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第4章 二氧化碳的相关实验

改进“二氧化碳比空气重”的实验

新疆石河子市第一中学张德才老师介绍了两种方法:方法一:

①取一段与天平刻度尺等长或稍长的玻璃管(或试管)。装上红墨水的酒精溶液或其他有色溶液,内留一气泡(稍大),封好头端制成为水准器。

②用S形细铁丝把水准器挂在天平刻度尺下(应不妨碍游码移动左右移动水准器,使天平指针指向刻度盘中间,并调整S形铁丝下端弯钩,使气泡位于刻度尺中下方(或左下方),卡死细铁丝两头弯钩,固定好水准器。

③在天平左托盘上放一个250ml烧杯,称量至天平指针指向刻度盘中间。

实验时,将二氧化碳倾入烧杯,天平左盘增重下沉,使水准气泡向右移动,现象明显。

方法二:

①在天平刻度盘左半部前后贴上绝缘胶布。

②将指示灯线路引出之导线分别用两个鳄鱼夹接好。

③将一个鳄鱼夹夹在天平刻度盘左半部绝缘胶布上,另一鳄鱼夹夹在刻度盘下方中支架上。

④在天平左托盘上放一个250ml烧杯,称量至天平指针指向刻度盘中间,调整鳄鱼夹与指针距离(越近越好,但不能相接触)。

实验时,将二氧化碳倾入烧杯,左托盘增重,天平指针与鳄鱼夹相接触,指示灯发光。

泡沫灭火器的教学实验

(1)材料

锥形瓶、试管、直角玻璃导管、玻璃导管、软木塞、碳酸钠溶液、硫酸铝溶液(或明矾溶液即KA1(SO4)2·12H2O溶液)。

(2)制作

将碳酸钠溶液注入至锥形瓶1/2处,将明矾溶液注入至试管2/3处,把装有明矾溶液的试管正向放入装有碳酸钠溶液的锥形瓶中,给试管中放入一根起支撑作用的玻璃导管。用插有直角导管的软木塞塞紧锥形瓶,这样教学用灭火器就制成了(如附图所示)。

附图灭火器演示装置

(3)灭火演示

把灭火器倒置过来,就会有大量泡沫从直角玻璃导管喷出扑灭火苗。如图2。

(4)用途

A、帮助初中学生理解CO2的性质和用途:CO2不能支持燃烧,比空气密度大,使CO2覆盖在燃烧着的物体上就能使燃烧着的物体与空气隔绝起灭火作用。

B、帮助高中学生理解盐类的水解、化学平衡的移动及盐类水解的应用。

明矾[KA1(SO4)2·12H2O]水解反应如下:Al3++3H2OAl(OH)3+3H+①灭火器的泡沫纯碱即碳酸钠的水解反应如下:CO2-3+H2OHCO-3+OH-②HCO3-+H2OH2CO3+OH-③明矾水解产生的H+和碳酸钠水解产生的OH-发生中和反应:H++OH-=H2O④

④式反应的结果引起①、②、③式的平衡向右移动产生大量的Al(OH)3和H2CO3。

H2CO3分解为H2O和CO2:

H2CO3=H2O+CO2⑤

①式产生的Al(OH)3和⑤式产生的CO2共同用于扑灭火苗。

自制二氧化碳灭火器

教具构造:

辽宁省庄河市第三十一中学李国德老师的设计如下图所示。

①塑料瓶②试管③玻璃棒④细线⑤螺口瓶盖⑥胶塞⑦玻璃导管使用方法:①拧开螺口瓶盖,拨出胶塞,向瓶内加入浓Na2CO3溶液60ml。

②将系有细线的离心管先插入一根玻璃棒再加浓盐酸10ml,小心地放入瓶中。

③把插有玻璃弯管的胶塞塞紧,再把螺口瓶盖拧紧。

④点燃预先夹在铁架台上的纸,迅速将瓶子翻转,浓盐酸立即从离心管流下与浓碳酸钠溶液反应,产生很大气压,使二氧化碳及混合液体立即喷出,灭火。

制作方法:

