书城科普读物动手做实验丛书--初级化学实验改进设计实践
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第17章 关于氧化物化学性质实验的操作和改进

用实验进行氧化物知识的教学

氧化物知识也是初中化学中一个重要的知识点。对于酸性氧化物和碱反应的化学方程式的书写,许多学生不易掌握,教师讲课也感到枯燥。为了解决这一问题,因陋就简,顾林祥老师设计了如图1所示的演示实验,预先在烧瓶中收满一瓶二氧化碳气体,再从滴液漏斗(分液漏斗也可)中慢慢滴入氢氧化钠浓溶液,会发现左边的“干燥管”内的红色液体向上跳跃,外界空气不断进入烧瓶,这是为什么呢?(可以引导学生议论)。

这是由于氢氧化钠与二氧化碳发生了反应的缘故。那么反应后生成了什么呢?

如图2,从滴液漏斗向烧瓶内滴入盐酸,会发现烧瓶内产生大量气泡,左边的红色液体马上产生液位差,同时开启右边的夹子,发现试管中产生气泡,并使试管中的澄清石灰水变浑浊。可以再请学生讨论这产生的是什么气体?氢氧化钠与二氧化碳反应到底生成了什么物质?

经学生讨论可以得知:

(1)产生的气体是CO2,因为使澄清石灰水变浑浊是CO2的特性。

CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O(2)NaOH和CO2反应生成了Na2CO3,因为与酸反应放出CO2气体的物质中含有碳酸根(CO2-3),这也是检验碳酸根离子最简便的方法。

Na2CO3+2HCl=2NaCl+H2O+CO2↑由此可知2NaOH+CO2=Na2CO3+H2O联系以前的知识:

Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+H2O可以推得:碱和酸性氧化物反应,生成盐和水。生成的盐和酸根比氧化物分子式中多一个氧原子。如Ca(OH)2+SO2=CaSO3+H2OCa(OH)2+SO3=CaSO4+H2O2NaOH+SO2=Na2SO3+H2O这样,同学们明确了反应事实,使大多数学生比较方便地掌握了碱和酸性氧化物反应,生成盐和水这一类化学方程式的书写。

化学本来就是以实验为基础的科学。通过实验,除了可以培养学生的兴趣,帮助学生加强记忆和培养学生观察能力、思维能力等以外,还可以促进学生的推理和分析问题的能力。要提高化学教学质量,实验是重要的一关。

中和热测定实验装置的改进

用保温杯代替双层玻璃烧杯反应器,实验效果良好。刘博静、段绥虎、范玉琬老师的设计是:

装置制作

(1)保温杯的选购:应选用200-250ml大小容积的瓶胆为宜。(也有陶瓷胆的,但不如瓶胆光滑易洗和耐酸性能好)。

(2)杯盖的钻孔:一般杯盖为双层,外层为硬塑料,里层为软塑料。用手工打孔器分层钻孔,孔分别打好后,再将原拆开的两层装在一起。要求孔一定要在两层盖的圆心位置,且上下孔对齐。

(3)温度计的选用:最好选用100℃以内的红水温度计,且刻度为每小格1℃分度以下的温度计,这样易观察准确。

(4)将温度计插入杯盖中,其下端正好在内装100ml液体的中间位置(即距杯底2-3厘米处)。

温度计被软硬两层的两孔固定,既不会滑下,也不会左右摇摆,且可以上下自由调节。

装置优点

(1)结构简单外形美观。

(2)绝热保温性能高。

(3)使用方便、结实耐用。

(4)较玻璃烧杯反应器经济实惠。

(5)可作专用仪器放置。

实验要点

(1)首先要准确配制1M盐酸和11M氢氧化钠溶液。选用二级试剂,含量较准确可以不标定,若用较低级试剂,需标定含量后再使用。配制盐酸时,最好用滴定管来取浓盐酸,这样较量筒准确又可减少HCl挥发。氢氧化钠可用灵敏度较好的托盘天平称量。

