实验五 空气中甲醛气体含量的简易测定.doc

实验五 研究性学习实验的准备与实验教学研究空气中甲醛气体含量的简易测定一、实验研究方案的初步设计1问题与讨论 (1) 甲醛分子结构中含有什么基团?此基团决定了甲醛具有什么重要的化学性质？答：甲醛分子结构中含有醛基，决定了甲醛具有还原性。(2) 酸性高锰酸钾溶液具有什么重要的化学性质？高锰酸钾溶液显何颜色,其显色的灵敏度如何?答：酸性高锰酸钾溶液具有强氧化性，它的氧化作用和溶液的酸度有关。在强酸性溶液中获得5个电子还原为Mn2+。MnO4-+8H+5e-=Mn2+4H2O高锰酸钾溶液显深紫色，用它滴定无色或者浅色试液时一般不需要另加指示剂，因为MnO4-本身的颜色（粉红色）来指示终点。(3) 气态物质跟溶液中的物质发生化学反应的一般装置是怎样的？要使气态物质跟溶液中的物质发生完全反应，其实验装置和操作各应注意什么?答：一般装置是将气体导入装有反应物的装置中，要发生完全反应，其实验装置和操作应注意装置的气密性要良好，导管要尽量伸入到溶液底部使气体与溶液充分接触，把握好进气速度。(4) 如果通过用酸性高锰酸钾溶液来氧化甲醛测定室内甲醛的含量，这对高锰酸钾溶液的浓度有何要求?答：高锰酸钾在溶液中最小显色浓度是210-6mol/L，因此选取高锰酸钾的浓度应大于10-6mol/L。 (5) 高锰酸钾溶液的稳定性如何？如何配制和存放高锰酸钾标准溶液？答：1）高锰酸钾溶液的稳定性不稳定。遇光发生分解，生成灰黑色二氧化锰沉淀并附着于器皿上。2）配制高锰酸钾标准溶液为了配置较稳定的高锰酸钾溶液，可称取稍多于理论量的高锰酸钾溶于蒸馏水中，加热煮沸，冷却后贮于棕色瓶，于暗处放置数天，使溶液中可能存在的还原性物质完全氧化，然后过滤去析出的MnO2沉淀。（原因是纯的KMnO4溶液是相当稳定的，一般的KMnO4试剂中常含有少量MnO2和杂质，而且蒸馏水中常含微量还原性物质，它们都促进KMnO4溶液的分解，见光时分解的更快，所以KMnO4不能直接配制标准溶液，而只能用间接配制法进行配制。）正确配制的KMnO4溶液，必须呈中性，不含MnO2。存放高锰酸钾标准溶液：保存在玻塞棕色瓶中，放置暗处，久放后的KMnO4溶液使用时应重新标定其浓度。2.实验研究方案的设计居室的豪华装璜往往带来甲醛对室内空气的污染。被装璜的天花板、墙壁贴面使用的塑料、地毯、隔热材料、塑料家具、油漆涂料以及衣服织物等一般都会有甲醛。一般甲醛污染的程度随装璜的豪华程度而加大。甲醛是一种无色易溶于水的有刺激性气味的气体。甲醛对人体有害，主要是因为甲醛可经呼吸道、消化道及皮肤吸收，引起组织蛋白的凝固坏死，从而具有杀伤力。长期接触低剂量的甲醛还可引起呼吸道疾病，引起新生儿体质降低，染色体异常，甚至引起鼻咽癌。室内空气中甲醛气体最高允许浓度为20mgm3 。【测定原理】甲醛结构中由于醛基的存在，因而甲醛具有强的还原性，极易被氧化剂所氧化。以高锰酸钾作氧化剂，每升溶液中只要有105mol KMnO4 即可显示出紫红色，与甲醛气体反应则溶液由紫红色变为无色，化学反应方程式如下：4MnO45HCHOH4Mn25CO211H2O (2) 从空气中甲醛含量不多的特点，配制浓度约为110-4mol/L的高锰酸钾溶液。(3) 从气体与液体尽可能完全反应的需要出发，设计实验测定装置和操作方法。实验测定装置如图：操作方法：1）用1mL的注射器向锥形瓶中注入2mL的1104mol/L的高锰酸钾溶液，加3滴6mol/LH2SO4溶液，盖好盖子，将装置置于待测地点，缓缓抽气，每次抽气50ml，直至紫红色褪尽为止。