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第13章 化学实验中材料的巧用(5)

中学化学教材中主要有以下十几种气体:O2,N2,H2,CO,CO2,Cl2,HCl,Br2,SO2,H2S,NO2,NH3,CH4等。根据这些气体的不同性质可分为以下几类:

(1)根据气体溶于水的酸碱性分为:

酸性气体:

CO2,Cl2,HCl,Br2,SO2,H2S,NO2。

中性气体:O2,N2,H2,CO,CH4。

碱性气体:NH3。

(2)根据氧化性强弱分为:

氧化性气体:Cl2,Br2,SO2,NO2。

还原性气体:H2S,SO2。

(3)根据水溶性可分为:

极易溶于水的气体:HCl,NH3。

可溶于水的气体(溶解度较小):

CO2,Cl2,Br2,SO2,H2S。

(4)根据可燃性可分为:

可燃性气体:H2,CO,H2S,CH4。

非可燃性气体:

O2,N2,CO2,Cl2,HCl,Br2,SO2,NO2,NH3。

另外,气体还可根据密度大小、有无毒性等性质进行分类。

尾气处理的方法

无论是在工业生产中产生的尾气,还是在实验室中产生的尾气,其处理方法大体可分为液封法(即液体或水吸收法)、火封法、袋封法等。下面就上面气体的不同分类说明一下它们的处理方法。

(1)液封法(包括水封法)

对于那些极易溶解于某种液体的气体可采用这种方法进行尾气处理。如酸性气体可采用浓碱液吸收法,高级中学化学课本第一册氯气的制法及性质实验中,就是将尾气(氯气)通入到浓氢氧化钠溶液中的。对于极易溶于水的气体可采用水吸收法,如教材中氯化氢这种尾气就是通过导管和与之相连的倒置的漏斗通入水中而吸收掉的。

(2)袋封法

这种方法适用于各种气体的尾气处理。高级中学化学课本第二册在CO还原Fe2O3的演示实验中采用的就是这种方法。即将没有参加反应的CO和反应中产生的CO2通入到一个密封的塑料袋(或气球)中,实验结束后再将尾气处理掉。不过这种方法因为塑料袋的体积限制而使所处理的尾气量较少。

以上对中学化学实验中尾气处理的重要性及根据尾气的不同分类而简要介绍了实验中尾气的处理方法,希望能引起广大师生对此问题的重视。

介绍几种茶汁、饮料酸碱指示剂

有人曾用一些鲜花花瓣(如牵牛花)的浸出液,来作酸碱指示剂,固然很好。但这要受地区和季节的限制,不在鲜花盛开的季节就无法选用。安徽师范大学化学系周瑞萼、安徽师范大学化学系学生董建华、徐晓江多年来采用原料易得,价格低廉的天然茶汁和其它自制饮料制备酸碱指示剂,不论在什么地区,什么季节随时都可选用。它不仅可以帮助教师完成实验教学任务,而且此课题的研究也可作为学生的课外实验内容。让学生从不同茶汁和各种饮料在酸碱溶液中的颜色变化的观察中,进一步巩固和拓宽所学习的酸碱指示剂的概念,丰富课外生活。

茶叶中含有一种有机酸——鞣酸,它是一种棕色的多酚物质,即使水溶液颜色变化不大时,也能检验出某溶液的酸碱性。因此,茶汁可作酸碱指示剂。

对于一些饮料和果汁,如金银花茶汁、菊花茶汁、甘草茶汁、柑桔汁、苹果汁、梨汁、桃汁等,它们在酸碱性溶液中均能产生明显的颜色变化,都具有一定的pH灵敏性。因此,某些饮料和果汁都可作为酸碱指示剂。

试验过程:

制备各种指示剂

(1)取红茶、绿茶、茉莉花茶、甘草、菊花等各2~4药匙,分别放入洁净的小烧杯里,然后向每个烧杯中倒入约50毫升的沸水(蒸馏水),浸泡半小时以上,得到深色浓茶汁。冷却后备用。

