化学社探究实验(电子讲义)

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1、2013年春季学期,化学社探究实验,2013 Experiments of Chemistry Consortium,制作：化学社中央委员会 时间：2013年2月20日,主要编辑人316班 朱明哲、309班 张博深、328班 唐滢淇,主要资料引用,1.人教版（新课标）选修6实验化学,实验化学是以培养实践和探究能力为主的新型课程，在内容、形式和教学目标的侧重上都具有明显不同于其他模块的特点，在新课标高中化学8个模块课程中，是唯一的活动性技能训练类基础课程，也是我国基础教育中首次设置的独立的实验课程。,2.Flash动画引用自20112012世纪金榜高二全程学习方略教师用书化学（上）附带课件。,目

2、录,探究实验课题摘要 蓝瓶子实验 氯气的微型实验、物质的层析分离 从海带中提取碘*仪器使用：分液漏斗的使用滴定管的认识和操作 几种无机离子的检验 酸碱中和滴定 电化学应用 *综合实验探究,探究实验课题摘要,蓝瓶子实验（变量探究）氯气生成及性质研究、物质的层析分离（微型实验）,第一部分：化学实验的常见探究方法,探究实验课题摘要,从海带中提取碘（物质制取）*仪器使用：分液漏斗的使用滴定管的认识和操作几种无机离子的检验（物质检测）,探究实验课题摘要,常见物质含量滴定（分组实验1）食醋中总酸含量的测定饮料中Vc含量的测定 电化学应用（分组实验2）电浮选凝聚法处理污水金属的电镀 *综合实验探究（分组实验

3、3）,第二部分：化学实验的应用,课题一：蓝瓶子实验,【实验目的】1.了解控制化学反应条件的作用2.通过观察亚甲基蓝和亚甲基白在不同条件下的转化，学习观察方法，体验对比实验法。,【实验要求】1.准确配置实验所需溶液2.控制变量参数，遵循单一变量原则3.准确记录每次实验的振荡周期， 并重复操作3次，取其平均值。,【实验原理】1. 物质介绍：亚甲基蓝 分子式： C16H18ClN3S3H2O 性状：为发亮的深绿色结晶或细小深褐色粉末， 带青铜光泽，无气味，在空气中稳定。 溶解性：易溶于水（常温溶解度10g/dL），溶于乙醇溶液为蓝色，溶于氯仿，不溶于乙醚和苯。 化学性质：能与多数无机盐生成复盐。具碱

4、性，低毒、避免皮肤和眼睛接触。 用途： 分析纯亚甲基蓝用作化学试剂中的氧化还原指示剂、吸附指示剂和生物染色剂。医学上用于救治轻度一氧化碳中毒。,2. 反应原理概述碱性环境下，蓝色亚甲基蓝很容易被葡萄糖还原为无色亚甲基白。振荡该无色溶液，溶液与空气接触面积增大，溶液中氧气溶解量增大，氧气就把亚甲基白氧化为亚甲基蓝，溶液变回蓝色。反应机理如下：,提示： 1.振荡周期指的是蓝色开始出现至变为无色的过程，即：“无色（初显蓝色）蓝色无色”图为t=T/2.计时操作均测定半个周期t，从蓝色起计时至变为无色。 2.振荡周期长短受溶液酸碱度、反应物浓度、温度的显著影响。应依照单一变量原则设计实验方案。,【实验药

5、品及仪器】 药品：0.1%亚甲基蓝溶液、30%NaOH溶液、葡萄糖、蒸馏水； 仪器：锥形瓶1个，试管3支、滴管1支、50ml量筒、10ml量筒、温度计、托盘天平、酒精灯、铁架台（包括铁圈、铁夹、石棉网）； 其它用品：白纸1张、停表1只。【预计实验时间】 20分钟,【实验步骤】 第一部分：配置反应溶液（3分钟完成）1.在锥形瓶中加入50ml水，溶解1.5g葡萄糖，逐滴加入810滴0.1%亚甲基蓝溶液至溶液呈蓝色。振荡锥形瓶，观察记录现象。 第二部分：探究溶液碱度、温度、浓度对振荡周期的影响（15分钟完成）1.加入2ml 30%NaOH溶液，振荡锥形瓶至溶液变蓝、静置锥形瓶，观察、记录现象。重复上

