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第6章 关于碱金属实验的操作和改进(6)

说明水能灭火。再取一根约15cm长擦去氧化膜的镁带,在酒精灯上点燃后,慢慢地将燃烧部分放入水中,如右图,水受热气化,使整个燃着的镁带被大量水蒸气包围,镁带燃烧更加剧烈,整个燃烧部分象缠满银丝的闪闪发光的圣诞树竖立在黄色的火团之中。生成物象一团雪白、疏松、轻盈的“棉花糖”。

在生成物上滴两滴酚酞试液,变得白里透红,象一朵鲜丽的玫瑰花。这“棉花糖”就是银白色的镁带在水中燃烧后的生成物之一--氢氧化镁。镁带在水中燃烧的变化可表示如下:

镁+水点燃氢氧化镁+氢气MgH2OMg(OH)2H2分子式是用来说明物质变化的,并不要求掌握。

这个实验新奇、有趣、现象明显、省时、容易操作,能引起学生兴趣。

注意事项:

(1)镁带适当长些,燃烧时间长,生成物多,现象明显;(2)表面皿中的水适中。太多,燃着的镁带温度降低太快,不易燃烧;太少,水消耗完以后,表面皿容易炸裂;(3)实验中产生的氢气易燃,反应很剧烈,注意安全。

镁与水反应演示实验的改进

在镁与水反应演示实验中,若将镁粉代替镁条,同时配以适当的方法,可以增加趣味性。取一支试管,用纸条折成槽状送入镁粉少许,用长滴管吸取适量蒸馏水加入试管,注意不要将试管内壁弄潮,然后用试管夹夹住,在酒精灯上加热,观察试管底产生的气泡,稍稍振荡试管。右手换左手握住试管夹,右手取一根火柴在酒精灯上点燃后,挨近试管口,若发生爆鸣,即是试管中空气未排空,直到试管中持续冒出的气体纯净了,试管口遇火即冒出一条数厘米长的火焰,其显淡黄色是由于试管壁含钠原子。继续加热,气泡大量产生,并向试管口翻腾,火焰遇湿陡然变小,直至被扑灭,宛如一个自动灭火装置。在试管中滴入酚酞试液,溶液显红色。安徽广德横山职高刘勇老师设计的方法现象明显,有惊无险,引人入胜。

原理:

Mg+2H2O△Mg(OH)2+H2↑2H2+O2点燃2H2O+Q镁与水反应实验的改进

按高中课本上所叙述的步骤进行实验,则实验过程中,由于水沸腾而汽化产生大量水汽;镁粉在加热过程中,置换水中的氢也产生气泡。两种现象同时发生,互相干扰,分不清观察到的气泡是水汽还是氢气,难以说明镁置换了水中的氢。

为此天津市民族中学赵尔曾老师对该实验作了一些改进。

步骤和现象如下:

将长10至15厘米的镁条除去氧化膜后,卷曲成螺旋状,放入盛有5毫升冷水的试管中,此时试管中没有气泡发生;然后取出镁条,加热试管使水沸腾,再把试管从酒精灯焰上移开,待水中无汽泡逸出时,趁热投入螺旋状镁条,立即有大量气泡逸出;冷却后向试管内滴2滴无色酞酚试液,呈现红色。

实验证明:镁不易和冷水反应,但可以从热水中置换出氧。实验中不存在汽化现象对置换反应造成的干挠。

几点说明:

①用镁粉和水反应,虽反应速度较快,但不易除去氧化层。使用镁条和水反应,易除去氧化层,并易于在加热冷水前从试管中取出镁条。

②为增大镁条和水之间的接触面积,所取镁条要长一些,约在10-15厘米。

③较长的镁条投入热水中,吸收热量较多,会使水温下降较快,降低反应速度。因此要增大水的热容量。增大水的质量即可增大其热容量。改进后的实验比课本所述实验多用2毫升水。

④加水量也不宜过多。不得超过试管容积的三分之一,加水过多也会减小产物氢氧化镁的浓度,使指示剂变色现象不明显。

⑤酚酞在稀碱液中显红色,但在浓碱液或热碱液中易褪色,故应在反应后的溶液冷却后再滴加酚酞试液。

镁跟水反应实验方法的改进

镁跟水反应的现象及其分析

在试管中加几毫升水,往水中加2滴酚酞试液,当插入用砂纸或用稀酸除去氧化膜的光亮镁条,就可以即刻看到有大量细腻的氢气泡产生,无色的酚酞试液迅速变红。只因反应生成难溶于水的Mg(OH)2,逐渐沉积在金属镁的表面,形成坚实薄膜,隔离着镁跟水的相互作用,经过一段时间,这种反应就逐渐趋于停止。

