书城教材教辅校园科普类活动指导手册
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第18章 学生小试验小制作指导(4)

摩擦结“冰”

取一个干净的试管,注放半管冷水,加入含有结晶水的硫酸钠晶体,用玻璃棒不断地搅拌,加到晶体不能再溶为止。

然后再多加一些晶体,用热水温热使它全部溶解(温度不得超过32.4℃,因为含十个结晶水的硫酸钠在32.4℃以上即脱水,变成无水硫酸钠。无水硫酸钠的溶解度,随着温度的上升反而降低)。

最后,用纸片将试管口盖好(防止落入灰尘,影响实验效果),静止冷却。约一小时后,小心将纸片取走,用玻璃棒剧烈地摩擦试管壁,你就会看见试管中有“冰块”析出来。

原来并不是试管里结了冰,而是析出了硫酸钠晶体。为什么用玻璃棒摩擦试管壁就会析出晶体呢?

因为硫酸钠在室温下的水中,已经溶解到不能再溶的程度了,也就是达到了饱和状态。由于硫酸钠在32℃以下,溶解的数量随着温度的升高而增加,所以温热后,未溶的那部分硫酸钠也溶解了。它的浓度就比室温时大,这种溶液叫“过饱和溶液”。

过饱和溶液不如饱和溶液稳定(处于介稳定状态),它极易析出溶质转变为饱和状态。因为这个试管中硫酸钠的过饱和溶液,冷却得慢又没大的灰尘落入,更没有同种晶体存在,所以它没有晶体析出。

但当用玻璃棒摩擦试管壁时,可以促进晶核的形成,破坏溶液的过饱和状态,于是过量的硫酸钠便迅速地形成结晶析出,试管内就像气温骤然下降结了“冰”一样。

卫生球“再生”

取一支大试管,注入10毫升酒精,用热水温热。然后往酒精里加卫生球粉末,直到粉末不能再溶解为止。这个溶液叫“饱和溶液”。

把试管放在盛有热水的烧杯中,并且用温度计测量此水温,如果水温始终保持不变(加热使其保持恒温),就可以进行实验。

另取一个卫生球,将其去掉火柴头大的一块,用线系好,悬入已经制好的饱和溶液里。这一段时间取出卫生球。这样,原先去掉的部分就会自动地补上了。

为什么去掉的部分会“再生”出来呢?因为固体物质放入溶剂中,溶解的分子或离子,在溶液中不断地运动着,当它们和固体表面碰撞时,就有停留在表面上的可能,形成与溶解相反的过程——淀积过程,溶液的浓度越大淀积的作用越显着。

固体在饱和溶液中,在单位时间内溶解到溶液里去的分子或离子数,和淀积到表面上的分子或离子数相等。因此,悬在饱和溶液中的卫生球,就处在不断的溶解和淀积过程中,外形逐渐变得圆滑,卫生球去掉的部分就像是被补上了一样。

奇妙的渗透用锋利的小刀在鸡蛋大头的一端挖出一个小圆洞,洞的大小以能在洞内插进一根细玻璃管为宜,然后让鸡蛋内的蛋白和蛋黄从小洞中流出来,用碗接到后,可供食用,以免浪费。

把鸡蛋壳小的一头,约占整个鸡蛋壳表面积的1/3泡在6M盐酸中,把这1/3的蛋壳溶解掉,使它只剩下一层薄膜。

小心地用滴管慢慢地将5%蔗糖溶液,里面加几滴红墨水以染成红色加到鸡蛋壳内,直到加满为止。把一支长20厘米的细玻璃管插在蛋壳上的小圆洞内,再把熔化的石蜡滴在玻璃管与蛋壳的接缝处,使它完全密封。

最后,找一个大小合适的玻璃杯或玻璃瓶,在里面装满清水,把装满蔗糖溶液和带有玻璃管的鸡蛋壳全坐在玻璃杯(瓶)上,使蛋壳能卡在杯口,而薄膜部分则完全浸在水中。不久,你会发现红色的糖溶液慢慢地在玻璃管内上长,几个小时以后,溶液就会溢出管口,说明玻璃杯中的水已经渗透到鸡蛋壳里面了。

