溶解氧的检验方法
溶解氧是指溶解在水中的分子态氧(即游离态氧元素),是衡量水质污染程度的重要依据。水中溶解氧的比较是初中化学中新教材新增的实验,是培养学生环境意识的一个重要实验。
新教材以亚甲蓝作为检验液体中氧气的试剂——有氧气时亚甲蓝呈蓝色,没有氧气时则不显颜色。如果根据教科书上的实验操作进行实验则现象不很明显,溶解氧的多少很难从蓝色的深浅来进行判断,即使蓝色有深浅也只是在水样中滴入亚甲蓝试剂的一瞬间,马上又全部转变为深蓝,不能持久。
鉴于上述原因,上海市石化五中夏建立老师查找有关书籍,并不断地进行尝试性实验,发现用Mn(OH)2作为指示剂更为理想。现介绍如下:
具体操作
①将MnCl2溶解在水中配制成1%的溶液。因MnCl2能水解故有一些浑浊,可以滴加少量的稀盐酸以防水解。此液为A液。
②用NaOH溶解在水中配制成4%的溶液作为B液。
③把各种水样分别注入大试管,水面接近试管口,然后用橡皮塞塞上。
④分别在几支盛有水样的大试管中迅速滴入A液1ml和B液1ml,并迅速塞上橡皮塞,然后振荡半分钟。
实验现象:
因水样中含分子态氧的多少不同,至使试管中黄色沉淀的深浅不同。含氧量越少,沉淀黄色越浅;含氧量越多,沉淀黄色就越深,甚至呈红褐色。
实验的理论依据:
A液和B液的反应
MnCl2+2NaOH=Mn(OH)2↓+2NaOH氢氧化锰沉淀为白色Mn(OH)2与水中溶解氧的反应
2Mn(OH)2+O2=2MnO(OH)2↓水中二氧化锰沉淀为红褐色
随着水中溶解氧的量不同,形成MnO(OH)2的量有不同。溶解氧多时,产生MnO(OH)2量就多,故沉淀黄色就越深;如溶解氧少,产生MnO(OH)2量就少,故沉淀黄色越浅——以此来比较水中溶解氧的多少。
注意事项
①水样盛入大试管中的量应接近试管口,以尽量减少试管中空气的量。
②在水样中滴入A液和B液,塞上橡皮塞的动作应迅速。
上述两个注意点实际上是尽量少带入空气中的氧气,使实验结果更加准确。
气体产物的收集
研究气体在空气中燃烧,是研究该气体的性质与组成的一种重要手段。初中化学教材中的氢气燃烧,高一化学教材中的硫化氢燃烧和高二化学教材中的甲烷燃烧是中学阶段最重要的气体燃烧实验。为了提高对燃烧产物观察的清晰度,使实验效果更加明显,广东省斗门县第一中学黄霭莲老师研制了一套适合于燃烧气体实验的装置。如图所示,该装置的组成分三部分:A为燃烧罩,利用去底烧瓶制成。B为U形管。C为去底试管。B和C组成冷却导入管。烧瓶的口径比U形管的口径稍大,而U形管的口径又比试管口径稍大,这样有利于连接。它们之间用玻璃胶粘结,使用时固定在铁架台上。
当我们研究氢气在空气中燃烧的产物时,把点燃氢气的火焰置于燃烧罩内,燃烧产生的气体沿着A→B→C方向流动,并自然冷却而凝结成小水珠,附着在管道的内壁。演示的效果比课本的办法明显得多了。
研究硫化氢燃烧时,同样把燃着H2S的火焰置于燃烧罩内。用三角烧瓶盛少许品红溶液,把试管C插入三角烧瓶内,让品红液面尽量接近试管口。我们看到整个管道充满白雾。这是燃烧H2S产生的SO2与水蒸气所形成的酸雾。不断振动三角烧瓶,品红溶液也褪色了。若把火焰靠近燃烧罩的内壁,H2S因燃烧不完全而析出硫,罩壁上粘上一层黄色的硫。
用同样的办法燃烧甲烷,三角烧瓶改盛石灰水,振荡三角烧瓶,石灰水很快变混浊了。管道内壁也因粘满水珠而变得模糊,若要生成的水珠更多,可用冰冻的湿布不断抹管道的外壁,帮助冷却,其效果更佳。若使火焰接触罩壁,使甲烷不完全燃烧,这时罩壁就会出现一层炭黑。
该装置把收集、冷却和导入连成一体,不但操作方便,而且观察清晰度高,适合燃烧气体的演示实验使用。
