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第8章 胶体性质演示实验的操作和改进(2)

再用两支试管分别盛烧杯中溶液约2毫升。向一支试管中加入AgNO3溶液后,试管中也出现白色沉淀现象,而向另一支试管中加入碘水后却无反应。说明淀粉不能透过植物叶片,而溶液中Cl-可通过植物叶片。

渗析实验的改进和投影教具的制作

在进行胶体的教学时,需要做渗析的课堂演示实验,按照教材上的方法进行演示,存在这样几个问题:半透膜的制取(无论是用肠衣还是鸡蛋内膜)比较麻烦,实验的操作不方便,演示时用的时间较长,也不容易检验出透过半透膜的钠离子。湖北黄石二中朱文霖老师对此作了一些改进,并用幻灯投影的手段进行演示,以上不足均能克服而且演示效果很好。

投影器件的制作:

裁取一长18cm,宽6cm的有机玻璃片为底板,在上面用有机玻璃粘合三个等距离的反应槽,反应槽每边长4cm,高3cm。

取三只空的有机玻璃小药瓶(如强力银翘解毒片瓶),截取中间部分,成为高约28cm左右的有机玻璃管,上下磨光。另裁取三块每边长42cm的有机玻璃片,按截取的药瓶圆管的小头外径打出圆孔,将圆管与圆孔对好并用氯仿粘合。选用包装点心的玻璃纸为半透膜,用玻璃纸包住圆管的下部,用细线捆牢,成为三个半透膜管。

演示及投影:

将反应槽依次编号为A、B、C,在A机理内盛001M的硫氰化钾溶液少许,在B槽内内盛1%的硝酸银溶液少许,在C槽内盛蒸馏水少许。(所盛溶液不可过多,以液面高05cm为宜)。

在两个半透膜管内盛少许01M的氯化铁溶液,将之分别放入A、B槽内。在另一个半透膜管内盛少许淀粉溶液,放入C槽内在书写投器仪上投影,半分钟后,A槽内溶液出现红色,并逐渐扩散,B槽内出现浑浊,并逐渐扩散。等A、B槽内反应现象明显出现后,再往C机理内加入2~3滴碘水,槽内溶液不显兰色。据此即可说明Fe3+、Cl-均能透过半透膜,而淀粉胶体微粒却不能。

这套反应器件制作简单,课堂演示操作十分方便,省时,投影效果极佳,可以推广使用。如果没有幻灯教学条件的学校,可用试管和小烧杯进行演示:在小烧杯内盛硫氰化钾溶液、硝酸银溶液及蒸馏水,在试管内盛氯化铁溶液及淀粉溶胶,用玻璃纸封住试管口,然后将试管倒立在小烧杯内,同样可以得到令人满意的演示效果。

低压直管电泳

在其它条件不变的情况下,电泳速度与两个电极之间的距离成反比,两极之间的距离越大,电泳速度越慢,相反则快。如果用直形玻璃管代替U形管来做氢氧化铁胶体的电泳实验,由于两极之间的距离缩短,电泳速度也就加快,使演示的实验现象更为明显,而且有利于在低压条件下进行。

上海师范大学杨启富老师介绍的做法是:

实验装置

Fe(OH)3胶体的直管电泳装置①导线。②石墨阳极。③软木塞。

④玻璃管(15×80毫米)。⑤01%KNO3溶液。

⑥Fe(OH)3胶体。⑦玻璃管(25×40毫米)。

⑧玻璃纸半透膜。⑨橡皮筋。

⑩橡皮塞。石墨阴极。

实验步骤

(1)在600毫升烧杯中加入200毫升蒸馏水,在石棉网上加热至沸,逐滴加入2%的氯化铁溶液12毫升,煮沸2分钟后冷至室温,用2-3根橡皮筋将玻璃纸半透膜箍在烧杯口上封住使其不漏液。然后倒放在3000毫升蒸馏水中渗析两天左右。渗析好后加入8克分析纯尿素。

(2)取自制25×40毫米玻璃管一段,一头配上装有石墨电极(阴极)的橡皮塞,将其固定在铁架台上,并加入01%的KNO3溶液,使液面高出石墨电极06厘米左右。再取自制15×80毫米玻璃管一支,在其一头用橡皮筋将玻璃纸半透膜紧箍在上面使其不漏液,在管中加入3厘米高的Fe(OH)3胶体,通过单孔软木塞固定在铁架台上,使其下端浸入25×40毫米玻璃管中的硝酸钾溶液中,并使玻璃纸半透膜离石墨阴极02厘米左右。用滴管沿15×80毫米玻璃管的管壁,慢慢加入01%的KNO3溶液,使其在胶体液面上的高度为1厘米左右,并使KNO3溶液与Fe(OH)3胶体的液面保持清晰的界面。将石墨阳极的一端插入KNO3溶液中,使其离Fe(OH)3胶体液面03厘米左右。

(3)接上24伏的直流电源,随即可以看到阳极区的胶体液面向阴极移动,其移动速度1分钟可达03厘米,3分钟可达09厘米,5分钟可达12-13厘米,所得实验现象明显。如果这时将上面的阳极改为阴极,将下面的阴极改为阳极(换取时先要切断电源),通电后可看到原来移向阴极的胶体又会自下而上向上升恢复原状。

