Техника безопасности при выполнении лабораторной работы «Водород»

При использовании водорода нужно помнить, что смесь его с воздухом взрывается. Ини­циатором взрыва может быть как открытый огонь (например, искра от статического электричества), так и горячие предметы (с Т выше 400⁰С). Поэтому перед поджи­ганием струи водорода надо проверить его на чистоту от O₂ (опыт 2Б).

Отметим, что получать водород взаимодействием Zn с кислотами нужно под тягой, так как технический цинк содержит значительное количество примесей, в частности, мышьяк, который под действием атомарного водорода переходит в очень ядовитое и летучее вещество - арсин.

Перед использованием натрия (например, для вытеснения H₂ из воды) необ­ходимо надеть защитные очки. Затем металл пинцетом вынуть из керосина, поло­жить на чистый сухой лист бумаги и, не торопясь, скальпелем или ножом отрезать нужное количество. Далее натрий освободить от поверхностной пленки и тотчас же использовать в работе. Остатки металла положить в керосин и сдать лаборанту.

Экспериментальная часть

Целью работы является изучение окислительно-восстановительных свойств водорода, способов его получения.

Опыт 1.. Получение водорода из воды

A. С помощью цинка. В пробирку налить 1 мл воды, добавить 3 капли фе­нолфталеина, и поместить кусочек очищенного (с помощью наждачной бумаги) цинка. Нагреть пробирку. Что наблюдается?

Б. С помощью кальция. Собрать установку (рис. 1), заполнить кристаллиза­тор и пробирку водой. Завернуть кусочек металлического кальция (размером с пол­спички) в марлю и с помощью щипцов быстро подвести к отверстию пробирки. Что наблюдается?

После полного вытеснения воды из пробирки закрыть (не переворачивая!) ее отверстие пальцем и собранный газ перелить в дру­гую пробирку, перевернутую вверх дном (переливать в течение примерно 40 с). Поднося по очереди обе пробирки к огню, выяснить, перелит ли газ.

Повторить опыт и продемонстрировать процесс переливания, а также доказательство того, что газ перелит (хотя бы частично), перед группой.

Что обнаруживается при разворачивании марли, в которой был кальций?

Подвергнуть анализу жидкость в кристаллиза­торе. Для чего отобрать в пробирку 1 мл ее и добавить две капли фенолфталеина. Что наблюдается? Почему?

B. С помощью натрия. В стакан на 100 мл налить 30 мл воды, и опустить в стакан кусочек очищенного натрия (величиной с горошину). Что наблюдается и почему? Как меняется цвет воды в ходе эксперимента? Почему?

Сравнить интенсивность окраски фенолфталеина в растворах после опытов А, Б, В и объяснить различия.

Опыт 2. Восстановление оксида меди(II) (Опыт выполняется под тягой!)

А. Получение водорода. Собрать установку, представленную на рис. 2. Предварительно заполнить хлоркальцевую трубку (2) гранулированным хлоридом кальция (зачем?), в трубку (3) поместить (с помощью длинного бумажного «ковши­ка») 0,1 г оксида меди(II), а в отверстие выходной трубки (4) вставить тонкую мед­ную проволоку.

Проверить герметичностъ прибора (как?). Затем в колбу (1) внести 30 гранул цинка, прилить 80 мл 2М серной кислоты и закрыть колбу пробкой. (Проследить, что­бы газоотводная трубка была близка к поверхности раствора. Почему?)

Б. Проверка водорода на чистоту. Собрать газ из газоотводной трубки (4) в сухую пробирку, объемом не более 10 мл (собирать в течение примерно 1-2 ми­нут). Затем закрыть пробирку пальцем (не переворачивая ее) и поднести, отняв па­лец, ее отверстие к огню. Что наблюдается и почему?

Пункт Б повторять до тех пор, пока собранный газ не начнет сгорать без рез­кого звука, что и укажет на его сравнительную чистоту от кислорода.

В. Горение водорода.

Убедившись в отсутствии ки­слорода (во взрывоопасных ко­личествах) в выделяющемся водороде, поджечь его у выхо­да из прибора. Отметить цвет пламени и в присутствии груп­пы определить качественный состав продуктов сгорания. Для этого опрокинуть над пламенем холодную стеклянную воронку. Что наблюдается и почему?

Г. Восстановление меди(II). С помощью спиртовки осторожно прогреть

трубку (3) по всей длине, а потом сильно нагреть ту ее часть, где находится оксид меди(II). Зачем?

Следить за пламенем: если оно погаснет - прекратить нагревание и об­ратиться к преподавателю или лаборанту.

Когда оксид меди восстановится полностью (как это определить?), закончить нагревание и оставить прибор остывать, не прекращая тока водорода (почему?). За­тем слить кислоту с гранул цинка в специальную банку, промыть их водой и сдать лаборанту.

Опыт 3. Получение водорода из щелочного раствора. Сравнение активности молекуляр­ного и атомарного водорода (Опыт выполняется под тягой!)

А. Получение водорода. Собрать установку, схема которой представлена на рис. 3. Положить в пробирку (1) 3-4 кусочка алюминия и прилить 4 мл 1M гидроксида натрия. Заткнуть пробирку пробкой с газоотводной трубкой (2) и на последнюю надеть пробирку (3). Осторожно нагреть пробирку (1) спиртовкой и собирать выде­ляющийся газ в течение примерно 3-4 минут. Доказать, что собранный газ содержит водород (как?).

Б. Восстановление перманганата калия. В две чистые пробирки налить по 3 мл 20 %-ной серной кислоты, и добавить по 2 капли 0,1M перманганата калия. В одну пробирку поместить 4 гранулы цинка, а через раствор во второй - пропускать водород из газоотводной трубки (2), опустив ее до дна пробирки; следить, чтобы жидкость не засосало в трубку. Через 10 минут сравнить окраску растворов в обеих пробирках и сделать вывод. Какая активность (кинетическая или термодинамическая) сравнивается в этом опыте для H₂ и “Н”?

 

Опыт 4. Получение и взрыв «гремучей смеси»

А. Получение водорода (по методу Кавендиша). В колбу с газоотводной трубкой поместить 10 гранул цинка и прилить 20 мл концентрированной хлороводо­родной кислоты. Газоотводную трубку подвести под консервную банку, опрокинутую вверх дном. В дне банки должно быть отверстие диаметром примерно 3 мм, которое на время ее заполнения заклеивается лейкопластырем.

Б. Образование и взрыв «гремучей смеси». После заполнения банки во­дородом (что устанавливается по выделению из-под нее «дыма»), газоотводную трубку удалить, отверстие банки открыть и сразу же выходящий из него водород поджечь длинной лучинкой (стоять как можно дальше!). Что наблюдается? Поче­му?