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第8章 化学小实验(2)

实验步骤:取一小块棉布,蘸上水后放在桌面上,将击碎了的卫生球放在上面。然后擦着一根火柴,将放在棉布上的卫生球点着,待火焰熄灭后,将布块拿起来看,布块仍然完好无损。

布块为什么没有丝毫烧坏的痕迹呢?因为卫生球的成分是一种有机物——荼。它是由易燃物质碳、氢两种元素组成的,又具有升华性质。把它放在棉布上点燃时,升华和燃烧就同时发生,虽然荼的蒸气在燃烧的时候放出大量的热,但同时发生的升华现象,要吸收热量,还有一部分热量要消耗在升高荼蒸气,达到燃点使荼燃烧上面。所以,和棉布接触部分的温度是比较低的,再加之浸过水的棉布又要吸收大量的热,使水变成蒸汽,因此,总共消耗的热量就更多了。这样一来,火焰的温度就被降低,甚至远远低于棉布的燃点,所以棉布一点也不会烧坏的。

根据这个原理,还可以做一个简单有趣的实验。取一个卫生球(不要击碎),用一块新棉布紧紧地包好,用镊子夹住,然后用火柴点燃小布包。小布包就会着起来(不要让火着的时间太长,就让它熄灭),观察一下布,发现布并没有被烧坏。

制造二氧化碳实验

当一颗子弹里的火药或炸药爆炸的时候,猛然释放出大量气体,使爆炸力具有极大的破坏性。那么,子弹还没有发射,炸药还没有爆炸的时候,这些气体藏在哪里呢?原来这些气体都是与固体物质在一起的。搞一次小型的、不会造成什么破坏的爆炸,我们便可以了解到这种化学作用是怎样产生的。

实验材料和用具:一只大瓶子和一只能够密封瓶口的软木塞子、发酵粉

实验步骤:

1.先将一张小纸折出一条折痕,再把纸摊开,放上两大匙发面团用的发酵粉。把发酵粉徐徐倒入瓶里。

2.预备好一支试管,里面装满醋,并且把软木塞用水打湿。动作要快,一只手拿着软木塞,另一只手拿着盛满醋的试管,把醋迅速倒进瓶里,立刻把塞子塞上,但注意不要塞得太紧。

3.瓶子里的东西突然发出咝咝声,涌起很多泡沫,不一会瓶塞就会呼的一声飞起来。

发酵粉是化合物碳酸氢钠的俗名。它由钠、氢、碳和氧等元素组成,与醋混合以后,经过化学反应,放出一种叫做二氧化碳的气体,这种气体在瓶子里面集结起来,最后把瓶塞给冲跑了。

二氧化碳是碳和氧的化合物。碳和氧的原子是碳酸氢钠分子的一部分。醋可以把这种原子释放出来。

摩擦结“冰”

实验材料和用具:硫酸钠晶体、试管、玻璃棒

实验步骤:

1.取一个干净的试管,注入半管冷水,加入含有结晶水的硫酸钠晶体,用搅棒不断地搅拌,加到晶体不能再溶为止。

2.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减少)。

3.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。

4.约1小时后,小心将纸片取走,用玻璃棒剧烈地摩擦试管壁,你就会看见液体中有“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一样,结了“冰”。

我国有些内陆湖含有大量的碳酸钠,就是我们通常说的碱。在天冷时,从湖中析出大量的碱晶体,这就是由于温度降低使碳酸钠溶解度也降低的缘故。利用这个原理,还可以进行人工降雨,战胜旱灾。

证明铜离子是蓝色的

胆矾(CuSO4·5H2O)是蓝色的晶体,硫酸铜的稀溶液也是蓝色的,而且其他很多铜盐的稀溶液也都是蓝色的,这是因为铜离子在水溶液中是以Cu(H2O)2+4络离子的形式存在的,而Cu(H2O)2+4就是蓝色的。下面用实验向你证明铜离子是蓝色的,你也一起做吧!

实验材料和用具:广口瓶(配一个橡皮塞)、碳棒、铜圈、铜丝、1摩/升硫酸铜溶液

实验步骤:

1.在广口瓶的橡皮塞中央钻一个孔,插入一根长10厘米的粗玻璃管(可用破的小试管去掉底部做成),塞子的边上还要钻一个细孔,作为插阴极用。

2.取一根碳棒(可用废电池中的碳电极)做阳极,碳棒上绕一段铜丝,以便与电池的负极相连。

3.阴极是一块铜片绕成的铜圈,它比玻璃管略粗一点,以便可以套在管外,然后用一根铜丝(可用刮去漆皮的漆包线)与铜圈相连,铜丝的一端插在橡皮塞边上的细孔内。

4.在广口瓶内装好1摩/升硫酸铜溶液(其中加入2~3滴浓硫酸),溶液的液面要高出阴极(铜圈)。将带阴极和玻璃管的橡皮塞插入广口瓶内,并将阳极(碳棒)插到玻璃管内的溶液中,如图所示。

