校本课程-高中趣味化学实验

趣味化学实验 扬州市江都区丁沟中学校本课程编写组 主编 徐林岗 编审 何玉明 前 言 你看见过胶冻能燃烧 无水有冰袋 消字密无痕 水下百花开等现象 吗 你知道这是为什么吗 你想亲自来动手试一试吗 如果答案是肯定的 那么请你走进 趣味化学实验 这个小天地吧 在这些富有情趣的化学实 验中 你不仅能复习巩固化学知识 而且能提高学习化学的兴趣和热情 丰富课外生活 锻炼我们的动手能力 最终提高化学科学素养 化学校本课程 趣味化学实验 主要针对高中学生开设 共开设 16 个趣味实验 涵盖了贴近学生生活以及现实所学内容的简单实验 以让学 生更多了解化学在生活中的应用 每个课时内容大致分为 背景知识 实 验原理 实验用品 实验步骤 问题思考 相关以及扩展实验 课堂评价 几大部分 本课程的内容基于学生已有的知识结构 利用学生熟悉的身边资源 如食物以及容器等 培养学生的学习兴趣 以及提高学生的综合素质 每一节内容都包括背景知识介绍 实验原理 操作说明 细则指导 以及 课堂思考题和课堂评价 包括学生自我评价 仪器整理 教师评价三项内 容 几大板块内容 前后课时之间还通过 前节知识巩固 板块进行衔接 部分章节还备有课后家庭小实验选作 满足学生继续学习的求知愿望 通过本课程的实施 能让每个学生根据不同发展需要 让学生经历探 究过程 参与观察 思考 讨论 时刻让他们保留成功的欲望 享受成功 的乐趣 以获得理解能力和深层次的情感体验 激发学生学习化学的浓厚 兴趣 培养学生的创新精神和实践能力 帮助学生认识化学与人类生活的 密切关系 关注人类面临的化学问题 培养学生的社会责任感和参与意识 主编 徐林岗 目 录 化学实验发展史概述 4 趣味化学实验一 模拟酸雨腐蚀岩石的过程 12 趣味化学实验二 自制酸碱指示剂 15 趣味化学实验三 化学 冰箱 与冰袋 17 趣味化学实验四 指纹鉴定以及检验加碘食盐中的碘元素 19 趣味化学实验五 水下公园 23 趣味化学实验六 豆腐中钙质的检验 25 趣味化学实验七 食物中常见元素的测定 29 趣味化学实验八 铝器表面刻字 制备可燃的 胶冻 31 趣味化学实验九 合成香精 34 趣味化学实验十 消字灵的制作 37 趣味化学实验十一 玻棒点灯 黑龙攀柱 39 趣味化学实验十二 硫素三形 42 趣味化学实验十三 海带中碘的提取和检验 44 趣味化学实验十四 研究电池 47 趣味化学实验十五 制作水果电池 50 趣味化学实验十六 牙膏中某些成分的检验 52 化学实验发展史概述化学实验发展史概述 化学实验是化学科学赖以产生和发展的基础 从其发展过程来看 大致经过了早 期化学实验 近代化学实验和现代化学实验等三个发展时期 早期化学实验 从远古时代开始到 17 世纪 化学实验在向科学道路迈进的过程中 经历了一段漫 长的发展时期 一 化学实验的萌芽 人类最初对火的利用距今大概已有 100 多万年了 火是人类最早使用的化学实验 手段 人类最早从事的制陶 冶金 酿酒等化学工艺 都与火有直接或间接的联系 在熊熊烈火中 烧制成型的粘土可获得陶器 烧炼矿石可得到金属 陶器的发明使人 类有了贮水器以及贮藏粮食和液体食物的器皿 从而为酿酒工艺的形成和发展创造了 条件 制陶 冶金和酿酒等化学工艺 已孕育了化学实验的萌芽 例如 在烧制灰 黑 陶的化学工艺中 工匠们在焙烧后期便封闭窑顶和窑门 再从窑顶徐徐喷水 致使陶 土中的铁质生成四氧化三铁 又使表面覆上一层炭黑 因此里外黑灰 这表明当时已 初步懂得了焙烧气氛的控制和利用 二 原始化学实验 古代的炼丹术 是早期化学实验的主要和典型的代表 炼丹的主要目的 一是希 望得到能使人长生不死的 仙药 二是想把一些廉价的金属借助于 仙药 的点化 转变为贵重的黄金和白银 由于炼丹活动符合帝王 贵族长生不死 永世霸业的愿望 