(2)将切成片状的带皮水果,如国光苹果、雪梨、水密桃、柑桔以及生姜片、金银花等,分别放入洁净的小烧杯里,然后向每个烧杯中,倒入约50毫升沸水(蒸馏水),再继续煮沸片刻。冷却后备用。

(3)将切成块状的去皮的雪梨、苹果、广柑和带皮的水密桃,分别用洁净的纱布包住,然后轻轻用力挤压,便得到其原汁。备用。

指示剂的检验

(1)检验方法

①任取点滴板(24穴)三个间隔的空穴,分别滴入5%的氢氧化钠溶液,1∶4盐酸溶液和蒸馏水4滴。待测。

②将上面制备的茶汁和饮料,分别向上述各三个穴位里滴入2~3滴,观察这些茶汁和饮料滴入后的颜色变化。再分别同各自的第三个盛放蒸馏水空位里的液体颜色进行比较,然后作出判断,并把其结果记录下来。

各茶汁和饮料在酸碱溶液中的颜色

序号茶汁和饮料遇酸显色遇碱显色结论

1绿茶(泡液)无色棕色显色明显2红茶(泡液)浅棕色深棕色可用3茉莉花茶(泡液)无色棕色显色明显4菊花茶(泡液)淡黄色鲜黄色可用5甘草茶汁(泡液)淡黄(浑浊)深黄(浑浊)可用6金银花汁(泡液)无色淡黄色可用7金银花汁(煮液)无色亮黄色显色明显8生姜汁(去皮煮液)无色浅黄色可用9梨汁(带皮煮液)无色鲜黄色显色明显10梨汁(去皮煮液)无色亮黄色显色明显11苹果汁(带皮煮液)浅红色黄色显色明显12苹果汁(去皮煮液)无色亮黄色显色明显13桃汁(带皮煮液)粉红色黄棕色显色明显14桔皮汁(干皮煮液)浅黄(澄清)黄色(混浊)可用15梨汁(去皮原汁)无色淡黄色可用16苹果汁(去皮原液)黄色(浑浊)浅黄浑浊可用17桃汁(带皮原液)粉红色黄棕色显色明显16广柑汁(去皮原液)略带浅黄鲜黄色显色明显研究与讨论(1)从以上所列18种茶汁和饮料的试验结果表明,以1号、3号、7号、9号、10号、11号、12号、13号、17号、18号。十种酸碱代指示剂效果最好,其它也都是可以使用的酸碱指示剂。

(2)指示剂的制备方法,可以将原料用沸水浸泡或用沸水冲泡后再煮沸片刻,也可用果汁原液,三种方法均可采用。

(3)注意事项①制备茶汁和果汁饮料时,应使用蒸馏水浸泡,用时所使用的仪器也应洗净,不能带进任何酸碱离子,以免影响试验。

②用点滴板试验各指示剂时,各穴不能滴入过多试剂。同时,三个空穴要间隔远一点(如24穴的点滴板,每块可作4组实验),以免试剂溢出混合,影响观察。

③全部茶汁和果汁饮料最好现用现配,因为时间过长它们有的在空气中易氧化变质、变味,影响检验效果。

河砂的巧用

实验室制取甲烷多采用碱石灰与无水醋酸钠反应,但效果不太理想。主要是由于生石灰与氢氧化钠制取碱石灰后,粒度增大。变硬,不易粉碎,使氢氧化钠不能与无水醋酸钠充分混匀;同时,氢氧化钠的腐蚀性较大,仪器损坏率高。

如何改进实验中的不良现象呢?