粗盐提纯实验

粗盐中含有泥沙等不溶性杂质,以及可溶性杂质,不溶性杂质可以用溶解、过滤的方法除去,然后蒸发水分得到较纯净的精盐。

用托盘天平称取5.0克粗盐,用药匙将该粗盐逐渐加入盛有10毫升水的烧杯里,边加边用玻璃棒搅拌,直加到粗盐不再溶解为止。观察所得食盐水是否浑浊。称量剩下的粗盐,计算10毫升水中约溶解了多少克粗盐。

然后过滤。仔细观察滤纸上剩余物及滤液的颜色,如滤液仍浑浊,应再过滤一次。

如果两次过滤后滤液仍浑浊,应如何检查实验装置并找出原因。

把所得澄清滤液倒入蒸发皿。把蒸发皿放在铁架台的铁圈上,用酒精灯加热,同时用玻璃棒不断搅拌。待蒸发皿中出现较多固体时,停止加热。利用蒸发皿的余热使滤液蒸干。

用玻璃棒把固体转移到纸上,称量后,回收到教师指定的容器中。将提纯后的氯化钠与粗盐作比较,并计算精盐的产率。

彩色温度计

钴的水合物在加热逐步失水时,会呈现不同的颜色,因此可以根据温度的变化而呈现的颜色变化做成温度计。

在试管中加入半试管95%乙醇和少量红色氯化钴晶体,振荡使其溶解,在常温下呈紫红色,加热时随温度升高颜色呈蓝紫色至纯蓝。

酸奶制作实验

用家里有的器具来制作。

将乳酸菌接入牛奶,采用恒温发酵法,通过乳酸菌发酵牛奶中的乳糖产生乳酸,乳酸使牛奶中酪蛋白变性凝固而使整个奶液呈凝乳状态。注意,酪蛋白约占全乳的2.9%,占乳蛋白的85%。

首先向两个碗里倒入牛奶,将牛奶放入微波炉加热,以手摸杯壁,不烫手为宜。

再在每碗温牛奶中加入三勺买来的酸奶,用勺子搅拌均匀,盖保鲜膜。

将电饭锅断电,锅中的热水倒掉,将一个碗放入电饭锅,盖好电饭锅盖,利用锅中余热进行发酵,另一碗同样用保鲜膜覆盖,放入常温下的室内。

每隔两小时观察两个碗的变化并记录。

灭火器的制作

食醋的成分是醋酸溶液,里面有醋酸,就是乙酸,它可以与小苏打(碳酸氢纳NaHCO3)反应:

CH3COOH+NaHCO3=CH3COONa+CO2↑+H2O

用一个大瓶子配上一个单孔胶塞并插上玻璃管。向瓶中加入一些碳酸氢钠溶液,取一支能装入瓶内的试管,盛满浓盐酸后,将试管缓慢放入瓶中,使试管能竖立起来,塞上插有玻璃管的胶塞。