因而受到他们的大力推崇 于是从古代到中古时代 这种活动很快地得到开展并兴盛 起来 焙烧是炼丹术士经常采用的一种基本的化学实验操作方法 例如在空气中焙烧方 铅矿 即硫化铅 等贱金属矿石 把铅放在灰皿或骨灰造的盘子中加热 铅烧掉之后 可以得到一点银 把黄铁矿 从外表看有点象黄金 与铅共熔 铅用灰皿烧掉之后 可 以获得微量的黄金 除焙烧之外 炼丹术士还经常使用一些液体 试药 来对各种金属进行加工 液 体试药通常是一些能在金属表面涂上颜色的物质 例如 硫黄水 多硫化合物的溶液 能把金属黄化成黄金 汞能在其他金属表面留下银色 在制造液体试药的过程中 炼 丹术士发明了蒸馏器 烧杯 冷凝器和过滤器等化学实验仪器 以及溶解 过滤 结 晶 升华 特别是蒸馏等化学实验操作方法 蒸馏方法的广泛使用 促进了酒精 硝 酸 硫酸和盐酸等溶剂和试剂的发现 从而扩大了化学实验的范围 为后来许多物质 的制取创造了条件 蒸馏是早期化学实验中最完整的一种重要实验操作方法 到了 16 世纪 出现了大 批有关蒸馏方法方面的书籍 这些著作对蒸馏方法作了较详细的叙述 蒸馏在早期化 学实验发展史上占有重要地位 它至今还在基础化学实验中被经常运用 三 向化学科学实验的过渡 到了十五六世纪 炼丹术由于缺乏科学基础 屡遭失败而变得声名狼藉 化学实 验则开始在医学和冶金等一些实用工艺中发挥作用 并不断得到发展 在医药化学时期 最具代表性的人物是瑞士的医生 医药化学家帕拉塞斯 P A Paracelsus 1493 1541 他强调化学研究的目的不应在于点金 而应该把化学 知识应用于医疗实践 制取药物 他和他的弟子们通过对矿物药剂的性质和疗效的研 究 以及在制备新药剂的过程中 探讨了许多无机物的分离 提纯方法 进行了一些 合成实验 并总结出这些物质的性质 因此 有人认为帕拉塞斯 从根本上改变了医 疗和化学的发展道路 安德雷 李巴乌 Andreas Libavius 约 1540 1616 是德国的医生 医药化学家 他极力强调化学的实用意义 为推进化学成为一门独立科学做出了重要贡献 他编著 的 工艺化学大全 1611 1613 年问世 总结了他多年的实验经验 这部著作的问 世 使化学终于有了真正的教科书 继帕拉塞斯 李巴乌之后 对后世影响较大 对化学实验的发展贡献卓著的医药 化学家还有赫尔蒙特 J B van Helmont 1597 1644 他工作的最大特点是对化学进 行定量研究 广泛使用了天平 并萌生了初始的物质不灭的思想 他所做的 柳树实 验 和 沙子实验 是早期化学实验发展史上著名的两个定量实验 此外 他在无机 物制备方面取得过空前的成果 曾对燃烧现象提出过颇有独到之处的见解 因此 他 常被尊为从炼丹术到化学的过渡阶段的代表 化学实验在冶金方面也曾发挥过重要作用 四 早期化学实验的特点 早期的化学实验还只能算做是化学 试验 具有很大的盲目性 还没有从生产 生活实践中分化出来 成为独立的科学实践 最早的制陶 冶金和酿酒等活动 是低 级的 缺乏理论指导的 不自觉的实践活动 作为化学实验原始形式的炼丹术 其实 验目的也只是追求长生不老药或点金之术 变贱金属为贵金属 尽管如此 还应该肯定从事早期化学实验的工匠和炼丹术士们是化学实验的先驱 和开拓者 他们发明了焙烧 溶解 结晶 蒸馏 过滤和冷凝等化学实验操作方法 制造了风箱 坩埚 铁剪 烧杯 平底蒸发皿 沙浴 焙烧炉等化学实验仪器和装置 发现和制取了铜 金 银 汞 铅等金属 酒精 硝酸 硫酸 盐酸等化学溶剂和试 剂 以及许多酸 碱 盐 甚至意识到了一些粗浅的化学反应规律 后人正是从他们 的经验教训中 才找到了化学实验的真历史使命 建立了化学实验科学 近代化学实验 17 19 世纪 是近代化学实验时期 在这一时期 随着欧洲资本主义生产方式的 诞生和工业革命的进行 以及天文学 