水中花园.doc

实验一 建造一座“水下公园”朋友，你见过“水下公园”吗？你只需在一个盛有无色透明水溶液的玻璃缸中，投入几颗不同颜色的无机盐晶体。不一会儿，在玻璃缸中奇迹出现了，各种各样的枝条纵横交错地伸长，绿色的叶子越来越茂盛，鲜艳夺目的花儿也开放突起！一座根深叶茂、五光十色的水下公园，展现在同学们的眼前。你知道建造这样一座美丽的“水下花园”的秘密吗？一、实验目的1、掌握硅酸盐的主要化学性质。2、掌握溶解度的概念。二、实验原理金属的硅酸盐多数难溶或微溶于水，而且都呈现各种不同的颜色。当金属盐晶体投入到硅酸钠溶液中时，立即在晶体表面形成一层难溶硅酸盐的薄膜，此薄膜有半透膜的性质。它允许水渗入膜内，使可溶性金属盐溶解并将硅酸盐薄膜撑破；当金属盐溶液一遇到硅酸钠又立即作用形成一层新的难溶薄膜，如此反复进行。如果加入各种不同的金属硅酸盐，就形成了美丽的水下花园。CoCl2Na2SiO32NaClCoSiO3 MgCl2Na2SiO32NaClMgSiO3CuSO4Na2SiO3Na2SO4CuSiO3Ni(NO3)2Na2SiO32NaNO3NiSiO32FeCl33Na2SiO36NaClFe2(SiO3)3FeSO4Na2SiO3Na2SO4FeSiO3Ca(NO3)2Na2SiO32NaNO3CaSiO3三、实验用品仪器：烧杯(或玻璃缸)试剂：氯化钴、氯化镁、硫酸铜、硝酸镍、三氯化铁、硫酸亚铁、硝酸钙、水玻璃四、实验内容1各种金属盐固体在硅酸钠溶液中的反应现象研究（1）取5支试管，各加入10mL蒸馏水，向其中分别加入0.5g、1.0g、1.5g、2.0g、2.5g的硅酸钠，充分溶解，计算浓度，编上号码。（2）向以上各溶液中加入FeCl3固体颗粒少许，观察并记录现象。（3）重复以上（1）和（2）的操作，分别加入其它金属盐，观察并将实验现象记录在下表中，特别注意观察和记录现象出现的时间。 硅酸钠浓度金属盐0.5g/10mL1.0g/10mL1.5g/10mL2.0g/10mL2.5g/10mLFeCl3 CuSO4 CoCl2 MgCl2 Ca(NO3)2 Ni(NO3)2 2公园的建造根据1中的实验现象，选择适宜的硅酸钠浓度，按此浓度配制50mL硅酸钠溶液，置于50mL的烧杯中。首先取CuSO4小晶体45粒投入到50mL硅酸钠溶液的底部，10min后分别将CoCl2、MgCl2、Ni(NO3)2、FeSO4和Ca(NO3)2小晶体45粒投入到50mL硅酸钠溶液的底部，再等5min后将FeCl3小晶体23粒小晶体投入到50mL硅酸钠溶液的底部（注：晶体颗粒一定要分开放，在景观生成过程中，不要动烧杯，以免破坏景观）。数分钟后观察现象。五、思考题1“水下花园”形成的原理是什么？2写出所有的化学方程式。3硅酸盐的颜色分别是： CuSiO3蓝色、Fe(SiO3)3红棕色、FeSiO3浅绿色、CoSiO3紫色、NiSiO3墨绿色、CaSiO3乳白色，请验证。 六、硅酸盐知识介绍所谓硅酸盐指的是硅、氧与其它化学元素（主要是铝、铁、钙、镁、钾、钠等）结合而成的化合物的总称。它在地壳中分布极广，是构成多数岩石（如花岗岩）和土壤的主要成分。由于其结构上的特点，种类繁多（硅酸盐矿物的基本结构是硅氧四面体；在这种四面体内，硅原子占据中心，四个氧原子占据四角。这些四面体，依着四面体，依着不同的配合，形成了各类的硅酸盐）。它们大多数熔点高，化学性质稳定，是硅酸盐工业的主要原料。