6、述操作，连续记录两次实验周期，测定t0。2.将原始溶液一份为四注入试管A、B、C、D中。A：用上述溶液设置空白对照组，测定t0；B：滴入2滴亚甲基蓝溶液，测定t1；C：滴加5滴30%NaOH溶液，测定t2；D：40水浴加热10min,测定t3. 3.比较t0t3四次测定的振荡半周期,结合t0得出相对结论（在其它变量存在的条件下进行推理）。,【实验报告】 设计表格溶液浓度、酸碱度、温度 对亚甲基蓝振荡周期的影响【实验结论】亚甲基蓝溶液为氧化还原指示剂，本实验中，增大溶液浓度、碱度、温度会加快反应。,【实验小结】 1.化学反应速率的变化可以由多种原因造成。 2.控制变量法使研究更加简便、严谨。 3

7、.多次实验可以降低偶然误差。,【问题与讨论】 1. 实验中亚甲基蓝和亚甲基白互相转化，能否说明该反应为可逆反应？为什么？不正确。可逆反应是指：在同一条件下，既能向正反应方向进行，同时又能向逆反应的方向进行的反应。本实验所涉及的反应的正逆过程需要不同的物质参与反应。,【问题与讨论】 2. NO2助燃性探究化学小组设计了如上图所示的方式制取NO2气体。 长条形实心圆柱代表带火星木条，用于检验助燃气体。 甲：加热分解浓硝酸。4HNO34NO2+O2+2H2O 乙：加热分解硝酸铜。2Cu(NO3)22CuO+4NO2+O2 (注：本题不考虑平衡2NO2 N2O4产生的影响）,方案甲 实验开始后，木条上

8、的火星逐渐熄灭，有的同学得出“NO2不能支持燃烧”的结论。这一结论是否正确？说明理由。不正确。火星的亮度需要氧气维持，而硝酸的加热分解需要一定的时间。在硝酸分解之前，木条的暗燃已经把瓶中氧气耗尽。 方案乙当集气瓶中充满红棕色气体时，木条复燃，就能得出“NO2支持燃烧”的结论。观点是否正确？说明理由。正确。体系生成O2体积分数与空气相近，而空气中木条不明显燃烧。,计算将硝酸铜固体加热分解生成的气体通入装满水的倒置在水槽中的集气瓶中产生的现象是（红棕色消失，最终试管中仍充满水）。通过计算印证结论。 解：由上述题意可得：(1)Cu(NO3)2热分解:2Cu(NO3)22CuO+4NO2+O2(2)N

9、O2与H2O的反应：3NO2+H2O=2HNO3+NO (3)O2与NO反应:2NO+O2=2NO2(2)、(3)反应循环进行, (2)2, (3)3得出NO2和O2气体与水完全反应的条件为：n(NO2):n(O2)=4:1。(1)中，反应生成气体的摩尔比恰好为4：1. 因此，该条件下NO2与O2通入水中恰好完全反应。 实验优化方案请设计一种简单的实验方案，证明“NO2支持燃烧”。简述操作。 用Cu制出NO2，经浓硫酸干燥后收集。将带有火星的木条置于充满NO2的集气瓶中，观察木条是否复燃。,课题二：氯气的微型实验 物质的层析分离,【实验目的】1.复习Cl2的制取原理，并通过微型实验制取微量氯气

10、，试验其性质2.体验实验微型化与规范化的关系3.培养进行化学实验创新设计的意识,实验一: 氯气的微型实验,【实验要求】1.注意各实验药品的用量2.注意多余氯气的吸收3.准确记录实验现象，分析氯气的性质,【实验原理】1. 反应原理概述：氯气的产生 （1）用KClO3晶体与浓盐酸反应产生氯气 反应方程式：（2）用KMnO4晶体与浓盐酸反应产生高纯氯气 反应方程式：2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O 以下实验用第二种方案制取氯气。,10e-,【实验原理】2. 化学微型实验的意义：本实验利用表面皿与玻璃片之间形成的一个相对密闭的小气室，使生成的少量Cl2在密闭空间扩散

11、，与各试剂液滴迅速反应，现象明显，并可防止Cl2泄漏。 【小提示】1.吸取试剂液时要注意滴管的清洗；2.各药品用量一定要少，固体可用小药匙取用；3.NaOH的用量稍多，以吸收多余Cl2.,【实验原理】3. 氯气的性质(或特征反应 )： (1).使还原性较强的卤素离子氧化而形成单质:2Br-+Cl2=2Cl-+Br2（溶液变橙红色）2I-+Cl2=2Cl-+I2（KI-淀粉溶液变蓝） (2).使低价态金属离子转变为高价金属离子:2Fe2+Cl2=2Fe3+2Cl- Fe3+3SCN-=Fe(SCN)3(不是沉淀) （溶液由无色变为血红色,主要为FeSCN2+的颜色）,【实验药品及仪器】药品：0.