物理学等学科的重大突破 化学实验终于冲破 了炼丹术的桎梏 走上了科学的康庄大道 为此做出巨大贡献的化学实验家当推波义 耳 R Boyle 1627 1691 和拉瓦锡 A L Lavoisier 1743 1794 一 化学科学实验的奠基人 波义耳 波义耳把化学确立为科学 作为近代化学科学的确立者 波义耳也是化学科学 实验的重要奠基人 他认为 只有运用严密的和科学的实验方法才能够把化学确立为 科学 他明确指出 化学 为了完成其光荣而庄严的使命 就不能认为到目前为止 的研究方法是正确的 而必须抛弃古代传统的思辩方法 他的这些观点和主张 奠定 了化学实验方法论的基础 不仅如此 波义耳还是一位技术精湛的出色的化学实验家 他一生做过大量的化 学实验 获得了许多重要的发现 他是第一个发明指示剂的化学家 他把各种天然植 物的汁液或配成溶液 或做成试纸 石蕊试纸 就是波义耳发明的 并根据指示剂 颜色的变化来检验酸和碱 他还发现了铜盐和银盐 盐酸和硫酸的化学检验方法 并 在 1685 年发表的 矿泉水的实验研究史的简单回顾 一文中 描述了一套鉴定物质的 方法 因此 他还常被尊为定性分析化学的奠基者 二 定量化学实验方法论的创立者 拉瓦锡 拉瓦锡是明确提出把量做为衡量尺度对化学现象进行实验证明的第一位化学家 他把近代化学实验推进到定量研究的水平 拉瓦锡从一开始从事化学科学研究 就非常善于发挥天平在化学研究中的作用 重视对物质及其变化进行定量测定 他 21 岁时所做的第一个化学实验 就是定量地测 定石膏在加热和冷却过程中水分的变化 他一生做过很多定量化学实验 并依据实验 事实揭示了 水变成土 以及 火粒子 学说 燃素说 的谬误 水变成土 是赫尔蒙特根据他著名的 柳树实验 提出来的 后来又得到波义 耳和牛顿 J Newton 1642 1727 的赞同 为了检验这一观点的科学性 拉瓦锡进行 了如下实验 将收集到的被认为是最纯净的雨水连续蒸馏了 8 次 然后将这些水倒入 一个特制的玻璃蒸馏器中 加热驱去其中的空气 并加以密封 用沙浴在 60 70 之 间加热 101 天 结果发现其中确有悬浮的小片固体物出现 这似乎是水变成了土的证 据 然而 拉瓦锡仔细称量了加热前后水的重量 容器的重量 以及水和容器的总重 量 终于查明 水和容器的总重量在加热前后并没有变化 而且密封在瓶中的水的重 量也没起变化 只是玻璃容器本身变轻了 而减轻的重量又恰好与固体悬浮物的重量 相当 这样 拉瓦锡查明了那些悬浮物来自玻璃容器 从而以坚实的实验数据否定了 水变成土 的错误观点 火粒子 学说 是波义耳为解释金属煅烧后重量增加的原因而提出来的 为了 检验这一假说 拉瓦锡重复了波义耳在密闭的烧瓶中煅烧金属锡的实验 他与波义耳 不同之处在于 在打开烧瓶之前对整个密闭体系进行了称量 结果发现整个体系在加 热前后重量没有变化 这就证明波义耳曾经设想的在加热过程中火的微粒透过玻璃壁 进入烧瓶内与金属锡结合而增重的观点是错误的 拉瓦锡还通过对硫和磷等一些物质燃烧现象的定量实验研究 否定了统治化学长 达百年之久的 燃素说 建立了氧化学说 并确立了 质量守恒定律 拉瓦锡的定量实验研究 极大地丰富和发展了化学实验方法论 对物质及其变化 不仅要用定性分析方法 而且还必须运用定量分析方法 只有二者的有机结合 才能 正确认识物质及其变化在质和量两个方面的性质和规律 化学实验是建立化学理论的 基础和检验化学理论的标准 他曾明确指出 在任何情况下 都应该使我们的推理 受到实验的检验 除了通过实验和观察的自然道路去寻求真理以外 别无它途 拉瓦锡的化学实验方法论思想 对化学实验从定性向定量的发展 产生了积极和 深远的影响 成为近代化学实验发展史上的重要里程碑 正是在此基础上 近代化学 实验才得以蓬勃发展 从而拓展了化学科学研究的领域 