初中化学科粤版九年级上册5.1 洁净的燃料——氢气获奖教案

第五章  燃料

5.1　洁净的燃料——氢气

一、知识与技能

认识氢气的物理性质。

二、过程与方法

1.了解氢气的燃烧过程及产物。

2.知道点燃氢气之前必须验纯，初步学习如何检验氢气的纯度。

3．知道化学变化伴随有能量变化，认识氢气是理想的高能洁净燃料的原因。

氢气的物理性质及可燃性、氢气的检纯。

点燃氢气之前必须检纯的原因和方法。

利用燃料的燃烧反应来取暖和获得熟食 , 是人类文明的开始 , 燃烧与我们的生活及社会发展密切相关。大家在3.3 中已经学习燃烧与灭火的知识 , 今天我们来学习第五章洁净的燃料——氢气, 首先学习一种洁净又高能的燃料一一氢气 。

气球为什么会迅速上升呢？气球里面填充的气体是什么？具有什么样的性质？

【活动探究】氢气有什么特性？

1．最轻的气体

氢气是无色、无味的气体，极难溶于水，常温下密度最小，能发生三态变化(101.3 kPa时，熔点为－259 ℃，沸点为－252 ℃)。

氢气是物质世界里密度最小的气体。在0 ℃、101.3 kPa时，氢气的密度为0.090 g·L－1，是同条件下空气密度的2/29，氧气的1/16。因此，人们在发现氢气后相当长的时间内，常用氢气填充气球来烘托节日的欢乐气氛。

2．氢气的燃烧

氢气具有可燃性：2H2＋O22H2O；

点燃氢气前，一定要检验氢气的纯度。

(1)活动探究：氢气燃烧的产物是什么？

用燃着的木条点燃氢气肥皂泡时，发现氢气能燃烧。那么，它燃烧时会产生哪些现象？产物是什么？

【实验】

【联想】通过这个实验，我们可以进一步确认水是由氢元素和氧元素组成的。

氢气具有可燃性，2H2＋O22H2O燃烧生成物是水，因此，氢燃料是不产生污染物的洁净燃料。

(2)氢气的爆炸

①活动探究：氢气的爆炸

【解释】

氢氧混合气燃烧发生爆炸的微观过程

当氢气和氧气混合后，氢分子与氧分子充分接触，点燃时，反应迅速，短时产生大量的热和气体，在一个受限制的空间内急剧膨胀而发生爆炸(微观过程如上图所示)。

【结论】氢气中混有空气或氧气时，点燃会发生爆炸。

②氢气的爆炸极限

氢气在氧气里反应的现象视氢气、氧气混合的情况而有所不同。经实验测定：空气里如果混入氢气的体积达到总体积的4.0%～74.2%时，点燃就会发生爆炸，这个体积分数叫做氢气的爆炸极限。否则，氢气就能安静燃烧。

常见可燃性气体的爆炸极限：

一氧化碳的爆炸极限：12.50%～74.0%；

液化石油气的爆炸极限：1.7%～9.7%；

天然气的爆炸极限：5.0%～15.0%；

电石气(乙炔)的爆炸极限：2.3%～72.3%；

酒精蒸气的爆炸极限：3.5%～18.0%。

③检验氢气的纯度

3．理想的高能燃料

氢气作为新能源普遍被人们重视并加以研究。氢能源有许多其他燃料所不及的优点：

(1)资源丰富。占地球表面71%的水中都含有大量的氢元素，水分解可制得氢气，氢燃料燃烧后又生成水。

(2)氢气燃烧的产物只有水，清洁无污染。

(3)氢的放热效率高。据测定，氢气完全燃烧的热值为1.43×108kJ/kg，而汽油完全燃烧的热值为4.6×107kJ/kg，燃烧相同质量的氢气和汽油，氢放出的热量为汽油的3～4倍。

可见氢气真是既可再生、清洁，又高能的理想燃料。

由于氢气在制造、贮存、运输等方面还有许多技术问题没有真正解决，所以氢能源尚未得到广泛应用。目前，液氢只能在宇宙火箭、航天飞机、导弹等方面应用。

4．氢气的燃烧与爆炸

(1)燃烧与爆炸对比

(2)气体的爆炸

混合气体发生爆炸必须符合：

①可燃性气体必须在爆炸极限内；

②必须在有限空间内发生反应；

③急速燃烧产生大量热和气体。

氢气在爆炸极限内，还必须在有限的空间里急速燃烧时，且产生的大量热量和气体不能及时地散失；若在敞开体系中，反应产生的大量热量和气体能及时地散失掉，则不会发生爆炸。

5．检验氢气纯度注意的问题

(1)验纯时，必须听到轻微的“噗”声；没有听到声音，说明氢气体积分数小于4.0%。

(2)若用向下排空气法收集氢气，经检验不纯而需要再检验时，要用拇指堵住试管口一会儿(或换一支试管)，然后才能再收集检验；因为此时试管内验纯点燃的氢气可能还没有熄灭，立即收集易引起发生装置内混合气发生爆炸。