燃烧实验
燃烧是中学化学实验中最常见的一种现象。准确、全面地描述某种物质在某种气体里的燃烧现象,是许多同学都感到棘手的问题。如果我们对燃烧现象作一些分析,找出其中的规律,问题就迎刃而解了。
观察和描述燃烧现象,崔爱君老师认为一般从以下三方面进行:
1.要弄清燃烧时有没有火焰
火焰是一切可燃性气体燃烧时产生的现象。因此,氢气、一氧化碳、甲烷等气体燃烧时有火焰的现象。液体燃烧时,通常先受热变成气体,因而也有火焰,例如酒精的燃烧。对于固体物质可分下面四种情况:(1)某些熔点、沸点低的固体物质如硫、白磷、钠等,也是先由固体熔化为液体再气化为蒸气燃烧,因而有火陷产生。(2)有些固体物质如木柴、稻草等,它们在高温时都易分解,产生可燃性气体,故它们燃烧时也能产生火焰。(3)还有些固体物质如镁、红磷等,燃烧时也能看到火焰,但这实际上并非火焰,而是灼热的氧化物固体小颗粒受热时发出的强光,是空气流带着上升所致,是假火焰。(4)像铁、铜等固体物质在燃烧时,既不易挥发又不易分解出可燃气体,它们燃烧时,就不会产生火焰,只能灼热发光。
2.要看清火焰的颜色和亮度
当固体燃烧时,由于灼热的高温一般能发生明亮的光,如铁丝、镁条在氧气中的燃烧。而氢气、一氧化碳等气体燃烧时,火焰都不太明亮。含炭物质如甲烷、乙烯、乙炔等气体燃烧时,随着这些物质中含炭量的增高,火焰越来越明亮。
3.要搞清生成物产生的现象
生成物是固体或未反应的固体颗粒,则可观察到“烟”。例如生成五氧化二磷固体是白烟,氯化铜固体是棕烟,炭黑是黑烟等。如生成液体(如三氯化磷)或易和水蒸气结合生成液态物质的(如氯化氢易和水蒸气结合生成盐酸小液滴),可观察到有“雾”。如生成不易溶于水的物质(气体),则无明显现象,例如硫在空气中燃烧,只观察到蓝色火焰,并无烟雾,仅可嗅到刺激性气体。
木片与木炭的燃烧实验
初中化学有一道家庭实验题:“分别燃烧一小片木片和一小段木炭,比较发生的现象。”该实验你做了吗?有何现象?为什么现象不同?
这个实验的现象应该是:木片会着火燃烧,有明亮的火焰,同时还有少量黑烟。在火焰上方罩一干燥的玻璃杯,则杯内有水珠生成;在火焰上方罩一用澄清石灰水润湿了的玻璃杯,则玻璃杯变模糊。说明木片燃烧有水和二氧化碳气体生成。燃烧最后剩下少许灰烬。加热木炭时,只发现木炭红热,无火焰,无烟,最后也剩下少许灰烬。
木片与木炭燃烧的现象不同,是由于它们的组成和结构不同引起的。木材看起来简单,但其组成很复杂,其中含有纤维素、半纤维素、木质素、树脂等复杂的有机化合物。当木片燃烧产生很高温度时,那些复杂的有机物变成可燃烧的气体,着火燃烧,产生明亮的火焰。在燃烧时,如氧气不充分,发生不完全燃烧,则有单质炭——黑烟生成。
让木材在隔绝空气的条件下加强热,发生复杂的化学变化,挥发出副产品,有甲醇、醋酸、丙酮和焦油状混合物;还有可燃性气体:氢气、一氧化碳、甲烷、乙烷等。木材干馏剩下的是多孔性固体产物——木炭。它仍保持原木材的形状、管道等。木炭是无定形单质炭。由于木炭主要成分是炭单质,没有挥发性的可燃物质,所以木炭燃烧时没有火焰。
另外,木材里还有一些矿物质。这些矿物质不能燃烧,在木材干馏时,矿物质仍留在木炭里,所以木材和木炭在燃烧时,这些矿物质不能燃烧,最后残留下来,成为灰烬。
综上所述,由于木材和木炭的组成和结构不同,所以它们燃烧的现象不同。
铁丝在氧气中的燃烧实验
铁丝在氧气中燃烧实验,是初中化学及小学自然课中的一个难点实验。四川省江油师范学校胥光勇老师归纳了作好这个实验的关键:
(1)集气瓶