导致了许多重要化学理论的 建立和发展 三 化学实验是化学科学理论建立和发展的基础 道尔顿 J Dalton 1766 1844 原子论就是在化学科学实验的基础上建立起来的 他通过化学实验 研究了许多地区的空气组成 发现各地的空气都是由氧气 氮气 二氧化碳和水蒸气四种重要物质的无数个微小颗粒 道尔顿称之为 原子 混合起来 的 他进一步分析一氧化碳和二氧化碳 沼气 CH4 和油气 C2H4 的组成 发现前两种 气体中氧的重量比为 1 2 后两种气体中与同量碳化合的氢的重量比为 2 1 这使道 尔顿发现了倍比定律 这个实验定律成为他确立化学原子论的重要基石 1805 年 法国化学家盖 吕萨克 J L Gay Lussac 1778 1850 在研究氢气和氧 气的化合时发现 100 个体积的氧气总是和 200 个体积的氢气相化合 在进一步研究氨 与氯化氢 一氧化碳与氧气 氮气与氢气的化合时 居然发现都具有简单整数比的关 系 于是 他于 1808 年发现了气体化合体积定律 为了对这个实验定律进行理论解释 意大利化学家阿佛加德罗 A Avo gadro 1776 1856 引入了 分子 的概念 提出了 著名的分子假说 1824 年 年仅 24 岁的德国化学家维勒 F Whler 1800 1882 做了一个在 化学实验发展史上非常著名的实验 即用氯化铵 NH4Cl 水溶液同氰酸银 AgCNO 作 用来制取氰酸铵 NH4CNO 然而 当他滤去氯化银 AgCl 沉淀 并对溶液进行蒸发 时 并没有得到所期望的氰酸铵 而得到了一种白色结晶状的物质 为了确定这种白 色结晶物 维勒又用了 4 年的时间 采用不同的无机物和不同的方法 对其进行了一 系列的定性和定量实验研究 最后终于完全确认实验中所得到的这种白色结晶状物质 正是动物机体内的代谢产物尿素 1828 年 他发表了 论尿素的人工合成 的论文 以雄辩的实验事实公布了这一重大成果 这一实验成果 意义重大 动摇了传统的 生命力论 的基础 开辟了用无机物合成有机化合物的新天地 1845 年 德国化学家柯尔柏 H Kolbe 1818 1884 用木炭 硫黄 氯水等无机物 合成了酒精 蚁酸 葡萄酸 苹果酸 柠檬酸 琥珀酸等一系列有机酸 进而还合成 了油脂类和糖类物质 到了 19 世纪后期 有机合成更加蓬勃发展 先后用人工方法合 成了染料 香料 药物和炸药等 1800 年 历史上第一个电池 提供稳定 持续电流的电源装置 即伏打 A Volta 1745 1827 电堆诞生了 它是近代化学实验发展史上非常重要的实验手段 之一 应用这种实验手段来引发化学反应 推动了电化学的诞生和发展 此外 近代化学实验还开辟了化学热力学和化学动力学两大研究领域 推动了物 理化学的完善和发展 四 近代化学实验方法 近代化学实验的蓬勃发展与近代化学实验方法论的发展有着十分密切的关系 在 这一时期 人们创立或发展了诸如系统定性分析法 重量分析法 滴定分析法 光谱 分析法 电解法等很多经典的化学实验方法 1 系统定性分析法 系统定性分析法是为了检验矿物质中的微量元素 克服传统的湿法定性检验法和 吹管检验法的局限性而被创立的 2 重量分析法重量分析法在 19 世纪得到了很大的完善和发展 主要表现在分离 和测定方法以及操作技术方面 他们所运用的分离和测定方法以及操作技术 至今大 都仍被采用 运用这些分析方法 在 19 世纪人们发现了锆和钛 铍 铀和钍 硒和碲 钼 钨 铬 镉 锗 铌 钽 钒 钌 铑 钯 锇 铱等元素及一些稀土元素 3 滴定分析法 滴定分析法是在 18 世纪中叶从法国诞生和发展起来的 它最初的含义只是一种对 化工原料及产品的纯度进行简易 快速测定的方法 1729 年 法国化学家日夫鲁瓦 C J Geoffroy 1685 1752 第一次利用滴定分析的原则 