12、1molL-1KBr、KI、NaOH、FeSO4溶液、KMnO4晶体、浓盐酸、淀粉液、酚酞溶液、KSCN溶液、pH试纸；仪器：滴管、表面皿、玻璃片其它用品：白纸1张。【预计实验时间】 10分钟,实验步骤 实验准备部分（3分钟）1.在一块下衬白纸的玻璃片的不同位置上分别滴加 0.1molL-1KBr、KI-淀粉溶液、NaOH（含酚酞）、FeSO4 （含KSCN）溶液各一滴，每种液滴彼此分开（应在下衬的白纸上编号，记清各液滴的位置），围成半径小于表面皿的圆形。2.在圆心处放置2粒芝麻大小的KMnO4晶体,并盖好 表面皿。,实验步骤 验证部分（4分钟）1.打开表面皿，向KMnO4晶体滴加一滴稀盐酸，

13、立即用表面皿盖好。2.观察氯气的生成及其与各液滴反应的现象，记录各液滴的变化，写出相应反应的化学方程式。,【实验报告】 设计表格 Cl2与各药品的反应现象【实验结论】 氯气是一种化学性质很活泼的气体，具有强氧化性。,【实验小结】 1.化学实验微型化使研究更加环保、简便。 2.同一种化学实验形式多种多样。*以后的无机离子检验实验(课题四)也应该使用这种方法.,【问题与讨论】 1. 氯酸钾与浓盐酸也可用于制取氯气，该反应是一个氧化还原反应，请分析反应中的电子得失情况：2.利用这套简易装置，你设想还能进行哪些实验？ 请举出一些。它们之间有什么共同特点？这套简易装置可以用来制备气体并试验气体的性质，有

14、关的反应不需要加热。此装置适宜的试验还有：CaCO3与盐酸反应生成CO2，CO2与Na2O2、紫色石蕊溶液（湿润的蓝色石蕊试纸）、Ca(OH)2或Ba(OH)2反应等等。,实验二: 物质的层析分离,【引入】在生物课上，我们利用层析原理分离了菠菜叶中的有机色素，知道了每种色素的颜色和相对含量。之所以溶液中的色素得以分离，是因为不同色素在一种溶剂中的溶解度不同而表现出比移率的差异。同理，我们可以利用Cu2+离子和Fe3+离子在CH3COCH3-HCl 混合液中溶解度的差异分离Cu2+-Fe3+离子混合液中的两种离子。,柱层析分离Cu2+离子和Fe3+离子,【实验目的】1.进一步理解层析的原理，拓宽

15、有关物质分离方法的知识面；2.了解一些无机离子解层析后的显色原理（有色沉淀和配离子形成）。,【实验要求】1.节约药品；2.按步骤添加溶液，组装实验器具；3.注意实验通风。,【实验药品、仪器及工具】1.药品：丙酮、6mol/L盐酸、 Cu2+-Fe3+离子混合液、浓氨水；2.仪器：锥形瓶1只、胶塞1个、滤纸1张、毛细管（或细玻璃棍）；3.工具：铅笔、直尺、橡皮、剪刀,【预计实验时间】20min,【实验步骤】,1.作出滤纸直径，剪取其最长的部分（直径左右约11.5cm）在纸条离末端2cm处用铅笔画“”作为记号；,2.用毛细管在记号处滴一滴FeCl3和CuCl2饱和溶液（体积比1:1），晾干再滴，并

16、重复三次。要求式样斑点在0.5cm内，将滤纸条用胶条固定在橡胶塞上。,3.向锥形瓶中倒入层析液 （丙酮、6mol/L盐酸混合溶剂，体积比9：1），将滤纸条记号端浸入溶剂中，样斑不能接触溶剂。塞上橡胶塞，静置。 （等待约10min。）,4. 当溶剂扩散至滤纸上端，取下滤纸，放在一盛有浓氨水的试剂瓶处，用氨气熏，观察现象。,【实验步骤】,【实验现象】,【实验原理】,铁离子与氨水作用生成红棕色沉淀； 铜离子与氨水作用生成Cu(NH3)42+离子,*【数据处理】,计算比移率（Rf）比移率概念：在一定条件下，不同化合物在滤纸上以不同的速度移动，通常用距离表示移动的位置，称之为比移率。同一条件下，同种物质Rf相同。以此可用于鉴别层析物。计算公式为：式中：D溶质最高浓度中心至原点中心距离D0溶剂上升前沿至原点中心距离如下图中A点附近浓度最高，B为溶剂扩散上沿，则XA为D，XB为D0 。本实验中，Cu2+比移率为_,Fe3+为_.,