5.把两个干电池串联起来(也可以只用一个干电池),将阳极碳棒与干电池组的负极相连,阴极铜圈则与干电池的正极相连。这时,可以看到阳极碳棒上有气体产生,说明电解反应已经开始,你就可以把广口瓶放在桌上,等几天以后,你会看到阴极铜圈附近的溶液的蓝色已经消失,变成无色的了。

你想一想,铜圈周围发生了什么反应?让我们分析一下广口瓶内的装置,它实际上是一个下图所示的电解池。在阳极碳棒上发生的反应是:

4OH-→2H2O+O2↑+4e

而在阴极铜圈上发生的反应,则是溶液中的Cu2+得到电子,变成金属铜沉积到阴极上:

Cu2++2e→Cu

经过长时间的电解,阴极周围的铜离子被消耗了,颜色变浅,我们就看到铜圈周围的溶液逐渐变成无色,这一实验现象岂不是反过来证明了铜离子是蓝色的吗?

自制电木实验

实验材料和用具:苯酚晶体、37%甲醛水溶液、六次甲基四胺、烧杯

实验步骤:

1.称15克苯酚晶体,放在烧杯中。把烧杯放在温水里使其熔化,然后注入到一个150毫升的圆底烧瓶中。

2.再往圆底烧瓶中加入15克37%的甲醛水溶液,使它们充分混合,接着注入1毫升浓氨水。

3.配一个带有长玻璃管和实验用温度计的软木塞,把烧瓶口塞好。把烧瓶固定在铁架台上。慢慢地以小火加热,使混合液达到沸腾,不断轻轻地摇动烧瓶,把温度控制在95~98℃。仔细观察,当混合液变成乳白色并且有些黏稠的时候,把酒精灯移开,使其冷却。

4.冷却后,倒去上层的水,将下层乳白色(有时可能是红棕色)的物质倒入一个蒸发皿中。加热蒸发皿(不要加热过甚,否则影响后面的实验),时时用玻璃棒搅动,并经常蘸取少许,试其脆性,直至加热物冷却后发脆为止。这时停止加热,冷却。然后将其研碎,并混入2克六次甲基四胺,拌匀。

5.取一支干净的试管,将粉末装入试管压紧,在小火上缓缓烘烤。约20分钟后,一块结实坚硬的电木便做成了。

电木是塑料“家族”中的一个成员。它是电的不良导体,被广泛应用在电器材料上,如电器开关、灯头、电话机壳、仪表壳和一些机器的零件等等。故此人们就总是叫它“电木”。

这一反应的原理是:苯酚和甲醛混合后,在加热的情况下分子间就发生了反应,脱去水分子,是一种分子缩聚合反应。然后,苯酚和甲醛反应的生成物再相互进一步缩合联接起来,逐步成为高分子物质,即电木。所以我们看到烧瓶中的液体变得浑浊而有些黏稠起来。以后,又与六次甲基四胺混合加热,是为了使其进一步交错连接,成为更加巨大的立体型高分子物质。由于是甲醛和苯酚混合形成的,所以电木的学名叫酚醛塑料。

注意:甲醛和氨水都有强烈的刺激气味,甲醛还有一定的毒性;苯酚有剧烈的腐蚀作用,实验时一定不要让药品接触皮肤。实验要在通风的地方进行。至于往反应液中加入氨水,是为了加快甲醛和苯酚的反应速度。

不化的“雪花”

看舞台剧时,有时舞台上纷纷扬扬地下起雪来,厚厚的一层雪,人走在上面脚面都淹没了,但是雪却不融化。这种不化的“雪花”原来是洁白的泡沫塑料做成的。下面就给你介绍一个制得泡沫塑料的小实验。

实验材料和用具:用聚苯乙烯做的白色旧牙刷柄或坏梳子

实验步骤:

1.把聚苯乙烯做的白色旧牙刷柄或坏梳子弄碎。称取10克放在一个100毫升的三脚烧瓶中,再加入8毫升二氯甲烷(用甲苯或苯也可以,但量要稍多一些)做溶剂,用软木塞塞住瓶口,摇荡使碎牙刷柄溶解。