硅酸盐制品和材料广泛应用于各种工业、科学研究及日常生活中。化学上，硅酸盐指由硅和氧组成的化合物(SixOy)，有时亦包括一或多种金属和或氢。它亦用以表示由二氧化硅或硅酸产生的盐。在普通情况下，最稳定的硅酸盐是二氧化硅(SiO2)俗称石英，以及类似的化合物。二氧化硅经常有微量的硅酸（H4SiO4）处于平衡状态。化学家认为石英是不可溶解的，但在长时间尺度下，它是可以流动的。此外，在碱性条件下，会出现H2SiO42-。大部分硅酸盐都是不可溶解的。硅酸盐矿物的特征是它们的正四面体结构，有时这些正四面体以链状、双链状、片状、三维架状方式连结起来。按正四面体聚合的程度，硅酸盐再细分为：岛状硅酸盐类、环状硅酸盐类等。在地质学和天文学上，硅酸盐指一种由硅和氧组成的岩石(通常为SiO2)，有时亦包括一或多种金属和或氢。此类岩石包括花岗岩及辉长岩等。地球及其他类地行星的大部分地壳均以硅酸盐组成。1比较重要的硅酸盐宝石（1）橄榄石 (单正四面体) 橄榄石为岛状硅酸盐类，金属元素成分不同，颜色也不一样，有绿色到柠檬黄色，有褐黑色、茶色、红色甚至无色等等。但它们都具有玻璃光泽或松脂光泽。橄榄石是岩浆成为岩石后形成的第一代矿物，所以科学家可以用它来研究当初岩浆的成分。橄榄石能经受1500高温，可以当作耐火材料。透明的橄榄石叫黄电气石，是可以当作宝石的。橄榄石由于其颜色近似橄榄绿色而得名，作为八月生辰石，象征夫妻幸福、美满与和谐。 化学成分常见的橄榄石，是两个单元组分镁橄榄石Mg2SiO4和铁橄榄石Fe2SiO4形成的完全类质同像混晶，其中还含有Na， Ca， Al， Ni， Mn， Cr， Ti等元素。 晶系和晶体形态是一种岛状结构的硅酸盐，属斜方晶系。形状见图： 基本性质A. 摩氏硬度：67.德国矿物学家摩氏（Frederich Mohs）创立的一种硬度表，作为评判矿物硬度的标准。最软者为滑石，最硬者为金刚石，共有十种矿物，定为十级，分别为：矿物中文名称矿物英文名称定义硬度滑石Talc1石膏Gypsum2方解石Calcite3萤石Fluorite4磷灰石Apatite5正长石Orthoclase6石英Quartz7黄玉Topaz8刚玉Corundum9金刚石Diamond10常见物质的硬度。物质名称硬度指甲2.5铜币3.54钢刀5.5玻璃5.56钢锉6.5 B. 光泽：玻璃光泽。C. 颜色：常见橄榄绿色、黄绿色、褐绿色。颜色深浅与含铁量多少密切相关。D. 透明度：透明。 鉴别特征橄榄石与相似宝石鉴别的主要依据是密度、折射率和光性特征。此外，橄榄石是自色矿物，颜色相对固定，其特有的橄榄绿色或黄绿色，也可作为鉴定依据。从外观看，绿色尖晶石、黄绿色钙铝榴石、翠榴石、绿色碧玺、绿色绿柱石等，容易与橄榄石相混。区别在于尖晶石、钙铝榴石和翠榴石为均质体，橄榄石为非均质体，碧玺和绿柱石为一轴晶，橄榄石为二轴晶。 质地成因、产状及产地橄榄石主要产于基性、超基性岩，如辉长岩、苏长岩、橄榄岩、玄武岩。金伯利岩等岩石中。但世界上大部分宝石级橄榄石，都产在碱性玄武岩的幔源包体中。产橄榄石的国家有中国（河北、吉林）、美国、巴西、缅甸、澳大利亚和墨西哥等。（2）祖母绿、海蓝宝石和绿柱石这三者属于同一种矿物，它们的矿物名称为绿柱石，或者说它们是绿柱石矿物中三个不同的宝石品种。祖母绿作为五月生辰石，象征幸福、幸运和长久。蓝宝石作为三月生辰石，象征沉着、勇敢和聪明。