氣，引起裝置爆炸，發(fā)生危險。
四、置換反應(yīng)：
置換反應(yīng)：由一種單質(zhì)跟一種化合物起反應(yīng)，生成另一種單質(zhì)和另一種化合物的反應(yīng)叫做置換反應(yīng)。
置換反應(yīng)中“置換”的涵義是：反應(yīng)物之一的單質(zhì)中所含元素，代換了參加反應(yīng)的化合物中的某種元素。
置換反應(yīng)是化學(xué)基本反應(yīng)類型之一。
表達式：單質(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，就能夠正確地判斷置換反應(yīng)。
�。ㄓ懻摚┲脫Q反應(yīng)與化合反應(yīng)，分解反應(yīng)有哪些區(qū)別？
五、原子團的概念：
鋅 ＋ 稀硫酸 ＝＝ 硫酸鋅 ＋ 氫氣
Zn ＋ H2SO4 ＝＝ ZnSO4 + H2
在鋅與硫酸進行反應(yīng)時，反應(yīng)物硫酸，生成物硫酸鋅均有相同的集團，即：
H2SO4和ZnSO4中的畫線部分。在許多化學(xué)反應(yīng)中，作為一個整體參加反應(yīng)，就好像一個原子一樣，這樣的原子集團叫做原子團。
常見的原子團有：
KClO3 氯酸根
KMnO4 高錳酸根
NaOH 氫氧根
H2SO4 硫酸根
KNO3 硝酸根
探究活動
1 用廢舊的可樂瓶（塑料）、吸管、粘合劑，根據(jù)啟普發(fā)生器原理，制作一個簡易裝置。
2 根據(jù)啟普發(fā)生器的原理，設(shè)計三套類似的實驗裝置，畫出裝置圖。
3 設(shè)計一個儲存氫氣的裝置，便于利用該裝置收集氫氣，便于實驗中使用氫氣。
4 實驗室制取氫氣時，以鋅粒與較濃的鹽酸反應(yīng)，用氣球收集氣體，一段時間后，氣球癟了，重復(fù)上述實驗多次，均得到相同的現(xiàn)象，試分析造成這種狀況的原因，你從中得到什么啟示？
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