使用灭火器时,倒转瓶子并将玻璃管口指向火焰。小心!不要把管口对着别人或己。

向酸中加入洗涤剂以产生起覆盖作用的泡沫。将瓶子对准火焰,迅速倒转瓶子,剧烈反应生成大量二氧化碳,则气体的压力将液体从管口压出而灭火。

魔棒点灯

浓硫酸与高锰酸钾反应生成氧化性很强的七氧化二锰,它和易燃物如乙醇等剧烈反应放出大量热,可将乙醇等点燃。

实验时,在烧杯内边缘的任意位置滴两滴浓硫酸,在浓硫酸的对面边缘,要隔180℃相对,放0.05克高锰酸钾固体,带到课堂上后将玻棒底端放在浓硫酸上斜靠在杯内。

将玻棒取出展示给学生看,表示玻棒洁净无物。注意:润湿的无色硫酸看不出来。待学生认同无物后将玻棒放回大烧杯中,此时玻棒的底端需置于高锰酸钾上。

把酒精灯的盖子取下,展示给学生看,确认为一般的酒精灯。

取出玻棒在酒精灯的灯芯上碰触一下,即见酒精灯被玻棒点燃。

水中花园

除了碱金属的硅酸盐能溶于水外,其余金属的硅酸盐都不溶于水,并且大多都能呈现各种美丽的颜色。利用这点,我们可以做一个有趣的“水中花园”的实验。

当把硫酸铜、氯化锰、氯化钴、硝酸锌等盐投入水玻璃溶液中时,会发生如下的反应:

CuSO4+Na2SiO3=CuSiO3↓+Na2SO4(蓝绿色)

MnCl2+Na2SiO3=MnSiO3↓+2NaCl(紫色)

以上这些不溶性的硅酸盐首先在CuSO4、MnCl2等晶粒表面形成一层难溶于水而有半渗透性的薄膜,该薄膜只允许水往晶体中渗透,而其他离子则不能透过去,当渗入的水又溶解了可溶性盐将薄膜胀裂后,又会遇到硅酸钠作用形成新的薄膜,这一过程不断重复使硅酸铜等盐在硅酸钠胶体中长成美丽的枝状“树”,如“水中花园”一样。

实验时,取一个大烧杯或小型鱼缸,在底部铺上厚度为5毫米左右经水洗过的砂子,并倒入为20%的水玻璃溶液,深度10厘米左右。取硫酸铜晶体、硫酸亚铁晶体、醋酸铅晶体、氯化锰晶体、氯化钴晶体、氯化铁晶体、硫酸镍晶体豆粒大小各一粒,分别分散地投入水玻璃溶液中,静置两三分钟后,这些晶体就开始长出约5毫米长的各色芽状物,随着时间推移又会长出好多丝状分支。

硫酸铜晶体的芽枝是蓝白色树状,氯化钴晶体的是紫色丝状物,氯化铁晶体的是橙色粗状树等等,整个水下成为绚丽多彩的“植物园”。一天以后,用虹吸法抽出水玻璃溶液,换上清水,这些“花草树木”并不溶解,它们在清水中显得更加美丽。

高锰酸钾溶液

高锰酸钾为强氧化剂,易和水中的有机物和空气中的尘埃等还原性物质作用;高锰酸钾溶液还能自行分解,见光时分解更快,因此高锰酸钾标准溶液的浓度容易改变,必须正确地配制和保存。

高锰酸钾溶液的标定常采用草酸钠(Na2C2O4)作基准物,因为草酸钠不含结晶水,容易精制,操作简便。

首先来看看0.02摩尔/升高锰酸钾标准溶液的配制。

称取1.6克高锰酸钾固体,置于500毫升烧杯中,加蒸馏水520毫升使之溶解,盖上表面皿,加热至沸,并缓缓煮沸15分钟,并随时加水补充至500毫升。

冷却后,在暗处放置至少2~3天,然后用微孔玻璃漏斗或玻璃棉过滤除去二氧化锰沉淀。滤液贮存在干燥棕色瓶中,摇匀。若溶液煮沸后在水浴上保持1小时,冷却,经过滤可立即标定其浓度。

然后,来做高锰酸钾标准溶液的标定。

准确称取在130℃烘干的草酸钠0.15~0.20克,置于250毫升锥形瓶中,加入蒸馏水40毫升及草酸钠10毫升,加热至75℃~80℃,即瓶口开始冒气时,尚未煮沸时立即用待标定的高锰酸钾溶液滴定至溶液呈粉红色,并且在30秒内不褪色,即为终点。标定过程中要注意滴定速度,必须待前一滴溶液褪色后再加第二滴,此外还应使溶液保持适当的温度。