如果把这种已经停止了反应的混和液加热,氢氧化镁的溶解度增大,沉积在金属镁表面的Mg(OH)2,逐渐溶解,镁跟水的作用又会重新进行,继续产生氢。只因在加热条件下,水的电离度增大(沸水时Kω=1×10-12),氢离子浓度提高,致使反应速度加快,产生更多更大的氢气泡。也使反应生成的Mg(OH)2在溶液中再度达到饱和,它又重新沉积在金属镁的表面,逐渐隔绝水对金属镁的作用。因此,即便是在沸水中,镁跟水的作用,也终因要生成这种难溶的隔离物,反应也会逐渐趋于停止。

有鉴于此,所以镁不论是跟冷水,还是跟沸水反应,只能观察到氢气的产生,看不到氢氧化镁沉淀的生成。如果我们能创造一种条件,让镁跟水反应生成的Mg(OH)2,既不使它附着在金属镁的表面,已经附着在镁表面上的Mg(OH)2又易自行脱落,那我们就可以顺利地观察到镁跟水反应的真实情况--在镁不断溶解产生氢气泡的同时,又有大量Mg(OH)2沉积。实验证明,K+、Na+等离子的氯化物有这种作用。

镁跟水反应实验方法的改进

按传统方法做镁跟水反应的实验,尽管有明显的反应速度,但就其产生氢的量还是比较少的,课堂教学演示的能见度较低,持续反应的时间不长,生成的Mg(OH)2根本看不到(在溶解的Mg(OH)2还未达到饱和之前,反应已几近停止),只能通过氢气的生成或酚酞指示剂的变色去证明或认定Mg(OH)2的存在。这就大大降低了实验的说服力。根据在水溶液中K+、Na+的氯化物有阻止Mg(OH)2薄膜在镁上形成,亦有助于已形成的Mg(OH)2薄膜易自金属上自行脱落的作用,所以我们建议,将镁跟冷水的反应,改成在食盐水溶液中进行将是非常成功的。

重庆四十一中刘怀乐老师介绍其方法:取一段擦去表层氧化膜的镁条,卷成螺旋状,插入盛满食盐水溶液的试管或烧瓶中,再将这试管或烧瓶倒插在盛有食盐水的烧杯中,可以迅速观察到镁持续不断地跟水反应的情况。几分钟之后,生成的白色Mg(OH)2沉淀不断聚积在烧杯底部(已用不着用酚酞试液检验了),而大量的氢气则聚集在试管和烧瓶的底部。按这种装置进行课堂演示,其直观醒目的程度,即令是坐在教室最后排位的学生也能一目了然。

实验注意事项:

(1)镁条要适当多一些,这样镁跟水的接触面积大,反应聚集的H2可以在几分钟之内进行检验,聚积的Mg(OH)2也可在几分钟之内得到观察。

(2)食盐水的浓度要恰当。一般说来,镁在较稀食盐水中反应产生H2的速度,远比在饱和食盐水中要快;镁在饱和食盐水中聚积Mg(OH)2沉淀的速度,又远比在稀食盐水中快。较为适宜的浓度,是将饱和食盐水稀释一倍。

镁和碘反应实验的改进

操作

首先在装置背面衬一张白纸,以便观察现象更明显。取05克镁粉(镁粉表面要有金属光泽)和05克碘,放在研钵里研磨,混和均匀,将混和物置于试管里,从胶头滴管中滴入1~2滴水,试管中立即出现紫色的碘蒸气,弯曲玻管中的一段蓝墨水向上升起。

改进的优点是:观察碘蒸气现象比较明显,形成的碘蒸气不会污染环境,并能说明镁与碘的反应是放热的。

镁条在二氧化碳气体中燃烧的简易实验

在400毫升的烧杯中加入数粒石灰石,然后加入6N的盐酸10毫升,此时产生二氧化碳气体由于密度比空气大,所以可以使烧杯盛满二氧化碳。用坩埚钳夹住镁条,先在酒精灯上点燃,先让它在空气中燃烧几秒钟(观察火焰),然后伸到充满二氧化碳的烧杯中,可以看到镁条在二氧化碳气体中激烈燃烧,生成灰黑色的粉末(白色氧化镁和黑色碳的混和物)。

