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第2章 实验仪器的制作和巧用(2)

NO2的制取及其性质取最小号的培养皿,盛上少量浓硝酸,将其置于直径约12cm2,底部盛有05cm厚的水层的培养皿中。在硝酸中投入很小的一块铜皮,迅速将直径约9cm的培养皿倒扣在小培养皿上。

通过投影可以看到铜片与浓硝酸激烈反应,有棕色气体产生,同时酸变成绿色(为Cu(NO3)2的水溶液)。再过片刻则又看到棕色渐渐变淡、直至消失。在大培养皿的边侧滴加数滴石蕊试剂,指示剂立即变红,说明NO2溶于水后成为稀硝酸溶液。再将中间的培养皿轻轻用手提起,使空气进入,又能看到有棕色气体形成。该装置将气体发生装置和气体性质实验装置结合于一体,装置简化,现象放大。利用该装置还可做其它类似的气体制取及其性质的实验。例如SO2的制取及SO2能使KMnO4溶液褪色的实验等。

培养皿投影实验四则

江西省莲花中学李海明老师设计的本实验所用培养皿,A号直径约15cm,B号约10cm,C号约6cm。

氯气的漂白作用

在A内面的一旁,用品红溶液反写一个“干”字,用酒精灯微火烘干。在其内面的另一旁,用同样的溶液,反写一个“湿”字。投影时,字迹刚好正面显示。向C内倒02cm厚浓盐酸,放5至10粒芝麻大高锰酸钾晶体,如图1所示,把A扣于C上,数秒钟内,“湿”字的红色便会褪去,“干”字的红色基本不变。证明,只有潮湿的氯气才有漂白作用。

钠和水反应在A内倒澄清的饱和酚酞水溶液,厚1cm,切取黄豆大的长条形钠块,在投影下展示其无规则形。把钠块投入水中,如图2,立即把试管、漏斗倒扣于A中。可以看到钠块滚过之处,显出一条红色的火龙,形象壮观。此外,演示过程中,学生会观察到,无规则形的钠块变成了圆球,浮于水面,充分显示其物理性质。反应后,轻微地斜漏斗,露出边沿,让少量空气流入,然后向上缓慢抽动试管,再检验试管内的氢气。

铜与浓硝酸反应系列向A内倒05cm厚清水,向C内倒05cm厚浓硝酸,把C置于A中心处。拿一片02g左右的铜片,放于浓硝酸中,把B扣于C上。C内放出红棕色气体,溶液逐渐变绿,显示铜与浓硝酸的反应。B内颜色变浅后,小心地把整套装置端给学生观察,B内液面高于A内液面,显示NO2溶于水。如图3,把B,C位置相对移偏,然后轻轻地掀动B,让少量空气流入B,立即出现红棕色气体。显示出NO2溶于水后生成了NO,还显示NO与O2反应生成NO2。最后,向A内滴石蕊试液,检验HNO3的生成。

原电池

剪取10cm×2cm铜和纯锌各两片,折成Cu,Zn符号的形状,如图4置于两只B中。向B内各倒1cm厚稀硫酸,观察到锌片上有气泡,铜片上没有。接通开关K,电压15V至25V的声音集成块Y便发出音响,铜片上产生气泡,说明原电池的形成。

锌片上反应更加剧烈,说明电化腐蚀的原理。

(注:电压15V至25V声音集成块,可从废旧的玩具手枪内取用,也可把集成块换为发光二级管。)用锥形瓶改进化学实验

“喷泉”实验

江苏苏州师专吴新华老师设计的装置,见图,在-250ml的锥形瓶内装入1/2~2/3容积的红色水,配上双孔塞,一孔插入弯玻璃管,另一孔插尖嘴玻璃管。另一250ml锥形瓶上的双孔塞,一孔插入分液漏斗,另一孔插入相同的弯玻璃管,然后用胶管将两锥形瓶连成一体。

实验时,在锥形瓶内先放进少量MnO2固体然后将30%H2O2从分液漏斗中迅速注入,塞紧瓶塞,关闭活塞。当H2O2遇催化剂MnO2后,立即分解:2H2O2MnO22H2O+O2产生大量氧气,将另一锥形瓶内红色水,压入尖嘴玻璃管中,并从尖嘴处喷出,形成红色喷泉。

