第一节 氢气的实验室制法

制取氢气的实验

人类制取氢气，最先是采用铁和稀硫酸作用。直到现在，在实验室里， 仍然用金属跟酸反应来制取氢气。让我们用自制的氢气充一个气袋。

［实验 5—1］取一支大试管加入一些锌粒和约 1/4 容积的稀硫酸，塞好带导管的橡皮塞。把薄膜塑料袋套在塞子的导管上，观察锌粒表面发生的现象和塑料袋体积的变化。把塑料袋口用细线扎紧，拔下导管，气袋能升空吗？由实验可见，用稀硫酸和锌反应，能制得氢气。那么，溶液中有没有其

它物质生成呢？

［实验 5—2］用玻璃棒蘸取实验 5—1 反应后的溶液，。滴在玻璃片上， 然后在酒精灯焰上方烘烤，观察玻璃片上留下的物质的颜色和状态。

玻璃片上有白色固体物质出现，这是反应生成的另一种物质——硫酸锌(ZnSO4)。锌和稀硫酸反应制取氢气的化学方程式为：

Zn＋H2SO4＝ZnSO4＋H2↑

【想一想】实验室制取少量氢气时，常用图 5—1 所示的装置。你能说出这套装置中各种仪器的名称吗？

［实验 5—3］用图 5—1 所示的装置制取氢气。将锌粒放在大试管中， 加入稀硫酸至液面覆盖住锌粒，塞好橡皮塞，观察反应现象。先用排水法收集一瓶氢气，用毛玻璃片盖住集气瓶口，倒放在桌面上。再用向下排空气法(如图 5—1 右)收集一瓶氢气，也用毛玻璃片盖住集气瓶口，倒放在桌面上。观察氢气的颜色和状态。

【议一议】(1)在收集氢气时使用的两种方法，各说明氢气有什么性质？

(2)盛有氢气的集气瓶为什么要倒放在桌面上？

工业上所用的大量氢气，除常用水煤气(主要成分是一氧化碳和氢气)、天然气(主要成分是甲烷)等来制取外，还可通过电解水来制取。

【选学】在实验室里，需要制取较多氢气时，常使用启普发生器。

启普发生器是由荷兰人启普(1808～1864)设计的，它由球形漏斗 1、容器 2 和导气管 3 三部分组成。使用时首先拔下带导气管的橡皮塞，将锌粒加在容器的球体下部，再塞上橡皮塞。然后旋开导气管活塞 4，从球形漏斗口加入酸，酸液顺漏斗流下，在容器内与锌粒接触，发生反应，产生的氢气从导气管放出(如图Ⅰ)。不用时关闭导气管活塞，容器内压强加大，把酸液压回球形漏斗里，使酸与锌粒脱离接触，反应即自行停止(如图Ⅱ)。用启普发生器制取氢气，可以随时使反应发生，也可以随时使反应停止，使用起来既方便又节省药品。

【练一练】与锌跟稀硫酸反应相似，锌还能跟盐酸(HCl)反应，镁也能跟稀硫酸、盐酸反应。试写出镁跟稀硫酸、锌跟盐酸反应的化学方程式。

镁跟稀硫酸反应的化学方程式为：

Mg＋H2SO4＝ MgSO4＋H2↑ 锌跟盐酸反应的化学方程式为：

Zn＋2HCl＝ZnCl2＋H2↑

分析锌、镁跟稀硫酸、盐酸的反应，可以看出这些反应与化合反应、分解反应不同，参加反应的物质是一种单质和一种化合物，生成的物质是另一种单质和另一种化合物。这类由一种单质跟一种化合物反应，生成另一种单质和另一种化合物的反应，叫做置换反应。

我们学过的化合反应、分解反应和置换反应，都是化学反应的基本类型。

根和根价

在锌跟稀硫酸的反应中，硫酸分子(H2SO4)中的“SO4”部分，好像一个原子一样，反应后转入硫酸锌中。像这种由几个原子结合的集团，叫做原子团，也称为“根”。例如，硫酸(H2SO4)中的“SO4”叫做硫酸根，氢氧化钙

［Ca(OH)2］中的“OH”叫做氢氧根，碳酸钙（CaCO3)中的“CO3 ”叫做碳酸根，等等。

根与某些元素的原子结合可组成化合物，因此根也有化合价。根的化合

价称为根价。由于根是由几个原子结合而成的，我们可根据组成根的各元素的化合价来计算根价。

根价等于其所含各元素化合价的代数和。例如，硫酸根中硫元素的化合价为+6，氧元素的化合价为-2，则硫酸根的化合价为：

(＋6) ×1＋(-2)×4＝(＋6)＋(-8)＝ -2。

根价也可利用化学式中其它元素的化合价计算。例如，在 Na2SO4 中 Na 为+1 价，则

(＋1)× 2＋SO4 的化合价＝0

SO4 的化合价＝-2

我们知道，带电荷的原子称为离子。同样，带电荷的根也是离子。例如， 硫酸根离子( SO42-)、碳酸根离子( CO32-)、硝酸根离子( NO3-)、氢氧根离子( OH-)等。显然，根离子所带的电荷数应等于根的化合价数值。

根据根价，可以写根与原子或其它根组成的化合物的化学式。

【练一练】已知铜的化合价为+2，铁的化合价为+3，分别写出铜与氢氧根、铁与硫酸根组成的化合物的化学式。