2）用2.5mL注射器准确移取mL 1104mol/L的KMnO4溶液，注入六孔井穴板的一个孔穴内，加入滴6mol/LH2SO4溶液，盖好盖子，按图连接好装置。将此装置置于待测的居室内，缓慢抽气（应慢慢抽拉活塞，否则反应不完全，测定结果会偏低），每次抽气50mL，直到紫红色褪尽为止。记录抽气次数。(4) 从化学反应方程式中高锰酸钾的质量可推知甲醛的质量，从甲醛的质量与相应的通入空气的体积联系起来，设计相应的实验装置和计算方案。计算室内甲醛气体浓度，设抽气次数为n，依据化学方程可计算出室内空气中甲醛含量为150/n（mg/m3）(5) 以室内空气中甲醛气体的最高允许浓度20mg/m3 为标准，设计出相应的超标和不超标的方案。室内空气中甲醛气体最高允许浓度为20mg/m3，若150/n20，即抽气次数8，则符合标准。否则超标，会严重影响人体呼吸系统，应及时查明原因，采取通风换气等措施。(6) 从高锰酸钾溶液的不稳性出发，设计相应的标准溶液配制与存放方法。为了配置较稳定的高锰酸钾溶液，可称取稍多于理论量的高锰酸钾溶于蒸馏水中，加热煮沸，冷却后贮于棕色瓶，于暗处放置数天，使溶液中可能存在的还原性物质完全氧化，然后过滤去析出的MnO2沉淀。（原因是纯的KMnO4溶液是相当稳定的，一般的KMnO4试剂中常含有少量MnO2和杂质，而且蒸馏水中常含微量还原性物质，它们都促进KMnO4溶液的分解，见光时分解的更快，所以KMnO4不能直接配制标准溶液，而只能用间接配制法进行配制。）正确配制的KMnO4溶液，必须呈中性，不含MnO2。配制高锰酸钾标准溶液：实验室配有0.0101mol/L的高锰酸钾溶液，将其稀释浓度约为110-4mol/L的高锰酸钾溶液。存放高锰酸钾标准溶液：保存在玻塞棕色瓶中，放置暗处，久放后的KMnO4溶液使用时应重新标定其浓度。三、实验药品、仪器甲醛溶液（含量37.0-40.O%）、0.0101mol/L的高锰酸钾溶液试管、1ml移液管、洗耳球、锥形瓶、导管、60ml的针筒四、实验步骤KMnO4 标准溶液配制用移液管准确量取1mL的0.0101mol/L的高锰酸钾溶液于100mL容量瓶中，再用蒸馏水将其稀释至刻度线。配成浓度为1.01104mol/L高锰酸钾溶液。配制好的溶液存放在清洁带塞的棕色瓶中，注意随配随用。按上述装置图连接好仪器装置，用1mL移液管准确移取3mL 1.01104mol/L的KMnO4溶液，注入试管中，加入5滴6mol/LH2SO4溶液，盖好盖子。往250ml锥形瓶中加入约5毫升的甲醛溶液，再加入约20毫升的蒸馏水。连接好装置。缓慢抽气（应慢慢抽拉活塞，否则反应不完全，测定结果会偏低），每次抽气60mL，直到紫红色褪尽为止。记录抽气次数。计算室内甲醛气体浓度。依据抽气次数及化学方程式计算室内空气中甲醛的含量（近似含量）。五、注意事项n 抽气时应慢慢抽拉活塞，否则反应不完全，测定结果偏低。n 高锰酸钾溶液不稳定，最好随用随配，且低温保存。n 强酸性环境更有利于高锰酸钾氧化甲醛的反应彻底进行。所以在实验前注意加入几滴硫酸。n 新装饰的居室中，甲醛浓度往往较大，会严重污染室内空气，亦可采用此方法测定其浓度。六、实验记录与数据处理1）本次实验共抽气次数为24次后，试管中高锰酸钾溶液紫红色褪去。2）计算甲醛含量2460ml=1440ml由于4MnO45HCHO的关系，设甲醛的浓度为x所以4 51.011043 X1440即4 X1440=51.011043X=2.67107mol/L七、实验经验总结实验过程中，有些同学只抽取7、8次气，紫红色就褪去，但是有些同学却未做出。