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第65章 变色涂料的制取

以下介绍的变色涂料制作实验,不仅阐述了制作方法,并引导学生进行了“指示液体温度”、“物体超常温报警”等各种应用设计实验,既丰富了生活化学实验课(选修)的教学内容,开阔了学生的视野,也培养了学生的创造性思维能力,体现了把化学带到生活中去的宗旨。

一、可逆性变色涂料

1.实验所需药品和仪器

(1)药品:硝酸汞、碘化钾、硝酸银、硝酸铜、明胶。

(2)仪器:小烧杯,试剂瓶、搅拌棒、温度计、水浴锅、滤纸、刷子。

2.原理及其化学反应

(1)在溶液中硝酸汞与碘化钾反应,首先产生红色碘化汞沉淀、然后沉淀溶于过量的碘化钾中,生成无色的碘配离子。

反应式:

Hg2++2I-=HgI2↓

HgI2↓+2I-=[HgI4]2-

(2)再使无色的碘配离子分别与硝酸银溶液和硝酸铜溶液反应,生成了黄色的四碘合汞酸银与砖红色的四碘合汞酸铜沉淀。

反应式:

[HgI4]2-+2Ag+=Ag2[HgI4]↓[HgI4]2-+Cu2+=Cu[HgI4]↓(3)四碘合汞酸银与四磺合汞酸铜在低温时两者的晶体都属于四方晶系结构,当温度升高时它们的晶体结构变成了立方晶系,由于晶体结构的变化引起了颜色的变化,而化学组成并没有变化,因而是可逆性变色涂料。

3.操作步骤

(1)酸制下述溶液。02mol/L硝酸汞溶液30ml,05mol/L碘化钾溶液40ml,02mol/L硝酸银溶液60ml,05mol/L硝酸铜溶液15ml,明胶液体:取明胶2克,置于30ml水中,把烧杯放在水浴锅中加热,不断搅拌直至明胶溶化即可。

(2)把硝酸汞溶液置于小烧杯中,再把碘化钾溶液慢慢倒入烧杯中,边加边搅拌,直至不再产生红色沉淀为止,然后加入碘化钾粉末,边加边搅拌至红色沉淀消失,然后把溶液分成A、B两份。

(3)在A溶液中加入硝酸银溶液,并不断搅拌即产生黄色四碘合汞酸银沉淀。在B溶液中加入硝酸铜溶液,并不断搅拌即产生砖红色四碘合汞酸铜沉淀(干燥后红色沉淀)。将两支产生沉淀的烧杯静止,倾去上层清液或过滤,再分别把沉淀用清水先涤两次。

(4)将两种沉淀物取出,分别加入适量明胶液体,也可适量加入添加剂如羧甲基纤维素钠等,两种随温度变化而颜色变化的可逆性变色涂料制成了。

二、不可逆性变色涂料

1.实验所需药品和仪器

(1)药品:硫酸铜,磷酸钠,氯化钴,碳酸钠,明胶。

(2)仪器:烧杯,搅拌棒等。

2.原理及其化学反应

(1)在溶液中磷酸钠与氯化钴反应,生成了磷酸钴的玫瑰紫色沉淀,受热后可分解成深灰色的氧化钴。

反应式:

2PO3-4+3Co2+CO(PO4)2↓Co3(PO4)23CO+P2O5

(2)在溶液中硫酸铜与碳酸钠反应,生成了蓝绿色的碱式碳酸铜沉淀,受热后分解成黑色氧化铜。

反应式:

2Cu2++CO2-3+2H2OCuCO3·Cu(OH)2↓+2H+CuCO3·Cu(OH)2△2CuO+H2O+CO2↑3.操作步骤(1)酸制下述溶液。02mol/L磷酸钠溶液30ml,02mol/L氯化钴溶液50ml,01mol/L硫酸铜溶液50ml,02mol/L碳酸钠溶液30ml。

(2)把磷酸钠溶液置于小烧怀中,加入少量氯化钴溶液,产生了鲜艳的玫瑰紫色磷酸钴沉淀,将沉淀洗涤并过滤。

(3)把硫酸铜溶液置于小烧杯中,再加入碳酸钠溶液,产生了蓝绿色碱式碳酸铜沉淀,将沉淀洗涤并过滤。

(4)将两种沉淀物取出,分别加入适量明胶液或添加剂,制成了两种不可逆性变色涂料。

三、涂料的变色及其温度的测试

1.把上述黄色和红色两种变色涂料分别涂在标签纸上(或纸上),黏在烧杯外壁上,待其干燥后把沸水倒入烧杯中,观察到黄色和红色的涂料,因其温度的升高而分别变成了橙红色和绛紫色,然后把温度计放入烧杯中,再测其温度下降时涂料恢复原色的温度,从而测出两种可逆性变色涂料的变色温度,然后试验该涂料的用途,同学们设计出多项应用小实验,如自动报温壶(杯),吸尘器过热报警等,这些实验进一步验证了所测定变色温度的准确性。

2.把上述玫瑰紫色和蓝绿色两种涂料分别涂在金属器物上,然后加热,当温度升高时,玫瑰紫色的涂料变成了深灰色,蓝绿色的涂料变成了黑色。当温度下降时,它们不能恢复原色,是不可逆性变色涂料,其变色温度都在100℃以上,可用作指示温度的信号,防止发生事故,确保生产安全。

注[1]黄色和红色涂料的变色温度分别为40℃~50℃和71℃。

注[2]玫瑰紫色和蓝色涂料的变色温度分别为450℃~500℃和200℃。

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