以碳酸钾为基准物 测定 了醋酸的相对浓度 随着人工合成指示剂的出现 到了 19 世纪 30 50 年代 滴定分 析法的发展达到极盛时期 其应用范围显著扩大 准确度大为提高 接近了重量分析 法所能达到的程度 到了 19 世纪 50 年代 又出现了带有玻璃磨口塞和用剪式夹控制 流速的滴定管 使这种方法更趋完善 4 光谱分析法 光谱分析法是利用光谱线来分析某种元素存在与否的一种方法 它是由德国化学 家本生 R W Bunsen 1811 1899 和基尔霍夫 G R Krichhoff 1824 1887 共同创立 的 1855 年 本生为克服当时的煤气灯的缺点 发明了著名的 本生灯 金属及其盐 在本生灯火焰中能产生特殊的带有颜色的火焰 据此可以鉴别这些金属 为了使产生 的光谱具有更好的观察效果 他们两人合作研制成了分光镜 并用这种新的实验仪器 发现了铯 铷等元素 随后人们又用这种方法发现了铊 铟 镓 钪 锗等 五 近代化学实验的特点 随着欧洲资本主义生产方式的建立和发展 近代化学实验作为一种相对独立的科 学实践活动 从生产实践中分化出来 历经两百多年 取得了突飞猛进的发展 1 明确了化学科学实验的性质 目的和作用 化学实验不再是服务于炼丹术等封建迷信和宗教神学的婢女 不再是从属于观察 的附带的东西 而是一种独立的化学科学实践 重要的化学科学认识方法 2 建立和发展了化学实验方法论 波义耳和拉瓦锡有关化学实验的思想和主张 对化学实验方法论的建立起到了 重要的奠基作用 此后 许多化学家又创立了一系列化学实验方法 丰富和发展了 化学实验方法论 正是这些先进的方法论思想 提供了近代化学科学发展的思想条 件 3 发明和研制了较先进的实验仪器和装置 如精密天平 伏打电堆 光谱分析仪 弹式 量热计 磨口滴定管等等 这些先 进的实验仪器和装置把化学科学研究带入了一个又一个崭新的领域 为近代化学科学 的发展奠定了先决的物质基础 现代化学实验 19 世纪末 20 世纪初 以震惊整个自然科学的电子 X 射线与放射性等三大发现为 标志 化学实验进入了现代发展阶段 同近代化学实验相比 现代化学实验具有如下 特点 一 实验内容以结构测定和化学合成实验为主 1 结构测定实验 结构测定实验源于人们对阴极放电现象微观本质的探讨 电子 放射性和元素蜕变理论奠定了化学结构测定实验的理论基础 2 化学合成实验 化学合成实验是现代化学实验的一个非常活跃的领域 随着现代化学实验仪器 设备和方法的飞速发展 人们创造了很多过去根本无法创设的实验条件 合成了大量 结构复杂的化学物质 1965 年 我国科学家第一次实现了具有生物活性的结晶牛胰岛素蛋白质的人工合 成 这对揭示生命奥秘具有重要意义 1981 年我国科学家又实现了具有生物活性的酵 母丙氨酸 tRNA 的首次全合成 取得了又一突破 现代化学实验除上述两方面以外 还在溶液理论的发展和化学反应动力学的建立 等方面发挥了重要作用 二 化学实验手段的现代化 化学实验手段是制约化学科学研究的非常重要的方面 虽然在 19 世纪化学实验手 段已经有了相当的水平 形成了一套相对比较完整的化学常规仪器 包括各种玻璃仪器 在内 和设备 但这些仪器和设备的质量还不高 种类还不够齐全 精度也不够灵敏和 准确 为克服这些不足 人们在对原有的化学实验手段加以改进的同时 积极吸收现 代各种科学技术的新成果 创造和发明了一大批现代化的实验仪器和设备 在 18 19 世纪 天平曾是使化学实验定量化的重要实验手段 借助于天平 人们 取得了一系列重要实验成果 但当时的天平还比较粗糙 灵敏度一般只能达到 0 1 克 0 01 克左右 为了满足现代化学科学研究的需要 人们对天平进行了改进和完善 制造了一些灵敏度更高 操作更方便的天平 如现代的分析天平 从称量范围来看 有常量分析天平 范围 0 1 毫克 