2.加入2~3克研细的碳酸铵,作为发泡剂。再把这个混合液倒在平滑的玻璃板上,放在通风处让溶剂挥发(不能曝晒),直至溶质干硬为止。

3.把它碾成小颗粒,放入一支硬质试管中,再把试管放在95℃的水中加热几分钟,将试管取出用冷水急剧冷却,待塑料定型后,一块用来制作“雪花”的泡沫塑料便告制成。

注意:由于溶剂的蒸气有毒性,所以在挥发溶剂时,一定要在通风良好的地方进行。

这一实验的反应原理与前一个实验相同,所不同的就是加入碳酸铵做发泡剂,使聚合物出现大量的气孔。

泡沫塑料除了充当电影或戏剧中人造雪景道具外,它还有绝热隔音的作用;还是新型、优质的冬衣材料呢。

引蛇出洞

看过蛇出洞的人想必是很少的。一般人遇见蛇总有几分惧怕,胆小的人更会心惊胆战,谁还敢专门等在洞口,去引蛇出洞呢?不过,我们倒可以让你看一看“蛇”是怎样从洞里钻出来的,并且保证这条“蛇”不会伤害你。

实验材料和用具:糖、重铬酸钾、硝酸钾

实验步骤:

1.把7克糖、7克重铬酸钾和3.5克硝酸钾分别磨成很细的粉末(注意!一定要分开磨),细心地把它们混合均匀,并用一张锡纸将混合物包成一个小包(包不宜太大,也不要把混合物包得太紧)。如果没有锡纸,则可以用聚乙烯塑料薄膜(即市售的薄膜食品袋)代替。

2.然后将装好混合物的纸包(或薄膜包)放进一个用硬纸板卷成的纸筒内(筒要稍微大一些,使装混合物的纸包能在里面自由移动)。

3.把纸筒放在水泥地上,将纸筒的一头点着,等到里面的锡纸包(或薄膜包)烧着后,你就会看到一条“蛇”慢慢地从洞内扭曲着爬出来。最后在地面上会躺着一条形象逼真的半尺长的死“蛇”。

要做好这条“蛇”,而且还要引“蛇”出洞,需注意三个关键问题:

1.用锡纸(即锡箔)来包装混合物时,本实验的效果最好;如果用铝箔,则实验会失败。因为锡箔能够完全燃烧,使包内的混合物在反应以后钻到外面来;而铝箔不能燃烧,包内的混合物燃烧后仍被留在里面,不能形成一条长“蛇”,如图所示。

过去,锡纸一直是包装香烟或某几种糖果(如巧克力)的材料,但是目前已经几乎都用铝箔代替。本实验恰恰只能用锡箔,而不能用铝箔,所以必须先鉴别一下包装纸的材料。一般来说,锡箔和铝箔在外观上是不好区别的,当你拿到这种包装纸以后,可以先剪下一小条,放在火上烧一下。如果它能够烧完,就是锡箔,可以用来做实验。如果它烧不着,则是铝箔,不能用。

同样,在用塑料薄膜包混合物时,也要鉴别一下。因为透明的塑料薄膜袋也有两种,一种是聚乙烯塑料薄膜袋,另外一种是聚氯乙烯塑料薄膜袋,它们在外观上也很相似。但是聚乙烯薄膜能在火焰中燃烧,当你把燃着的薄膜从火焰中拿开以后,它还能继续燃烧,直到烧完为止。而聚氯乙烯薄膜虽然也能在火焰中燃烧,但是一离开火焰,它就不能继续燃烧了。本实验中只能用聚乙烯薄膜来包混合物,而不能用聚氯乙烯。

2.本实验所用的糖、重铬酸钾和硝酸钾固体必须研得比较细,使它们能够混合均匀,充分反应。

3.锡纸包的混合物小包不宜太大,而且不要包得太紧,要稍微疏松一点。硬纸板卷成的纸筒不宜太长和太细,纸筒只要比锡纸包长出1~2厘米即可。将锡纸包装进纸筒里面后,小包应能在纸筒内自由移动,这样在混合物燃烧后,才能钻出筒外。如果纸筒太细,把小包压得太紧,“蛇”出洞就比较困难了。

水的电解

实验材料和用具:两支试管或管状玻璃瓶,两节1.5伏千电池,一只广口玻璃瓶,两小片铝片和一些导线、食盐

实验步骤:

1.在广口瓶中装大半瓶水,加半小勺食盐进行搅拌使盐溶解。

2.把两支试管充满水后,用手指按住倒放在水中,并用胶布把试管固定在广口瓶口上。

3.用一条短导线,把两节干电池串接起来。另用两根导线分别接在电池串联后的正负极上,这两根导线的另两端绑两块小铝片,并浸入水中分别置于两个试管口内。

4.电源接通以后,注意看两块铝片上,有小气泡冒出来,同时不断地把试管里的水排出。

5.加点醋在水中,气泡会冒得快些。

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