讨论

(1)在直形管与U形管中,用同样的Fe(OH)3胶体(在200毫升沸蒸馏水中滴加2%的FeCl3溶液12毫升,再煮沸2分钟冷至室温后,置3000毫升蒸馏水中渗析2天,然后加入8克尿素)做电泳实验,所得结果如下:

管形电压(伏)胶体在管中高度(厘米)两极之间的距离(厘米)2分钟胶面下降厘米数U形18051317直形18055527实验证明,用直管做电泳实验,其电泳速度要比用U形管做的电泳速度快。

(2)影响Fe(OH)3胶体电泳速度的主要因素除两极之间的距离外,还与加在电极上的电压、胶粒所带的电量有关。实验证明,如用200毫升蒸馏水煮沸,滴加2%FeCl3溶液12毫升煮沸,2分钟后冷至室温,置3000毫升蒸馏水中渗析3天的胶体做电泳实验,其电泳速度随电压的升高而加快。

电压(伏)243060901201801分钟胶面下降的厘米数030407101318由于电压高不够安全,实验时可采用低压,控制在24伏。

胶粒所带的电量大,则电泳速度快。通过渗析可减少Cl-的影响(Cl-能抵消胶粒所带的正电荷)而增大胶粒的带电量。渗析时间长的胶体其电泳速度要比渗析时间短的胶体的电泳速度快,但渗析时间不能过长,否则要破坏胶粒,电泳速度反而会降低。一般200毫升的胶体在3000毫升蒸馏水中渗析一到三天即可注意事项和说明

(1)加尿素是为了增大Fe(OH)3胶体的密度,使加入的KNO3溶液能在胶体液面上形成清晰的界面。

(2)加入KNO3溶液和使用半透膜,是为了防止通电后电极与胶体接触发生反应而影响电泳现象。

(3)教师为了缩短演示时间,提高演示效果,也可以采用较高的电压来做电泳实验。可用4只2CZ84E二级管自制成全波整流器,接在调压变压器的输出端,经过调压可得到0-200伏中任一伏数的直流电压。但用时必须注意安全,自制的整流器外面要包绝缘材料,通电后不可用手接触线路和电极,折装时要先切断电源,以防断电。用低压时也应如此。

(4)直管电泳除电泳速度快这一优点外,还有设备简单、用品易得的优点。装置中的玻璃管可用废旧的25×200毫米和15×150毫米的试管用熔珠法切割而制得。其中25×40毫米的玻璃管还可以用大小相似、透明的剪去底部的塑料瓶代替。石墨电极可从1号干电池中得到。玻璃纸半透膜可从商店购买或利用商品包装纸。

用直玻璃管做电泳实验

现在的教材中,胶体电泳实验几乎都用传统的U形管。四川自贡师专李慎新老师将一种用直玻璃管做电泳实验的方法具体介绍如下:

装置的制作

取长约8厘米、内径约1.5厘米的一段普通玻璃管。两段铜丝一端卷成蚊香状,做成两个电极,将两电极插入橡皮塞中央,塞人玻璃管的两端,构成一个电泳装置。将一支滴管在喷灯上拉成一支毛细滴管,尖嘴毛细部分长不少于5厘米(可用普通滴管上套饮料吸管)。

溶胶和①液②液的制备在50毫升沸水中加入12-15滴1mol/LFeCl3溶液,继续沸腾半分钟。将此胶体溶液用火棉胶做的半透膜进行渗析纯化。当渗析液中检验不出氯离子,且渗析液的pH值在4~5时(用pH试纸检验),即停止渗析。将此渗析液的一部分加固体尿素(约15%)使其比重增加,此部分为①液。另一部分为②液。

操作方法

将装置洗净,竖直固定在铁架台上。取开上面的电极,用毛细滴管将①液加到液柱高出下面电极面0.5厘米以内。用②液洗涤滴管后,用环壁流法小心加溶液,使界面清晰,加到溶胶柱长为5厘米左右。注意溶胶不能沾污上部玻管。将滴管充分洗涤干净后,同样用环壁流法加液,液柱长1厘米以上。调整上部电极长短,使放进的电极距离溶胶界面约为0.5厘米,且两电极面平行。这样装好后的装置中两电极面间的距离约2厘米。将6-12伏直流电源(可用4至8节干电池串联后代替)负极接上面电极,正极接下面电极,3~5分钟后可明显看到溶胶界面移向阴极,且阴极附近有棕色环出现。若继续通电,可看到形成的色环沉淀由于重力作用,一部分下沉,紧接着又形成一棕色环。

优点

①克服了由于使用u型管而需要的溶胶量大,两电极间的距离远,使得在电泳时,只有在所用的电压较高(一般为几十至一百多伏)时,才能在短时间内看到明显的界面移动现象的不足。也克服了输高电压难于实现,且不安全,又会使得u型管内产生“沸腾”现象,使得胶体界面不清晰的缺点。

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