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第9章 胶体性质演示实验的操作和改进(3)

②在做氢氧化铁胶体电脉时,克服了一般实验中,只看到胶粒运动,而看不到界面移动和阴极附近棕色环形成的不足。

③此方法在用于高校物理化学实验,氢氧化铁溶胶1:电位的定量测定中,还有其突出的优越性。

注意事项(1)两电极界面要平整。装好后,电极面要平行,否则电泳过程中,界面移动不整齐,棕色环不圆。

(2)长毛细滴管毛细部分要足够长,否则在加溶胶和②液时不易形成清晰界面。在加溶胶和②液时,一定要轻轻挤压橡皮乳头,否则由于压出的液体压力太大,不利于使界面清晰.(3)溶胶最好进行纯化。如果不纯化,①液和②液可用0.001MKNO3加适量盐酸再加尿素和不加尿素组成。但由于酸度太高,阴极产生的氢气泡较多,这是阴极的棕色环不整齐。

胶体电泳实验

关于怎样做氢氧化铁胶体电泳实验的知识是不难从有关资料中查到的。但是,要得心应手地做好这个实验,还有一些值得探讨的问题。四川省南充县龙门中学刘荣林老师介绍的做法是:

实验的具体做法

在250ml烧杯中盛50ml蒸馏水(或普通自来水)加热至沸腾,向沸水中滴加2-4滴潮解后的氯化铁溶液,一边加一边振荡烧杯中的液体,并趁热加入4克尿素(或4克蒸糖)以增加溶胶的比重。制得的溶胶应是深红色澄清而透明的液体,不应有沉淀或浑浊的现象,否则应重新配制。

用15×120mm的u形管做电泳器,装入约÷管的氢氧化铁溶胶,用铁夹夹好,保持两边液柱高度相同。再用毛细滴管沿管壁慢慢地将稀硝酸钾溶液(用0.1克KNO3溶于100ml水中配成)加在溶胶上面,使溶液和溶胶之间形成清晰的界面。加溶液时要特别小心,应使溶液沿管壁成股徐徐均匀地流下,手挤滴管胶头的力不可时大时小,否则液流会冲坏界面。溶液加入量以液柱高3em左右为宜。稀酸钾溶液可用清水代替(应在两边的水里都加4-5滴入的盐酸,以增强导电性)。

演示时,用废电池中取出的炭棒洗净后做电极,炭棒约有2~3era插入溶液,然后接通电源进行实验。实验电压以100-150V为宜,控制方法是:在电路中串联一个J1205直流高压电源和一个滑动变阻器(200Q),通过改变电阻来控制电压。实验进行约2分钟后就可以清楚地观察到u形管丽边红棕色的氢氧化铁溶胶出现明显的液位差,果本实验采用幻灯投影进行演示,不仅能使全班同学都能看清液位差,甚至连氢氧化铁胶体的移动也清楚可见,这更增强了演示效果。

两点体会

(1)按这个方法进行演示,能在较短时间内看到明显的现象;操作条件易控制,实验再现性好,可靠性大。

(2)通过实验,我体会到要做好这个实验一定要把握住以下几个关键:

①制好澄清的氯化铁溶液是配好溶胶的关键,如用水解变浑的氯化铁溶液就制不成澄清透明的溶胶。如加入氯化铁后煮沸过久,溶胶的透明度也会受影响;②增加溶胶的比重、硝酸钾溶液要很稀、采用毛细滴管慢慢滴加溶液这三点是保证获得溶液和溶胶界面清晰的关键;③采用较高的直流电压,是缩短演示时间,获得明显效果。

氢氧化铁胶体电泳演示实验的简易方法

电泳现象是胶体的一个重要性质,做好电泳的演示实验,可以使学生直观地看到胶粒在分散剂中的运动,这对理解胶粒的带电性,加深对胶体本质的认识很有好处。上海师院化学系曹劲老师介绍了一种效果较好,一般学校都可以做的简易方法——半透膜——缓冲溶液法。

这个方法的主要特点是碳棒电极用半透膜包扎后直接插入胶体,并且在胶体中加入HAc-NaAc缓冲溶液。半透膜能允许离子通过而不允许胶粒通过,这就阻止了电极与胶粒的接触而又保持了通电。但是通电后电解H2O产生的H+和OH-离子仍然能够进入胶体溶液,这些H+离子的导电能力特别强,在系统中担负了大部分的导电任务,从而大大降低了胶粒的移动速度。而OH-离子能中和Fe(OH)3胶粒所带的正电荷而产生絮状沉淀。加入HAc-NaAc的目的就是消除H+和OH-离子的作用。

一般说,电解质溶液会使胶体聚沉,如果离解出来的离子电荷数越大,那末聚沉能力也越大。这里由于HAc的电离度很小,基本上以分子的形式存在,而Na+带正电荷,没有聚沉作用,Ac-只带有一个单位电荷,且本身体积较大,所以聚沉作用较小。实验表明,在Fe(OH)3胶体中加入适量的HAc-NaAc溶液,几天时间也不会产生聚沉。

电极的制作

将4~5根碳棒并列扎牢,底部用玻璃纸包扎好。固定电极的橡皮塞上要开一个气孔。

胶体的制备:

在50ml煮沸的蒸馏水中滴加2%(无水)三氯化铁水溶液3ml,得红褐色胶体。停止加热,冷至室温。然后滴加冰醋酸2~3ml,6NNaAc溶液15~2ml,摇匀。

操作步骤

在直径为25mm的U形管中注入制好的Fe(OH)3胶体,高度为5cm~6cm,如有气泡可用滴管吸掉。然后在U形管两端插入制好的碳棒——半透膜电极,碳棒底刚好与胶体液面接触,接上36V电源,1~2分钟后阳极处胶体上端出现一个浅色薄层,形成界面。以后浅色层以平均每分钟1mm的速度增厚,同时阴极端胶体的颜色稍有加深(半透膜也可用牛皮纸)。

实验结果和注意事项:

(1)半透膜——缓冲溶液法由于电阻小,电压利用率高,所以同样电压下,其电泳现象比其他方法来得快而且明显。能适用于条件较差的中学。

(2)本法的关键是加缓冲溶液的量要适当。加入NaAc量太少,实验现象不明显,太多了,会使胶体溶液混浊。如果通电后阴极一端出现混浊,可以多加一些冰醋酸。此外,在U形管许可的范围内,电极尽可能粗,使它与胶体的接触面尽可能大,这样也能提高电泳速度。

Fe(OH)3溶胶电泳实验的改进

①白纸板②石墨③Fe(OH)3溶胶④琼脂凝胶实验操作

(1)实验前的准备工作①Fe(OH)3溶胶的制备和提纯将03克FeCl3·6H2O先溶解于10毫升蒸馏水中,待全部溶解后,将其逐滴加入正在煮沸的100毫升蒸馏水中,冷却后即得红褐色的Fe(OH)3溶胶。取部分Fe(OH)3溶胶,通过渗析可得到净化的Fe(OH)3溶胶。根据实验条件,电泳时所用的Fe(OH)3溶胶,可以是未经提纯的。

②电极最好用铂丝,也可用石墨、电炉丝或镍铬丝代用。

③电泳管选取10×100U型管洗净备用,也可用8~10mm玻管自制成管距2cm内的U型管。

④准备少量琼脂和1张白色硬板纸。

(2)演示实验操作

①在U型管中装入热的琼脂溶液,高度约2cm左右,待冷凝后分别向U型管两边加入等量的Fe(OH)3溶胶(高度2~3cm),将U型管固定在铁架台上。

②白纸板上画下Fe(OH)3溶胶与琼脂的分界面位置。

③分别在U管两边插入电极,与“24V”直流电源连接。

④接通电源,约2分钟后可看到阳极区红褐色的Fe(OH)3溶胶越过分界面向琼脂凝胶中缓慢移动,而阴极区的Fe(OH)3溶胶不向琼脂凝胶中移动。5分钟后现象更为明显。

改进实验的优点

(1)装置简单,便于操作,背景颜色与Fe(OH)3溶胶颜色有很强的反差,易观察实验现象。

(2)按课本实验,常因Fe(OH)3溶胶在阴极还原而产生Fe2+(可用赤血盐加以证实),反而使阴极区颜色变浅。通过本实验完全可以说明胶体的微粒在外加电场的作用下作定向移动。

(3)整个实验演示过程可控制在5分钟左右完成,实验成功率高,可优化课堂教学。

本实验的关键(1)琼脂凝胶的量不宜太多,电泳管管距不宜太大,否则将增大电路的电阻,影响电泳速度。

(2)电压一般可控制24V左右,电压过低,将延长实验时间,且现象不明显。

丁达尔现象演示实验的改进

利用胶体的“丁达尔现象”可以鉴别溶液和胶体,“丁达尔现象”的演示实验一般要在暗箱中进行。另外,由于光源一般采用白炽灯泡或手电,演示效果很差,坐在中后排的同学往往看不清楚。上海经济管理学校黄士健老师介绍将这个实验改在白昼投影仪上的进行,并按照以下顺序进行操作,使实验现象十分明显。

将白昼投影仪的投影头子拆去,在投影仪的载片台玻璃上覆盖一张黑色卡纸,在黑卡纸中央开一个5mm的小圆孔。取一个容量为250ml的烘杯,放在黑卡纸上,使烘杯底部中心处正对黑卡纸的小孔。在烘杯中倒入150ml的001mol/L碘化钾溶液,打开投影仪的开关,可见在碘化钾溶液中无一条光亮的“通路”;用液管逐滴加入001mol/L的硝酸钾溶液,边滴加边用玻棒搅拌,当溶液呈现浅黄色时,可以明显地看到溶液中有一条垂直的光亮的“通路”

;继续滴加硝酸银溶液,溶液渐显黄色后,溶液中的“光路”又会消失。

通过以上实验形象地说明:在未滴加硝酸银溶液时,碘化钾溶液中的微粒直径<10-9米,是真溶液,所以看不到光的“通路”;逐滴加入硝酸银溶液呈浅黄色时,形成了碘化银胶体,胶体中的微粒直径在10-9米-10-7米之间,所以出现了“丁达尔现象”

;继续滴加硝酸银溶液,生成的胶体被过量的电解度凝聚,微粒直径>10-7米,所以又看不到光的“通路”了。

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