河南零陵农校李君老师经多次实践,在混合物中添加一定量的河砂,起到了妙不可言的作用。

河砂的处理

取河砂40克,加入01摩尔/升的盐酸数毫升。进行酸洗涤,接着用自来水冲洗,烘干,备用。

混合均匀

取5克无水醋酸钠,3克粒状氢氧化钠,2克生石灰和10克河砂放在研钵中研细,充分混合,立即倒入试管中。

好处

(1)受热均匀

河砂具有受热快,散热慢等特点,这样,反应物受热均匀,硬质试管破裂的现象明显减少。

(2)产率提高

由于反应物混2合均匀,且受热均匀,经实践证明,产率得到提高,实验成功率也加大。

(3)减少试管的腐蚀程度

由于反应物中增加了河砂,且河砂的量多,这样能有效地阻止氢氧化钠与试管内壁接触,试管的腐蚀程度得到了控制。

小结

虽在实验中添加了河砂,但其它都应按实验室制取甲烷的操作步骤进行。

自制铜泥

高中新教材学生实验有“杂铜的回收”,实验所需药品之一-氧化铜,是配给购买的“铜泥”,其外观呈油性泥状。在实验中,用酒精灯(本校还未按装煤气)对其灼烧,不能取得灼烧效果,往往只能烧到褐色的铜泥变成黑色泥团,而且粘在坩埚内壁(估计油尚未碳化,而起了粘的作用)。继续加热,情况无变化,灼烧过程只能到此为止,可谓“半途而废”。

考虑到“铜泥”有机物太多,酒精灯的火力不能胜任“灼烧”任务,以及坩埚洗涤时极易损坏,所以今年实验时,上海市继光中学陆正义老师就自制了“铜泥”,具体做法如下:

(1)取350克泥土,略微加水成泥状。

(2)往泥土中均匀加入30克铜粉20克氧化铜粉末,或25克铜粉,25克氧化铜,并取电线中多股铜丝近2克,用剪刀把它截成1-2毫米小段,一并放入。

(3)最后加入数滴植物油,汽油,增加泥土的有机物含量,并美观外表。

(4)把它搅拌成团,要干要湿可加水控制。

上述方法做成的泥团铜含量掌握在12-16%之间,既节省原料,又满足实验量需要,这些铜泥可供4-6个班用。

用自制铜泥进行灼烧,约二十分钟,泥块能完全变成“烟灰”状的物质,有机物碳化,(当然不能全部转为二氧化碳和水蒸气)无机物则或氧化或分解。向学生讲明灼烧的结果,能加深对“灼烧”的理解与感性认识。以下的实验操作照做不误。纵观整个实验,效果较好,所以此法可供条件类似的学校参考。

介绍制备活性炭的一种简易方法

活性炭是一种吸附性很强的多孔性物质,常用来脱色、选择性分离、作催化剂载体等,是实验中常用的物质之一。但在一些条件较差的实验室中却没有或只有少量活性炭,为此,甘肃省古浪县大靖中学王开科老师采用了下述方法制备活性炭。

制多孔性木炭

将干向日葵杆折成约30厘米长的小段,架在一起用火柴引燃,待烧到不冒白烟并变成红热状态时,立即用干燥的细砂盖上,以隔绝空气停止燃烧。温度下降后将烧成的多孔木炭拿出来抖去上面粘土的细砂。

用盐类处理

配制2升浓度为1M的氯化铵溶液,将一定量木炭放到小型玻璃水槽中,加入氯化铵溶液浸泡24小时,在浸泡时可在木炭上加一块瓷板压上,否则木炭会浮在液面上。泡够后,将木炭捞出来凉干。

加热活化

把已经凉干的木炭研成碎块,放入500毫升的平底烧瓶中,每次约3厘米厚,用一块小毛玻片盖住瓶口,把烧瓶放到石棉网上用酒精喷灯加热约15分钟,加热完毕冷却后,装入密闭容器中待用。这样多次操作可以制取较多量的活性炭。

用上述方法制得的活性进行了使品红溶液脱色以及吸附溴蒸气和二氧化氮气体的实验,效果良好,证明用该法制取的活性炭吸附活性很高。用上述方法制备活性炭不需要很多设备,且省去了干馏、水蒸气处理等较复杂的操作,一般条件的实验室中都可以进行。