因为实验室中含乙醛的量比较少，故采取加入少量甲醛，增加甲醛浓度，以加速反应的进行。实验未成功，有可能是甲醛含量太低。或者在抽气时心太急，未缓慢抽气，导致反应未完全，实验很难成功。八、实验最大收获此次实验是关于研究性学习实验的准备与实验教学研究。研究性学习是指教师在课堂授课以外，引导学生以个人或小组的形式，从自然、社会和生活中选择和确定专题，结合典型个案分析研究，对教学中或者教学以外涉及的一些问题进行探究其本质规律的一种学习活动。在化学教学中要从以下几点组织学生进行研究性的学习：（1）有意培养学生的学习与探究意识，激发学生进行探究性学习的兴趣，经常鼓励学生大胆质疑，鼓励学生通过科学实验和共同讨论，得出正确结论。例如：硝酸与铜反应只生成NO的最大浓度是多少？怎样才能制出N2O？N2O助燃吗？怎样验证？为什么NANO2会致癌？白磷为什么会有毒？通过这样的问题，激发他们进行分析和思考。（2）开展研究性学习要以学习为目的，由于教材的局限性，高中化学教材中的一些实验不可能面面俱到，有些实验是一带而过，有要求学生进行深入的学习。可以要求学生对此进行研究性学习，以加深理解。如教材中实验条件的探索，对现象不明显、操作不方便、有环境污染的实验方案的改进等，可以作为化学研究性学习的着眼点。（3）组织学生开展研究性学习，要与学生的知识水平相联系，要与学生的生活相结合。因此在确定研究性学习的专题时要充分考虑学生的实际情况，要选定那些学生既有兴趣，又能自主完成，有利于促进学生学习的内容。 化学研究性学习的实施流程基本上分为四个阶段： 1、准备阶段。 （1）动员学生、教师和家长； （2）提供相应的知识背景，开设一些科普讲座或参观访问； （3）进行科研方法指导。 2、选题阶段。 （1）选择确定研究课题，组成课题小组； （2）小组选举组长，在教师指导下进行课题论证并作出假设； （3）明确课题研究方向，共同设计课题研究方案； （4）举行开题报告，通过研究方案评审； （5）小组讨论，修改实施方案； （6）重新设计研究方案。 3、实施阶段。 （1）小组独立开展研究和实施方案（实验并记录数据和现象），教师负责监督； （2）信息处理和分析，并得出结论。 4、结题阶段。 （1）撰写研究成果，进行个人、小组总结； （2）班级展示、同学评议； （3）答辩会、年级报告会； （4）教师评定成绩、总结。 一般性原则对化学这门学科同样具有指导作用，但也有其具体特点： 1、确定课题。 化学研究性课题的确定一般要遵循以下几个原则： （1）有利于学生自身成长发展； （2）能激发学生的兴趣，有利于发挥学生的特长； （3）对化学学习及沟通各学科联系有促进； （4）有积极的社会意义更好； 化学研究性课题的确定可以从以下几方面考虑： （1）探索性实验：如水污染物的检验等； （2）社会调查报告：如一次性饭盒的利与弊的调查等；技小制作：如晶体的制备等； （4） 化学史研究：如元素周期表的创建、作用和展望等； （5） 化学问题探索：如阿伏加德罗常数的测定原理和方法探讨等。 此外，化学教学大纲和教材中也给出了一些课题。课题可以由教师提出，也可以由学生提出，但一般较为常用的是由师生合作确定课题。 2、设计方案。 好的设计方案往往是成功的一半。化学研究性课题的方案除研究方法和过程外，主要从人、时、物三方面考虑： （1）选择组织形式：一般为若干名同学组成课题小组，可以是班集