镁和碘的反应

在300ml锥形瓶上加配合适的双孔橡皮塞,一孔插入滴管,滴管内吸入少量水,另一孔插入弯玻璃导管。

实验时,取一角匙固体碘置于研钵中研细然后加一小匙镁粉,共同均匀混和,混和后装入干燥的锥形瓶内,塞紧瓶塞。用滴管对瓶内碘镁混和物滴加水数滴,碘和镁立即发出反应,主反应大致认为:

Mg(固)+I2(固)H2OMgI2(固)+1603千卡生成白色碘化镁,同时放出大量热,使碘升华使水变成水蒸气,水蒸气和副反应中产生的氢气、氧气及白色碘化镁一起在瓶内形成浓厚的烟雾。生成的碘紫色蒸气不断从玻璃导管开口端逸出。逸出的紫色碘蒸气可以用加接导气管,控制碘蒸气,减少污染。

二氧化硫与硫化氢的反应

在300ml锥形瓶内套进底部有小穿孔的废试管。废试管用单孔橡皮塞固定在锥形瓶正中。

实验时,先在底部有小穿孔的试管里加入比小孔大的FeS颗粒,然后在锥形瓶内加入适当的稀HCl和NaHSO3粉末,迅速将FeS试管套进锥形瓶,使稀HCl经小孔进入试管,当FeS、NaHSO3和稀HCl接能后即发生反应:

NaHSO3+HCl=NaCl+SO2↑+H2OFeS+2HCl=FeCl2+H2S↑生成的SO2和H2S继续反应:

SO2+H2S=2H2O+3S↓片刻后,在锥形瓶的内壁上即有浅黄色的硫生成。

简易气体发生器

选一支具支试管和一个单孔胶塞,单孔胶塞中插入一支长径漏斗。距漏斗尾端30毫米处包2层废旧电池的锌皮,并用铜丝缠紧。然后将其装入具支试管中即可使用。

实验操作

从长径漏斗口加入稀盐酸。酸刚好浸没锌皮为止,不用时关闭止水夹,酸被压回漏斗,酸与锌皮脱离接触,反应立即停止。

简易气体发生器体积小,排除空气快,点燃氢气时不易发生爆炸。制作简单,学生自己可以动手制作。成本低,用药量小,使用方便,更适于学生分组实验和农村中学使用。

用“双球玻璃管”做的实验

为了提高化学演示实验的质量和防止实验中产生的有害物质对环境的污染,上海经济管理学校黄士健、上海市郊工业学校崔建新老师试用“双球玻璃管”操作了以下几个化学演示实验,效果都很好,现介绍如下:

“证明次氯酸有漂白作用”的实验

整个演示实验装置见图一。在双球玻璃管的左球1中放入干燥的有色布条,在右球2中放入湿润的有色布条。装置的右半部分是一个改进的全封闭的余氯吸收装置。即在一个250ml集气瓶中,装入100ml浓氢氧化钠溶液;在集气瓶塞上打双孔,在孔中插入两支玻璃直角导管;取25×250mm大试管一支,截去试管底部成一支25×75mm的玻璃管,在管口一端配上一只单孔的试管塞,并套入玻璃直角导管上;玻璃管的另一端正好在浓氢氧化钠溶液中;在另一支玻璃直角导管上,接一只预先揿扁的集气袋。

实验时,打开左侧氯气贮气球的开头,轻压贮气球,使氯气平缓地进入双球玻璃管中,可见干燥的色布不褪色,湿润的色布褪去。反应后多余的氯气被浓氢氧化钠溶液吸收,残存的极少量的氯气进入预先揿扁的尾气集气袋中。

“氯化铵受热分解”的实验

氯化铵受热分解产生氨和氯化氢气体,氨气的密度是07188g·L-1,比空气的密度小;氯化氯气体的密度是1526g·L-1,比空气的密度大,加入氯化铵后似乎很容易将氨和氯化氢两种气体分开。但是如果按照现行高中化学课本中P155实验6-4操作,产生的两种气体混合在一起无法分开,实验效果很差。如果采用下面图二这套装置、能取得很好的直观效果。

