初三化学教学教案：氢气的实验室制法

教学目的

1. 掌握实验室制取氢气的药品、反应原理、仪器装置、收集方法、验纯、检验及操作注意事项：

- 学生应能够熟练选择和使用合适的药品进行氢气的制备，理解其背后的化学反应原理。

- 掌握如何正确组装实验仪器，并了解不同收集方法的适用条件。

- 学会如何安全地进行氢气的验纯和检验，确保实验的安全性。

2. 理解置换反应概念及其应用：

- 通过具体实例，学生应能识别并解释什么是置换反应，了解其在化学中的重要性和应用场景。

3. 了解原子团的概念，知道常见的原子团如SO4、CO、NO、OH：

- 学生应对原子团有基本的认识，理解它们在化学反应中的作用和特性。

教学重点

1. 掌握实验室制取氢气的反应原理和操作：

- 这是本节课的核心内容，学生需要深刻理解氢气的制备过程，并能在实际操作中准确无误地完成。

2. 学会氢气的检验和验纯：

- 氢气作为一种易燃易爆气体，安全操作至关重要。学生必须学会如何正确地进行氢气的验纯和检验，以确保实验的安全进行。

教学难点

1. 复习提问：

- 通过复习之前学习的内容（如电解水的化学方程式、氧气和氢气的检验方法等），帮助学生巩固已有知识，为新知识的学习打下坚实基础。

2. 实验室制取氧气的程序：

- 回顾实验室制取氧气的步骤，对比氢气的制备过程，帮助学生理解两者之间的异同点，从而更好地掌握氢气的制备方法。

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实验室制取氢气的详细讲解

一、制取氢气的药品

为了制取氢气，我们选择了几种金属与稀硫酸反应。具体实验如下：

- 镁 (Mg)：反应速度非常快，生成大量气泡，但不适合实验室常规制取氢气，因为反应过于剧烈，难以控制。

- 铁 (Fe)：反应速度较慢，生成少量气泡，也不适合实验室常规制取氢气。

- 锌 (Zn)：反应适中，生成适量气泡，最适合实验室制取氢气。

以下是具体的化学反应方程式：

1. \( \text{Mg} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{MgSO}_4 + \text{H}_2 \uparrow \)

2. \( \text{Fe} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{FeSO}_4 + \text{H}_2 \uparrow \)

3. \( \text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2 \uparrow \)

这些反应都属于置换反应，即一种单质与化合物中的另一种元素发生交换，生成新的单质和化合物。置换反应的特点是在反应前后都有单质存在。

二、反应原理

我们以锌与稀硫酸的反应为例，进一步探讨反应原理：

\[ \text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2 \uparrow \]

在这个反应中，锌作为活泼金属，将稀硫酸中的氢离子还原为氢气，同时自身被氧化成锌离子，形成硫酸锌。这个过程不仅生成了氢气，还展示了置换反应的基本特征。

三、仪器装置

根据氢气的制备特点，我们需要选择适用于固体与液体反应且不需要加热的仪器装置。常见的装置包括：

- 长颈漏斗：用于添加稀硫酸，确保反应过程中液体不会倒流。

- 锥形瓶或广口瓶：用于盛装反应物，提供足够的空间让反应充分进行。

- 导管：用于引导生成的氢气进入收集装置。

特别需要注意的是，长颈漏斗应插入液面以下，以防止生成的气体从长颈漏斗逸出。

四、收集方法

根据氢气的物理性质（密度比空气小，难溶于水），我们可以采用两种主要的收集方法：

1. 排水法：利用氢气难溶于水的特性，将氢气通入装满水的容器中，使水逐渐排出，最终收集到氢气。

2. 向下排空气法：由于氢气密度比空气小，可以将其通入倒置的集气瓶中，氢气会自然上升，将空气排出。

五、检验及操作

氢气的检验方法相对简单，可以通过点燃的方式进行。如果氢气纯净，点燃时会发出淡蓝色火焰；如果不纯净，可能会产生爆鸣声，这是氢气与空气混合后燃烧的结果。

六、验纯

为了确保氢气的安全使用，必须对其进行验纯。具体步骤如下：

1. 收集一小试管氢气：用排水法或向下排空气法收集一小试管氢气。

2. 靠近火焰：将试管口朝下靠近火焰，轻轻移开拇指，使氢气缓慢放出。

3. 观察现象：如果听到轻微的“噗”声，说明氢气纯净；如果有爆鸣声，则说明氢气不纯，需要重新收集。

七、注意事项

1. 检查装置的气密性：实验前务必检查整个装置的气密性。方法是将导管放入水中，双手握住容器外壁，若无气泡冒出，则说明装置气密性良好。

2. 导气管稍露出橡皮塞：确保导气管稍微露出橡皮塞，以便气体顺利排出。

3. 长颈漏斗插入液面以下：避免生成的气体从长颈漏斗逸出，影响实验效果。

4. 点燃前先验纯：氢气是一种易燃易爆气体，点燃前必须先进行验纯，确保安全。

小结

通过本节课的学习，我们掌握了实验室制取氢气的药品、反应原理、仪器装置、收集方法、验纯、检验及操作注意事项。此外，我们还学习了置换反应的概念及其应用，以及常见的原子团如SO、CO、NO、OH。

作业

请同学们完成以下任务：

1. 复习总结：整理课堂笔记，复习氢气的实验室制法及相关知识点。

2. 对比分析：比较氢气和氧气的实验室制法，填写下表：

| 特征/项目 | 氢气 | 氧气 |

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| 实验室制取气体的药品 | 锌与稀硫酸 | 高锰酸钾或过氧化氢 |

| 反应原理 | 置换反应 | 分解反应 |

| 仪器装置 | 固体与液体反应，无需加热 | 固体加热 |

| 收集方法 | 排水法或向下排空气法 | 向上排空气法 |

| 检验方法 | 点燃发出淡蓝色火焰 | 带火星木条复燃 |

通过这样的对比，可以帮助大家更清晰地理解两种气体的制备方法及其异同点。

希望同学们通过本次课程的学习，不仅能掌握氢气的实验室制法，还能培养严谨的科学态度和安全意识。