检验氢气纯度时，①操作方法必须正确；②判断氢气纯净的标准不是听不到声音，而是必须听到轻微的“噗”声。

6．实验数据处理归纳氢气的爆炸极限

实验数据处理是指从实验中获得数据开始到得出最后结论的整个加工过程，包括数据记录、整理、计算、分析和绘制图表等。从获得的实验数据中寻找化学量变化规律是实验过程数据处理的重要内容。

一、氢气的性质

1.氢气的物理性质 : 无色无味最轻的气体, 极难溶于水。

2.常温下氢气的化学性质很稳定。

3.氢气的可燃性

(1) 纯净的氢气在空气中经点燃可安静燃烧形成浅蓝色火焰 , 生成水并放出热量。

2H2十02　　　　 2H2O

(2) 点燃不纯的氢气 ( 与空气混合 ) 会发生爆炸, 点燃氢气之前必须检验氢气的纯度。学会氢气的检纯方法。

4.一切可燃气体混有一定比例的空气时, 点燃都会发生爆炸,这种体积比范围称为爆炸极限。

二、氢气的用途

氢气燃烧的热值很高 , 产物是水 , 所以氢气是理想的高能洁净燃料。

数据以表格的形式呈现是比较常见的：以表格的形式给出有关化学量之间的关系，根据表格中数据提供的信息对数据进行分析处理，按其内在联系抽象成知识与规律，达到解决问题的目的。因此，通过对数据的运用和分析处理的练习，有利于培养信息收集和数据处理能力。解答这类题的共同点是：首先要读懂题意，然后对表格数据进行分析，筛选有价值的信息，获取相关数据、性质、规律，形成解题思路。

例1下列关于氢气的物理性质的描述，不正确的是(A)

A．氢气具有刺激性气味

B．氢气难溶于水

C．氢气是最轻的气体

D．在－259 ℃时氢气能变成雪花状的固体

例2实验室要收集一瓶氢气，可以用什么方法收集？收集了氢气的集气瓶，应如何放置？

答案：用向下排空气法收集，也可以用排水法收集。集满了氢气的集气瓶口向下放置。

例3国庆时，天安门广场群众游行时数千名少先队员手持几万个彩色气球，走向主席台前接受检阅，使庆祝活动达到了高潮。根据你所学下列气体的化学性质及下表中提供的数据分析，充灌气球最好选用的气体是(B)

A．氢气　　　    B．氦气

C．氮气          D．氧气

例4两位同学做氢气验纯实验。甲同学用小试管收集氢气并管口向下移近酒精灯火焰，结果听到尖锐的爆鸣声，他未经任何操作便马上用同一支试管去收集氢气，准备再一次验纯；乙同学将收集了氢气的试管管口向上移近酒精灯火焰，没有听到爆鸣声，他判断氢气已纯。两位同学的操作是否正确？为什么？

答案：甲、乙两位同学的操作都不正确。甲同学应用拇指堵住试管口一会儿，使管内氢气的火焰熄灭后，再收集，否则易引起爆炸；乙同学没有听到爆鸣声，说明试管内部氢气的体积分数小于4.0%，不能说明氢气已纯。

1.能证明氢气在空气中燃烧生成水的依据是(D)

A．氢气燃烧时会放出热量

B．氢气燃烧时会发出淡蓝色火焰

C．罩在火焰上的烧杯壁发烫

D．罩在氢气火焰上的烧杯壁上有小水珠产生

2.下列各组气体混合后，点燃可能发生爆炸的是(AB)

A．氢气、氧气　　　　B．煤气、空气

C．氧气、氮气        D．氢气、水煤气

3.能源短缺和温室效应是当今人类面临的难题，新能源的开发和地球环境的保护是人类共同的目标。由此可见，最理想的能源是(B)

A．天然气　　     　B．氢气

C．无烟煤           D．汽油

4.在桌上放一个顶部扎有小孔的纸筒，用纸团堵住小孔，用向下排空气法在纸筒内充满氢气(如下图所示)。把氢气发生装置移开，拿掉纸团，立即用燃着的木条在小孔处点火，下列有关现象描述正确的是(C)

A．氢气立即爆炸将纸筒掀起

B．氢气安静地燃烧，产生淡蓝色火焰，最后慢慢熄灭

C．氢气安静地燃烧，过一会儿发生爆炸，把纸筒掀起

D．先听到爆鸣声，接着看到淡蓝色火焰，最后熄灭

5.测定氢气和空气混合气体的爆炸范围实验如下所述。取10支大试管，依次盛水90%(体积分数)、80%……再用排水集气法收集氢气，而后分别把试管口移近酒精灯火焰，实验结果如下：

(1)混合气体爆炸范围，氢气的体积分数约为10%～70%。

(2)由上述实验结果评价：“用向下排空气法收集氢气，保持试管倒置移近火焰，如果只发出轻微的‘噗’声，表明收集的氢气已纯”的说法的真正含义：收集到的气体中氢气的体积分数超过70%。