这种方法具有装置简单、操作方便、现象明显、时间短等优点,适用于课堂演示。

镁条在二氧化硫气体中燃烧

实验步骤

(1)取适量的Na2SO3固体粉末于圆底烧瓶中,用分液漏斗滴加浓H2SO4制备SO2,化学方程式为:Na2SO3+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2↑+H2O,将产生的气体用向上排空气法收集。用湿润的蓝色石蕊试纸来检验SO2气体是否充满集气瓶。

(2)用砂纸擦去镁条表面的氧化膜,将长约20cm的镁条,在酒精灯上点燃后,迅速伸入盛满SO2气体的集气瓶,我们发现镁条在SO2气体中继续燃烧,发出耀眼的白光,产生大量的白烟。燃烧停止后,集气瓶的内壁附有较多量的淡黄色的物质,燃烧后的残渣是白色的网状物。

(3)镁条在SO2气体中燃烧生成物的分析镁在SO2气体中燃烧残渣是白色的网状物,与镁在空气中得到的白色粉末状产物不同。为此我们将产物做了如下实验。将残渣少许放置在洁净的试管中,向其中加入适量的稀盐酸(2ml),发现残渣溶解,并有较多量的气体产生,该气体能使湿润的蓝色石蕊试纸变红,使湿润的硝酸铅试纸变黑。淡黄色的固体粉末不溶于水及盐酸,能溶于CS2。

(4)结论及反应原理综上所述,我们可以推断,镁条可以在SO2气体中燃烧,产物是MgO及单质硫。

2Mg+SO2点燃S+2MgO在该条件下,有部分的硫蒸气和灼热的镁反应生成MgS。

Mg+S△MgS因此我们实验中得到的产物是MgO和MgS的混和物,在和稀硫酸反应时,有H2S气体产生。

镁在二氧化碳气体中燃烧实验的改进

实验用品容积为500毫升的烧杯、酒精灯、木条、胶头、滴管、玻片、玻璃棒、坩埚钳。

碳酸钠、1∶1稀盐酸、蒸馏水。

实验步骤(1)制备二氧化碳

向烧杯里倒入60毫升蒸馏水,加入3药匙粉末状碳酸钠,搅拌使之溶解,盖上一玻片。然后用胶头滴管(数次)向此溶液中加入1∶1稀盐酸使碳酸钠溶液完全反应并使溶液呈酸性。

用燃烧着木条伸入烧杯口下1-2厘米处,火焰熄灭,证明烧杯内液面上空盛满二氧化碳。

(2)镁在空气中燃烧

点燃镁条,向学生展示燃烧后的生成物氧化镁。使学生明确氧化镁是一种白色固体。

(3)镁在二氧化碳中的燃烧

另取同样长的镁条(2-3厘米)点燃后放入盛二氧化碳的烧杯中(去掉玻片),逐渐下降。燃烧完全后向学生展示生成物表面的颜色,确认氧化镁表面有黑色斑点。将此产物溶于原盛二氧化碳的烧杯中的溶液内搅拌、氧化镁溶解,可发现烧杯底有较多的黑色不溶物,这是反应产生的并附着在氧化镁表面的碳。

2Mg+CO2点燃2MgO+C二氧化碳和氧化镁反应的实验

在初中化学“单质、氧化物、酸、碱、盐的相互关系”中,唯独酸性氧化物和碱性氧化物的反应没有演示和学生实验,因此学生对这一反应规律缺乏感性认识,理解和运用也都感困难。因此安吉县昆山中学何金生老师建议增加二氧化碳和氧化镁反应的实验。现介绍如下:

用250毫升干燥的集气瓶收集一瓶干燥的二氧化碳,在小烧杯内注入稀红墨水,向集气瓶内投入四药匙氧化镁粉末,迅速用带导管的橡皮塞塞紧,导管另一端浸入烧杯的稀红墨水内。由于二氧化碳和氧化镁起化合反应,分子数目减少,瓶内压力降低,红水柱徐徐上升。

五六分钟后可检验生成物。方法是将生成物放入试管内,倒入适量的稀盐酸,用带导管的橡皮塞塞紧,导管另一端通入澄清的石灰水内,石灰水变浑浊。

碱性氧化物也可用新鲜的生石灰粉末,酸性氧化物也可用二氧化硫。

如教师用来课堂演示,可在课前向盛有二氧化碳的集气瓶内投入氧化镁粉末,塞紧带导管的橡皮塞,在橡皮管处夹上弹簧夹,用时打开弹簧夹,红水柱在一刹那间会上升20厘米以上,马上可以检验生成物,节约课堂教学时间。

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