祖母绿被誉为绿色宝石之王，是指由铬元素致色的翠绿色宝石级绿柱石。海蓝宝石是指呈蓝色至浅蓝色的宝石级绿柱石。世界上最大的优质祖母绿晶体，是1956年在南非发现的，质量达4.8kg，第二大祖母绿晶体，产自哥伦比亚，质量为3.204kg。关于祖母绿矿产的分布说法不一。1974年国外有人说，世界市场上的祖母绿原料，有一半以上是津巴布韦提供的。也有资料称，20实际70年代哥伦比亚的祖母绿产量，占世界总产量的90。所以，可以说津巴布韦和哥伦比亚是祖母绿的主要产出国。 化学成分绿柱石是铍铝硅酸盐矿物，其化学式为Be3Al2Si6O18，纯净或只含K， Na杂质的绿柱石无色透明。成分中常含有微量的Cr， Fe， Ti， V， Mn， Li， Cs等元素，它们替代Be和Al。不同微量元素可是绿柱石产生不同的颜色。祖母绿中的Cr2O3含量一般在0.150.20。海蓝宝石中含有二价铁等元素。 晶体形态绿柱石通常呈发育完整的, 六方长柱状。柱面上有细的纵纹，有时也呈短柱状甚至板状，偶尔也呈粒状。 基本性质（1）摩氏硬度78.（2）韧性：性脆，韧性差，易碎裂。（3）密度：2.672.90g/cm3之间，一般为2.72 g/cm3.2硅酸盐水泥简介（1）定义以黏土和石灰石为原料，经高温煅烧得到以硅酸钙为主要成分的熟料，加入05的混合材料和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料。（2）主要组成硅酸盐水泥的主要矿物组成是：硅酸三钙、硅酸二钙、铝酸三钙、铁铝酸四钙。硅酸三钙决定着硅酸盐水泥四个星期内的强度；硅酸二钙四星期后才发挥强度作用，约一年左右达到硅酸三钙四个星期的发挥强度；铝酸三钙强度发挥较快，但强度低，其对硅酸盐水泥在1至3天或稍长时间内的强度起到一定的作用；铁铝酸四钙的强度发挥也较快，但强度低，对硅酸盐水泥的强度贡献小。（3）分类 纯熟料硅酸盐水泥在硅酸盐水泥熟料中加入适量石膏，磨细而成的水泥，分425、525、625、725等四个标号。其早期强度比其他几种硅酸盐水泥高510，抗冻性和耐磨性较好，适用于配制高标号混凝土，用于较为重要的土木建筑工程。 普通硅酸盐水泥简称普通水泥。由硅酸盐水泥熟料掺加少量混合材料和适量石膏磨细而成。混合材料的加入量根据其具有的活性大小而定。按中国标准规定：普通水泥中如掺加活性混合材料（如粒化高炉矿渣、火山灰、粉煤灰等），其掺加量按重量计算不得超过15，允许用不超过 5的窑灰（用回转窑生产硅酸盐类水泥熟料时，随气流从窑尾排出的灰尘，经收尘设备收集所得的干燥粉末）或不超过10的非活性混合材料代替；掺加非活性混合材料不得超过10。普通水泥分为275、325、425、525、625和725等六个标号，广泛用于制作各种砂浆和混凝土。 矿渣硅酸盐水泥简称矿渣水泥。由硅酸盐水泥熟料和粒化高炉矿渣，加入适量石膏磨细而成。中国标准规定：水泥中粒化高炉矿渣掺加量按重量计为2070；允许用不超过混合材料总掺量 1/3的火山灰质混合材料（包括粉煤灰）、石灰石、窑灰来代替部分粒化高炉矿渣，这些材料的代替数量分别不得超过15、10、8；允许用火山灰质混合材料与石灰石，或与窑灰共同来代替矿渣，但代替的总量不得超过15，其中石灰石不得超过10、窑灰不得超过8；替代后水泥中的粒化高炉矿渣不得少于20。矿渣水泥是中国目前产量最大的水泥品种，分为275、325、425、525和625等五个标号。