(2)溶液须是新配制的,且要充分冷却到室温后方可使用。

(3)杯子使用时,需先打开杯盖,使杯内温度等于室温后再使用。重复实验时要将杯内洗净,水洗后的保温杯内温度较低(自来水温通常低于室温),待恢复室温后再进行实验。

(4)量好的盐酸溶液需先倒入保温杯,可尽量倒完(因其为定量),后倒入氢氧化钠溶液(因其为足量),操作要快,倒后立即将杯盖盖好拧紧,然后用手轻轻摇匀杯中的混合溶液,使其充分反应(不要用玻璃棒或温度计搅拌,以防碰坏杯底,也容易使热量散失)。及时观察温度上升情况,准确读取最高温度,记为终止温度,读数精确到01℃-02℃。

①室温下Zn与CuSO4稀溶液反应置换出来的铜呈黑色粉末状。

②室温下Zn与饱和CuSO4溶液反应置换出来的铜呈紫红色颗粒状。

③室温下Zn与少量H2SO4酸化CuSO4稀溶液反应置换出的铜呈暗红色颗粒状。

④室温下Zn与少量HCl酸化的CuSO4稀溶液反应置换出的铜呈紫红色颗粒状。

⑤Zn与热的饱和CuSO4溶液反应,置换出的铜呈紫红色颗粒状。

⑥Zn与HCl酸化的热(不必煮沸)饱和CuSO4溶液反应十分激烈,置换出的铜量多,颗粒粗大,色泽酷似纯铜,呈紫红色,实验效果最佳。

⑦Zn与加有少量NaCl与KCl的热饱和CuSO4溶液反应也十分激烈,效果与上述步骤6相同,置换出的铜呈紫红色颗粒状。

以上实验结果说明:增大CuSO4溶液的浓度、加热、加入少量稀酸、加入Cl-,都能使Zn与CuSO4溶液反应置换出的铜呈紫红色。这是因为:

(1)增大CuSO4溶液的浓度,化学反应速度加快。

(2)加热也能加快化学反应速度。

(3)加入稀酸能抑制CuSO4水解,增强Cu2+的氧化能力。

(4)加入Cl-(NaCl、KCl、HCl),由于Cl-能破坏金属Zn表面的氧化膜,促使Zn与Cu2+接触,从而加快化学反应速度。

Zn与CuSO4稀溶液反应析出的黑色粉末状物质是纯铜吗?

(1)黑色粉末状物质是纯铜。

Zn与CuSO4稀溶液反应置换出的铜呈黑色粉末状,把这些黑色粉末状物质收集起来,用蒸馏水洗涤、过滤,重复操作多次,至到滤液中检验不出SO2-4(用BaCl2检验)为止,说明黑色粉末状沉淀物中不含SO2-4、Zn2+、Cu2+。然后把黑色粉末状物质用稀酸(HCl或H2SO4)浸泡,黑色粉末状物质立即变成紫红色晶体,且上层清液无色。取上层清液进行检验,除溶液显强酸性外无Cu2+和Zn2+,说明黑色粉末状物质是纯铜。

(2)Zn与CuSO4稀溶液反应析出的铜为什么呈黑色?

Zn与CuSO4稀溶液反应,由于CuSO4浓度小和CuSO4的水解,Cu2+的氧化能力减小,再加上金属Zn表面氧化膜的存在,使Zn与CuSO4稀溶液反应的速度减慢,生成的铜不能在良好的反应环境中析出,析出的铜呈黑色粉末状晶体。这些黑色粉末状晶体是多晶体,多晶体是由许多取向不同的单晶体颗粒拼结而成的,不能为同一点阵所贯穿的晶体。粉末状晶体由于晶格排列得不规律,把可见光吸收后辐射不出去,所以呈黑色。

当把黑色粉末状晶体置于稀酸中,铜在良好的环境中重新结晶,由黑色粉末状晶体立即变成紫红色颗粒状。