①按塑料瓶口内径配一胶塞,松紧适当,以插入玻璃管后能把胶塞从瓶口拔出来即可。胶塞的大头平面不能高出塑料瓶口。

②将胶塞和螺口瓶盖钻孔,要使胶塞与螺口瓶盖同心,孔钻好后插入预先制好的弯玻璃管。

③在离心管里插入一根玻璃棒,由于棒的支撑作用,当把瓶子翻转后,离心管里的浓酸能全部流下与浓碳酸钠溶液反应。

初中化学教材中的灭火装置与自制的安全二氧化碳灭火器对比表主要反应容器材料来源材质特点瓶口设计操作特点安全性结论吸滤瓶需到仪器站,花钱购买。玻璃容易破。只在瓶口处用胶塞塞住。必须以手用力握紧瓶塞,即使这样,也常使瓶塞被顶开。不安全,易发生危险。不可靠,存隐患,此装置,必须改。饮料瓶废饮料瓶随处可寻,分文不花。塑料不易破碎。瓶口内用胶塞塞紧,瓶口外用螺口盖拧紧,“双保险”。不必用手堵胶塞,只把瓶子翻转,管口朝前即可喷出二氧化碳绝对保证安全,放心大胆使用。变废为宝,制作容易,安全可靠,适于推广。

检验二氧化碳性质实验的改进

江苏徐州师范大学化学系王锦化老师对CO2性质实验进行了改进,把原来的两支蜡烛改成由10支自下而上梯度升高的串式蜡烛灯,见图1所示。实验前分别在10个灯碗里放入细棉线作灯芯,并滴入蜡烛液,而后操作。实验时随着二氧化碳的倾入,美丽明亮的灯焰由下而上地一个个熄灭。这不但可以进一步地加深学生对二氧化碳上述化学性质的认识,而且也非常生动地给学生一个直观的二氧化碳“液面”上升的位置显示和类似于液体的动感视觉。

图1

蜡烛灯的制作:取5块18×50mm铜皮(或铝、铁皮),如图2尺寸剪折并冲两个12mm的圆形凹槽,用铁丝将其如图1所示拧紧后折两个挂钩即成。

说明:①蜡烛灯的每层灯碗以十字交叉形固定为好。②每个灯碗中蜡烛液不可滴入过满,以防整串灯的各处都着火而不利于二氧化碳的倾倒。③应选大容量集气瓶。④可在烧杯中竖立一块隔热玻璃板,以利于二氧化碳的倾倒。

1.实验前的准备工作:

取硬质玻管或无底的坏试管一支(玻管的长度略大于烧杯高度),大的滤纸一张在中间挖一个玻管口径大小的孔,套在上述硬质玻管或坏试管的一端,粘牢,做成一只上部由纸组成、下端由玻管组成的漏斗,把白铁片弯成三个阶梯。

2.实验装置图:

3.实验过程:

点燃三支蜡烛,分别放在白铁皮架的三个阶梯上,把白铁皮架放入大烧杯中,然后再把特制的漏斗放入烧杯,向漏斗里倾倒二氧化碳,观察蜡烛先后熄灭的现象。

4.实验时的注意点:

(1)纸漏斗下端管口应靠着杯壁放下,末端试管口接近杯底,随着二氧化碳的倒入,将漏斗慢慢向上提起。

(2)铁皮架上最上层的蜡烛火焰高度略低于烧杯口的高度。

5.改进后的实验的优点:

(1)实验成功率高。沿着纸漏斗倾倒二氧化碳,一则可以防止因操之过急使高位烛火先熄灭或两支烛火同时熄灭的现象产生;二则有利于培养学生的形象思维。学生仿佛可以看到无色的二氧化碳从集气瓶里缓缓倾倒出,由于CO2密度比空气大,慢慢把烧杯中的空气排出去,二氧化碳像液体一样在烧杯中慢慢满起来,又因不能支持燃烧而使烛火由下至上依次熄灭。

(2)有利于创设实验的新情景,引导学生进行实验探索。教师可再次实验,使铁皮架上最上层的蜡烛火焰高于烧杯边缘,再倾倒二氧化碳,请学生观察并思考:为什么下层和中层阶梯上的两支蜡烛火焰依次熄灭,而上层的蜡烛火焰不熄灭呢?这样用实验对比的方法巩固了氧气和二氧化碳的性质。

碳酸盐和碳酸氢盐溶解度的比较

1.实验装置

2.实验仪器药品

CO2气体发生器、导管、双孔塞、试管、大理石、稀盐酸、饱和Na2CO3溶液、澄清的石灰水。

3.实验现象

当CO2气体通入盛饱和Na2CO3溶液的试管1时出现浑浊;盛澄清石灰水的试管2由澄清变浑浊再由浑浊变澄清。

4.实验原理

Na2CO3+CO2+H2O2NaHCO3↓Ca(OH)2+CO2CaCO3↓+H2OCaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2