与普通硅酸盐水泥相比，矿渣水泥的颜色较浅，比重较小，水化热较低，耐蚀性和耐热性较好，但泌水性（是指水泥浆体所含水分从浆体中析出的难易程度，又称析水性）较大，抗冻性较差，早期强度较低，后期强度增进率较高，因此需要较长的养护期。矿渣水泥可用于地面、地下、水中各种混凝土工程，也可用于高温车间的建筑，但不宜用于需要早期强度高和受冻融循环、干湿交替的工程。 火山灰质硅酸盐水泥简称火山灰水泥。由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料（如火山灰、凝灰岩、浮石、沸石、硅藻土、粉煤灰、烧粘土、烧页岩、煤矸石等），加入适量石膏，磨细而成。中国标准规定：水泥中火山灰质混合材料掺加量按重量计为2050；允许掺加不超过混合材料总掺量1/3的粒化高炉矿渣，代替部分火山灰质混合材料，代替后水泥中的火山灰质混合材料不得少于20。火山灰水泥分为275、325、425、525和625等五个标号。火山灰水泥与普通水泥相比，其比重小，水化热低，耐蚀性好，需水性（使水泥浆体达到一定流动度时所需要的水量）和干缩性较大，抗冻性较差，早期强度低，但后期强度发展较快，环境条件对火山灰水泥的水化和强度发展影响显著，潮湿环境有利于水泥强度发展。火山灰水泥一般适用于地下、水中及潮湿环境的混凝土工程，不宜用于干燥环境、受冻融循环和干湿交替以及需要早期强度高的工程。 粉煤灰硅酸盐水泥简称粉煤灰水泥。由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰，加入适量石膏磨细而成。是火山灰质硅酸盐水泥的主要品种。中国标准规定：水泥中粉煤灰掺加量按重量计为2040；允许掺加不超过混合材料总掺量 1/3的粒化高炉矿渣，此时混合材料总掺量可达50，但粉煤灰掺量仍不得少于20或大于40。粉煤灰水泥分为 275、325、425、525和625等五个标号。它除具有火山灰质硅酸盐水泥的特性(如早期强度虽低，但后期强度增进率较大，水化热较低等)外，还具有需水性及干缩性较小，和易性、抗裂性和抗硫酸盐侵蚀性好等性能。适用于大体积水工建筑，也可用于一般工业和民用建筑。20世纪60年代以来，法、日、苏、中、美、联邦德国等都先后生产粉煤灰水泥，产量日趋增多。中国于50年代初就开始研究粉煤灰作水泥混合材料，并于1977年制定了粉煤灰硅酸盐水泥标准。七、烧杯简介常用的烧杯有低型烧杯、高型烧杯和三角烧杯等三种。见下图： 用途：配制溶液，煮沸、蒸发、浓缩溶液，进行化学反应以及少量物质的制备等。使用：烧杯可以承受500以下的温度，加热时一半要垫上石棉网，也可用水浴、油浴或砂裕。烧杯内的液体不要超过总溶剂的2/3。热加腐蚀性的液体时杯口应盖上表面皿。八、滤纸与过滤1滤纸滤纸是实验室中常用的滤器，它有各种规格和类型，国产滤纸从用途上分定性和定量滤纸。定量滤纸已经用盐酸、氢氟酸、蒸馏水洗涤处理过，其灰分很少，故又称为无灰滤纸，用于精密的定量分析中。定性滤纸的灰分较多，之用用于定性分析和分离之用。滤纸按孔隙大小分为“快速”、“中速”、“慢速”三种，按直径大小有、7cm、9cm、11cm等几种。表国产滤纸的规格编号102103105120127209211214类别定量滤纸定性滤纸灰分0.02mg/张0.2mg/张滤速s/100mL60100100160160200200240601001001