根据称取的草酸钠质量和耗用的高锰酸钾溶液的体积,计算高锰酸钾标准溶液的准确浓度。

喷雾作画

溶液遇到硫氰化钾(KSCN)溶液显血红色,遇到亚铁氰化钾〔K4[Fe(CN)6]〕溶液显蓝色,遇到铁氰化钾〔K3[Fe(CN)6]〕溶液显绿色,遇苯酚显紫色。FeCl3溶液喷在白纸上显黄色。

实验开始,用毛笔分别蘸取硫氰化钾溶液、亚铁氰化钾浓溶液、铁氰化钾浓溶液、苯酚浓溶液在白纸上绘画。

然后把纸晾干,钉在木架上。

再用装有FeCl3溶液的喷雾器在绘有图画的白纸上喷上FeCl3溶液。

木器刻花法

稀硫酸在加热时成为浓硫酸,具有强烈的脱水性,使纤维素失水而碳化,故呈现黑色或褐色。洗去多余的硫酸,在木(竹)器上就得到黑色或褐色的花或字。

实验时,用毛笔蘸取质量分数为5%的稀硫酸在木器或竹器上画花或写字。晾干后把木或竹器放在小火上烘烤一段时间,用水洗净,在木或竹器上就得到黑色或褐色的花样或字迹。

自做指示剂

将“心里美”萝卜洗干净,用剪刀或小刀将萝卜切成小碎末,放在一个小碗中捣碎并加入酒精。

将碎末用纱布包好,然后挤压出淡紫色的液体。

将其加入到盛有稀盐酸、稀氢氧化钠溶液的试管中,观察出溶液呈现出的不同颜色。

结果:盛有稀盐酸的试管中呈现出红色,盛有稀氢氧化钠溶液的试管中呈现出黄色。

结论:植物浸出液在酸性液体中呈现出红色,在碱性液体中呈现出黄色。

检验碘的含量

实验时,在一支试管中加入少量含碘食盐溶液,滴入几滴稀H2SO4,然后再滴入几滴淀粉试液。观察现象。

在另一支试管中加入少量KI溶液,滴入几滴稀H2SO4,然后再滴入几滴淀粉试液。观察现象。

将上述两支试管里的液体混合,观察现象。

含碘盐中含有碘酸钾(KIO3),在酸性条件下IO3-能将I-氧化成I2,I2遇淀粉变蓝,本实验利用KI-H2SO4试液与碘盐中的KIO3反应生成I2,再用淀粉试液检验生成的I2。

滴水生烟实验

碘与锌反映(水作催化剂)时放出大量的热,使碘升华成碘蒸气。

实验时,用药匙的小匙分别取少许干燥的碘和锌粉,在纸上混合平均。

然后用小纸条将碘和锌的混合物送入锥形瓶底中央,用带滴管的橡皮塞塞住锥形瓶口。注意,滴管要预先吸入水。

再向锥形瓶中逐滴滴入四滴水,察看征象。

最后向锥形瓶中加入适当Na2CO3溶液,振荡以吸取碘,避免污染。

吹气生火实验

把少许Na2O2粉末平铺在一薄层脱脂棉上,用玻璃棒轻轻压拨使NaO进入脱脂棉中。

用镊子将带有Na2O2的脱棉轻轻卷好,放入蒸发皿中。

用修长玻璃棒向脱脂棉徐徐吹气,察看征象。

过氧化钠能与CO2反应,生成氧气并放出大量的热,使棉花着火焚烧。

自制汽水

食用柠檬酸或酒石酸和小苏打NaHCO3溶于水后,能发生化学反应,产生二氧化碳气体。二氧化碳气体溶解在含糖、果汁等成分的水中,便可制成汽水。

实验时,取干净的塑料可乐瓶一个,依次加入适量的白糖或食盐、果汁、1.5克小苏打、冷开水(不要将瓶子装得太满)和1.5克柠檬酸后,立即将瓶盖旋上,以防汽水冲出。

轻轻摇动可乐瓶,观察现象。发现瓶中产生大量气泡。由于瓶盖旋得很紧,产生的气体无法逸出。约经15分钟,自制的汽水即可饮用。