一种试剂鉴别多种物质

近年,在各类考试中,常见到用一种试剂去鉴别多种物质这种类型的题。山东郭春生老师认为要准确解答这类题,应当注意以下三点。

解题思路

用一种试剂鉴别多种物质的题目,多是根据酸、碱、盐,有机物等相互间的反应特征来命题的。因此,遇到这类题,应根据被选用的试剂能否与被鉴别的物质发生氧化还原反应、水解反应、完全水解反应、置换反应、复分解反应、络合反应等,并根据在这些反应中所发生的现象:如析出沉淀、放出气体、产生气味、颜色变化等,作为选择试剂解答问题的突破口,以期达到解决问题的目的。

识记常选用的试剂

根据相关物质的性质和解题思路,通常选用下表所列物质,做为一种物质去鉴别多种物质的试剂。

试剂被鉴别的物质或离子

1氢离子(能电离出H+的强电解质),如HCl、稀H2SO4。

遇H+能生成易挥发、易分解或易沉淀的酸的酸根离子。如S2-、HCO3-、CO2-3、AlO-2、SO2-3、SiO2-3,与不溶性的碱反应,生成可溶性的碱。

2氢氧根离子(能电离出OH-的强电解质)。如NaOH、Ba(OH)2等NH+4;两性的阳离子如Al3+;酸式酸根离子;能生成不同颜色的不溶性氢氧化物的各种阳离子。如Fe3+、Cu2+。

3氨水卤化氢(如氯化氢);能生成沉淀或络合离子的各种阳离子,如Al3+、Cu2+等。

4指示剂(如甲基橙、酚酞等)能电离出H+或OH-的物质;能水解显酸性或碱性的物质。

5钡离子(用盐酸酸化的氯化钡溶液或用硝酸酸化的硝酸钡溶液)能与Ba2+生成沉淀的各种阴离子6可溶性的碳酸氢根离子或碳酸根离子形成的盐,如NaHCO2、Na2CO2能与CO2-3生成沉淀的阳离子;或与HCO-3或CO2-3发生完全水解的阳离子,如Fe3+、Al3+等7溴水具有还原性的阴离子(如I-、S2-、SO2-3)和阳离子(如Fe2+)。能生成沉淀的阳离子水溶液(如Ag+);含有C=C、C=C官能团的有机物;苯酚、苯胺。

8氯化铁溶液具有还原性的S2-、I-离子、能生成沉淀的Ag+;醋酸盐溶液和能与Fe3+完全发生水解阴离子,如HCO-3、CO2-3、S2-、AlO-2等。

9硫酸铝溶液与Al3+能发生完全水解的阴离子如HCO-3、CO2-3、S2-等;OH-、Ba2+等。

10新制的Cu(OH)2含有多羟基、醛基或可溶性羧基的有机物11浓H2SO4能放出气体的阴离子(HCO-3、CO2-3、SO2-3、Cl-)化合物;能发生氧化反应的Br-、I-、S2-和Fe2+;能与SO2-4生成沉淀的阴离子如Ba2+等。

12Ag+(用硝酸酸化的硝酸银溶液)含有Cl-、Br-、I-、S2-、PO3-4离子的可溶性化合物;氨水;与氨水共做试剂时,可鉴别含醛基化合物。

13硫离子(如硫化钠溶液)能发生完全水解或能与S2-产生不同颜色沉淀的阳离子。

抓好题意分析〔例1〕有五种未贴标签的液体试剂,已知它们分别是:氨水、NaOH、NaHCO3、BaCl2和NaCl。问可用哪一种试剂根据什么现象来鉴别它们?

分析:根据题中离子的特性,阳离子可用SO2-4离子鉴别,阴离子和氨水可用Ag+或Al3+来鉴别。这样所需的物质是硫酸银或硫酸铝,硫酸银不溶于水,所以需用硫酸铝。

〔例2〕用哪一种试剂可鉴别丙酮、苯酚、苯乙烯、碘化钾、硫化钠、硝酸银溶液?写出有关理由与化学方程式。

分析:根据有机物官能团和S2-、I-、Ag+的性质,可利用溴水来鉴别。

加溴水无明显现象的是丙酮,有白色沉淀的是苯酚,溶液呈棕红色的是碘化钾,溶液呈乳白色的是硫化钠,溶液呈淡黄色的是硝酸银。

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