在双球玻璃管的中央一段装入氯化铵晶体,在其两端填入少量蓬松的玻璃棉;在玻璃双球管的上球1中装入碱石灰,在下球2中装入五氧化二磷。另外在上方的玻璃管的上端放一张湿润的红色石蕊试纸,在下端放一张湿润的蓝色石蕊试纸,两支玻璃管之间用玻璃导管和配套的橡皮塞相连。

实验时,在装填氯化铵晶体的玻璃管部位用酒精灯加热,氯化铵受热即分解,产生的混和气体向上时,其中的氯化氢气体被球1中的碱石灰吸收,而在上口排出较纯的氨气,此时可见玻璃管中上端湿润的红色石蕊试纸变蓝;向下的混和气体其中的氨气被球2中的五氧化二磷吸收,而在下口排出较纯的氯化氢气体,同样可见玻璃管下端的湿润的蓝色石蕊试纸变红。

另外,当玻璃管中的氨气和氯化氢气体相遇时,还能见到玻璃管内滚滚白烟,证明氨与氯化氢反应又生成微小的氯化铵晶体。

用气体反应瓶进行的实验

气体与气体的反应

(1)SO2与H2S反应

在反应瓶中分别加入小块FeS和Na2SO3,先加稀H2SO4与FeS反应,后加浓H2SO42ml,使之与Na2SO3反应,立即盖上毛玻片,约1分钟后即可观察到瓶壁上有淡黄色固体产生。安徽省肥东县二中张有树老师分析其反应式为:

FeS+H2SO4=H2S↑+FeSO4Na2SO3+H2SO4=SO2↑+Na2SO4+H2O2H2S+SO2=3S+2H2O(2)H2与Cl2混和爆炸反应

在反应瓶中分别加入几粒Zn粒和一药匙KMnO4晶体,先加入约2ml浓HCl使之与KMnO4反应,当见到有黄绿色气体产生时加入稀H2SO4使之与Zn粒反应,当黄绿色气体充满反应瓶时,用塑料片盖好,用点燃的镁条接近反应瓶,立即会发生爆炸,并产生大量白雾。其反应为:

2KMnO4+16HCl(浓)=2KCl+2MnCl2+5Cl2↑+8H2OZn+H2SO4=ZnSO4+H2↑H2+Cl2光照2HCl注意:

1加试剂时应先加HCl(浓),产生Cl2后再加稀H2SO4,因Cl2产生时扩散较H2慢。

2为了安全应把塑料片盖在反应瓶上。

以上装置及操作,还可用于Cl2与NH3,HCl和NH3,SO2与NO2的反应实验。

气体与液体反应21SO2与KMnO4反应分别在反应瓶中加入KMnO4溶液2ml,一药匙Na2SO3粉末,向Na2SO3中加2mlH2SO4,立即盖上毛玻片,1~2分钟后可见到KMnO4溶液紫色褪去。其反应为:

5SO2+2KMnO4+2H2O=K2SO4+2MnSO+2H2SO422Cl2与KI溶液反应在反应瓶中分别加入KI-淀粉溶液2mlKMnO4晶体,向KMnO4中加入2ml浓盐酸,盖上毛玻片,片刻后,可见到无色的KI-淀粉溶液变蓝。其反应为:

Cl2+2KI=I2+2KClI2+淀粉变蓝同样方法可做Cl2与NaBr;SO2和溴水,H与Pb(NO3)2等反应的实验。

气体与固体反应31活性炭的吸附实验在反应瓶中加入2ml浓HNO3,在其中加入一小块铜片,当红棕色气体充满反应瓶时取出铜片,再加入活性炭,盖上毛玻片,片刻后,瓶内的红棕色即消失。反应式为:

Cu+4NH3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2↑+2H2ONO2+活性炭褪色32Na与Cl2反应实验在反应瓶中加入KMnO4与浓HCl,当红棕色气体充满反应瓶时,将燃烧的金属钠,立即伸入反应瓶,可观察到钠继续燃烧,瓶内充满白烟,反应结束后,见到瓶壁上有白色固体形成。其反应式为:

2Na+Cl2点燃2NaCl用此法还可做:P与Cl2,Cu与Cl2等实验。

本实验的特点是:集制气、收集、反应于一体,省力省时。有的实验也可将两个反应瓶的口吻合起来使用,如NO2与SO2反应。

安瓿瓶实验五例

在教学中,奉化市溪口中学王惠娟老师利用医院的废旧物资——安瓿瓶(即废针管,如葡萄糖注射液、生理食盐水注射液、主射用蒸馏水瓶等)进行了许多实验,利用安瓿有瓶颈的优势,对传统的实验作了改革,改革后的实验装置简单,操作方便,现象明显,现将其中五例记录如下,供参考。

制二氧化氮,使反应随时停止、随时发生B为倒置的穿底废针管(废针管穿底见说明),内放大小适中的铜片如图A为小烧杯,内放浓硝酸制二氧化氮时,将废针管插入浓硝酸中,制取终了时,将管提离酸面,(或使管口仍处在酸面)并夹闭导气管,此实验方便实用,且可防止NO2逸出,减小环境污染。(此装置也适宜制H2、CO2、H2S等)制取白磷和白磷的自然

将红磷或从火柴盆侧刮下的黑粉少许,放在穿底安瓿瓶中部,右端用纸塞塞紧。用稳定火焰的外焰加热,管两端内壁冷处即有黄色物质成环状凝成,见图甲。

拔掉纸塞,轻轻向管口吹气,另一端即喷出火焰和白烟。见图乙。此实验,取材容易,现象引人入胜。

木材干馏

如图在一个废安瓿瓶中装入小木条,把瓶放在酒精灯(或其它加热用具)上加热,当瓶口有气体放出时,用火柴点燃,可看到气体燃烧。当小木条完全变黑后,停止加热。木焦油等液态产物凝聚在管内壁,量多时会淌出滴下。最后,管内残留木炭。此实验方便,现象明显。

银镜反应

用废安瓿瓶代替试管,优点是成功率高,避免试管不洁而造成银镜不光亮。(步骤略)氯化铵受热分解

在一个废针管内加入少许氯化铵晶体,加热。受热时,氯化铵分解生成氨和氯化氢。氨和氯化氢作用生成白烟,遇冷凝附瓶壁(同样可进行碘升华实验)。优点是发挥了安瓿瓶瓶颈的优势。说明:截断玻璃瓶把瓶内外揩干,在需要截断处用鞋底线绕2-3道,打结后剪去多余线头。在线上均匀滴上煤油或酒精,无风处点燃棉线、慢慢转动,待火焰熄灭,把瓶子垂直插入冷水中,即在绕线外平整裂开。见图。

一种气体发生器

为了方便操作,降低化学实验中排放到空气中的毒气量,湖南省祁阳师范学校谢义元、张顺忠老师设置了一种气体发生器,通过使用,效果很好。

使用方法

(1)准备:将高锰酸钾装入②,其量不超过1毫升,将盐酸装入④,打开开头①,⑤。

(2)用气:用手握住⑤,往④内充气,将盐酸压入②,关闭开头④,此时开始反应。

(3)停止用气;先关闭①,再打开⑤,氯气便贮在②,③内,盐酸离开②,进入④,反应停止。

①带胶塞活塞②带胶塞的管壁打孔试管,直径22毫米③抽滤瓶④带胶塞的底部穿孔大试管,直径25毫米⑤带开头的充气球(可用洗耳球、止水夹)附图实验装置优点

(1)操作简便,得气快,节约时间。由于用第一次以后,②,③内就常贮有气体,其量足可满足下一步实验需要,用气时,只要打开开头①,用手压一下⑤,便可得到纯尽的气体。

(2)装置一次药品,可使用多次,能满足教师连续几个班的演示实验教学。

(3)液体药品进入②后,②内空间变小,所产生的气体很快就会纯。

(4)由于③的容量较大,停止用气后,剩作在②内的一小部分液体药品与固体药品所反应产生的气体完全可以被③所贮藏,气体不会进入④内,④内压强改变小,使用安全。

(5)很好地解决了有毒气体进入教室空气中污染环境的问题。

(6)用它制氢气、二氧化碳、硫化氢、一氧化氮、乙炔等气体,能收到同样的效果。

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