集气瓶的大小,应根据细铁丝的粗细来选择。即所用的铁丝略粗,就应选容量较大的集气瓶。反之,可用容量较小的。不必一律用大容量的集气瓶来收集氧气。如果用大集气瓶,虽然有助于实验成功,但太浪费药品了!据多次实验,用250ml的集气瓶最好。
(2)集气瓶底的保护物
为了防止燃烧产生的溶化物炸坏瓶底,最好在集气之前,于瓶底卡上湿的硬纸片(可用包装箱纸剪成),这比在瓶中盛水或细砂好。因为在瓶中盛1至2厘米深的水,影响了盛氧气的量。而盛装细砂,须在集气完毕之后,加入,又会影响氧气的纯度。
(3)集气法
用排水法比排气法收集的氧气纯,现象也明显。因此,应采用排水法集气。
(4)铁丝的选择
应选用新的、适当细的铁丝作实验,才能保证现象明显和成功。据多次实验结果,用直径是0.5毫米或0.6毫米的铁丝最佳。如果铁丝的直径达1毫米,那么,只有在500ml的集气瓶中实验才能确保成功。如果铁丝已生锈,应将锈除去并磨光后再实验。
(5)铁丝的成形
把铁丝绕成紧凑的螺旋体比绕成稀疏的螺旋体(或不绕螺旋体)实验的效果明显。因为紧凑的螺旋体才能使铁丝最大程度地一边燃烧一边预热自己,使现象更明显。
(6)引燃物的系法
正确的方法是,将一根木质火柴梗的头系在铁丝螺旋体之端点处。不要把整根或较长一段火柴梗插在铁丝螺旋体中。否则,必然会使得在氧气中燃烧的火柴梗较长。它消耗掉大量氧气,导致铁丝燃不起来。
(7)铁丝伸进氧气瓶里的时机
在铁丝伸进氧气瓶之前,要先点燃火柴梗以初步预热铁丝,待大部分火柴梗燃完时,就将铁丝伸进氧气瓶,让剩下那部分火柴梗在氧气中充分燃烧,以继续充分预热并引燃铁丝,这是关键。因为在氧气瓶中燃烧的那截火柴梗,若太短,就不能充分预热和引燃铁丝。若太长(即过早地将铁丝伸进氧气瓶),它燃烧消耗掉大量氧气,会导致铁丝在剩余少量氧气里燃烧不明显或燃不起来。应根据集气瓶的容量(特别是瓶高)与铁丝的粗细来把握时机,才能保证即使在小集气瓶里(如125ml规格的)实验,也能成功。一般地,看见剩下那截未燃的火柴梗约5毫米长的时候,就应立即将铁丝伸进集气瓶。
(8)伸铁丝进集气瓶里的操作
首先应将集满氧气的集气瓶半掩半开,然后将点燃了火柴梗的铁丝在瓶中央从上至下缓缓伸进,切莫过快。若伸进的动作过快,导致在铁丝未燃之前,由火柴梗燃烧所放出的水蒸气、二氧化碳及其热量将瓶内一部分氧气排出,降低了氧气的纯度,影响实验效果。
红磷在氧气中燃烧的改进实验
按现行教材中的装置进行红磷燃烧的学生实验时,产生的浓厚白烟会对教室空气造成严重污染。改进后的实验装置把燃烧匙④插入一个塑料广口瓶盖①中,瓶盖的中空部分填入吸满浓碱液的海绵②,底部钻一些小孔③以此来吸收P2O5的浓烟。
青浦县中学朱达人、金伟明老师改进后的装置如图:实验时,将小粒红磷放入燃烧匙中,在火焰上点燃后立即连同瓶盖插进集气瓶,并用手轻轻按住瓶盖,浓厚的白烟清晰可见,但避免了向外扩散,效果良好。
说明:
①红磷必须取得少量,不超过绿豆大小。
②集气瓶必须与瓶盖配套,学生实验宜用125ml集气瓶。
③实验时,防止燃烧匙碰到瓶壁,瓶底可铺少量细砂。
④此装置还可用于硫燃烧实验。
铁在氧气里燃烧的优化实验
在做铁在氧气里燃烧的实验中,天津市蓟县教师进修学校李如昆、顿长稳老师作了进一步延伸——磁性四氧化三铁的验证,效果较好。
用装有少量水的集气瓶做铁丝在氧气里燃烧的实验,生成黑色四氧化三铁小晶体,用一块磁铁贴近集气瓶底部移动,就见黑色小晶体立即针状直立,又象无数棵小松树挺然屹立,甚是美观。
这个实验有下列优点:
1.实验简单快捷;
2.联系生活,通过用学生熟悉的磁铁验证,更易增加学生兴趣,便于理解产物是四氧化三铁;3.为高二讲铁的氧化物奠定了基础。
(三氧化二铁无此现象)