5.实验目的

该实验从盛饱和Na2CO3溶液出现浑浊(NaHCO3)证明了在同样条件下NaHCO3比Na2CO3溶解度小,从澄清石灰水出现浑浊(CaCO3)到重新变为澄清[Ca(HCO3)2]则说明了Ca(HCO3)2比CaCO3易溶于水,实验也直观地说明了NaHCO3溶解度的“反常性”。

二氧化碳比空气重的演示实验

取一根长约35~40cm的细玻管,用线系住平衡点挂在铁架的铁圈或铁夹上,再把事先糊好的空纸袋挂在玻管的两端,并使之平衡后,向一个纸袋里倾倒CO2气体,那么倒入CO2气体的那个纸袋会明显的垂下去。

“灭火器原理”的演示实验

中国青年报曾刊登一篇题为“当硫酸喷溅的严重时刻”的短文,介绍了在福建省福鼎县一中进行教学实习的一位大学生,在硫酸喷溅,危及学生安全的时刻,奋身保护学生的事迹。事迹是感人的,但另一方面,我们也应从事故分析中吸取一些教训。

操作者使用的是硫酸(教材要求用盐酸),而且酸的用量太多,浓度也大(从烧伤程度分析),这就是事故发生的主要原因。

老式酸碱灭火器使用的药剂是硫酸和碳酸钠溶液。但因为浓硫酸跟纯碱液反应发热量很高,硫酸的腐蚀性又强,所以课本中灭火器原理实验特别注明要用浓盐酸代替硫酸。

此外,要做好此演示实验,中学周益年老师认为还应注意如下三点:①掌握好药剂用量。用量少了,产生的气体不足,喷射不好。用量多了,瓶内的压强过大,往往会把瓶塞冲开。

②在设计药液用量时,纯碱的克当量数应是盐酸的两至三倍,盐酸选用中等浓度。这样两液混合反应时,可使盐酸被充分消耗,降低喷出液的腐蚀性。

③操作时应用手按住瓶塞,迫使泡沫和液体从导管口喷出。导管口不要加尖嘴。

为了确保实验安全,建议教材在本演示实验的文字说明中,明确给出药剂的浓度和用量,并讲明操作要点。

下面是一操作方案:

在吸滤瓶里注入60ml12%的碳酸钠溶液,把盛有10ml20%的盐酸溶液的试管系住,小心地放进吸滤瓶,把塞子塞紧。

用一小团脱脂棉蘸取酒精,放在搪瓷盘里,点火燃烧。然后一手托住吸滤瓶底,另一手按住瓶塞,把瓶倒转使两溶液混合。含有二氧化碳的液体立即从吸滤瓶的侧管喷出。把喷出液对准燃烧着的脱脂棉,火焰很快熄灭。

改进“灭火器原理”的演示实验

初中化学灭火器原理的演示实验,由于很多学校没有吸滤瓶而不能做。即使有吸滤瓶能做的,也由于导气管口较大,实验效果很差,不是喷出而是流出。并且还需牵绳引线等,操作也麻烦。

山西大学附中张怀德老师建议将该实验改为这样的装置(如图所示):即在一大号试管中注入约试管高的H2SO4溶液,在一小号试管中注入NaHCO3饱和溶液到离管口2厘米处,然后倾斜大号试管,将小号试管沿大号试管壁缓缓滑下底部,再在小试管中插入一小木梗(长短以距大号试管中2厘米为宜),最后用一带有直角尖嘴玻璃管的橡皮塞塞紧,待用。使用时,一只手的食指和中指在尖嘴管两侧按紧橡皮塞,一只手的大拇指、食指、中指按住大号试管底部,然后倒立试管,1秒钟内就有白色泡沫喷射而出,可达2至3米远,效果极好。

此装置具有取材容易,结构简单,操作简便,效果明显等优点,条件好、差的学校都能做到。所以提出建议,供大家参考。

碳酸钙分解实验

初中课本上无碳酸钙在高温下分解的实验,现补充改进为:往两支小试管中各滴入5ml左右的无色酚酞试液,从久已抹石灰浆的墙壁上取下两颗黄豆大的“碳酸钙”(抹浆的时间在一年以上较好)。将其中的一粒投入到酚酞试液中,溶液没有明显的改变,说明碳酸钙在常温下难以溶解。再用镊子夹住另一粒放在酒精喷灯上灼烧变红。冷却后,投入到另一支装有酚酞试液的试管中,约30秒钟后,被灼烧的部分变为鲜玫瑰红色。说明碳酸钙在高温灼烧下发生分解生成氧化钙和二氧化碳。

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