100 克 微量分析天平 范围 0 001 毫克 20 克 和介于二者之间的半微量分析天平 从种类来看 有等臂式天平和悬臂式超微量天平 灵敏度可达 0 01 微克 最大载重为 1 毫克 这些天平具有灵敏 准确和操作方便 如应用光学 电学原理制造的电光天平 等特点 现代化学的许多重大突破都与化学实验手段的改进 发明和创造紧密相关 1919 年 J J 汤姆生的助手阿斯顿 F W Aston 1877 1945 改进了磁分离器 制成了第一台 质谱仪 从而把人类研究微观粒子的手段向前大大推进了一步 阿斯顿利用质谱仪发 现了氖 氩 氪 氙 氯等元素都有同位素存在 在 71 种元素中 他发现了天然存在 的 287 种核素中的 212 种 为表彰阿斯顿在研制质谱仪和发现众多核素方面的卓越贡 献 他于 1922 年获得了诺贝尔化学奖 现代化学实验使用了很多灵敏 精确和快速的实验手段 表现出仪器化的特点 红外光谱 核磁共振 顺磁共振和质谱等实验手段已被广泛使用 在微量分析和痕量 杂质分析方面 出现了原子吸收光谱 库仑分析以及萃取 离子交换分离 色谱 电 泳层析等新的分析 分离技术和手段 在化学元素或组分的分析测定 微观分子结构 晶体结构 表面化学结构等的分析测定方面 出现了 X 射线 荧光光谱 光电子能谱 扫描电镜 电子探针 拉曼激光光谱 分子束 四圆衍射仪 低能电子衍射 中子衍 射 皮秒激光光谱等现代化的实验技术和手段 运用这些实验手段 能够更精确地进 行化学定量检测 达到微 10 6 米 纳 10 9 米 甚至皮 10 12 米数量级 从而大大促 进了化学实验手段的精密化 近 30 年来 计算机在化学实验中得到了卓有成效的应用 正逐步成为重要的化学 实验手段 目前出现的各种仪器的联机使用和自动化 不仅用于电分析化学 谱学 微观反应动力学 平衡常数的测定 分析仪器的控制 数据的存贮与处理 以及化学 文献检索等 而且还能使经典化学操作达到控制的自动化 随着现代化学科学研究领域的不断扩展和深入 以及现代科学技术和现代工业的 迅速发展 化学实验方法日趋现代化 趣味化学实验一趣味化学实验一 模拟酸雨腐蚀岩石的过程模拟酸雨腐蚀岩石的过程 未被污染的雨雪是中性的 pH 近于 7 当它为大气中二氧化 碳饱和时 略呈酸性 pH 为 5 65 pH 小于 5 6 的降水叫酸雨 包 括酸雪 酸雾 酸雹 5 6 这个数值来源于蒸馏水跟大气中的二 氧化碳达溶解平衡时的酸度 酸雨主要是人为活动排放的硫氧化物 氮氧化物等物 质 大量扩散至大气层与水蒸气结合形成的 酸雨的危害是多方面的 可造成土壤 岩石中的重金属溶解 流入河川或湖泊 严重时使得鱼类大量死亡 水生植物和以 河川酸化水质灌溉的农作物 因累积有毒金属 经食物链进入人体 影响人类的健 康 酸雨会腐蚀建筑物 公共设施 古迹和金属物质 造成人类经济 财物及文化 遗产的损失 酸雨的发现酸雨的发现近代工业革命 从蒸气机开始 而后火力电厂星罗齐布 燃煤数量 日益猛增 遗憾地是 煤含杂质硫 约百 分之一 在燃烧中将排放气体 SO2 燃 烧产生的高温尚能促使助燃的空气发生部 分化学变化 氧气与氮气化合 也排放酸 性气体 NOx 它们在高空中为雨雪冲刷 溶解 雨成为了酸雨 1872 年英国科学家史密斯分析了伦 顿市雨水成份 发现它呈酸性 且农村雨 水中含碳酸铵 酸性不大 郊区雨水含硫 酸铵 略呈酸性 市区雨水含硫酸或酸性 的硫酸盐 呈酸性 于是史密斯首先在他 的著作 空气和降雨 化学气候学的开端 中提出 酸雨 一专有名词 实验药品 蒸馏水 98 的硫酸 大 理石 主要成分 CaCO3 实验仪器 玻璃棒 烧杯 镊子 量筒 胶头滴管 背景资料背景资料 实验步骤 1 配置 150mL 浓度约为 0 01mol l 的稀硫酸溶液 注意配制的安全性 2 用量筒量取 50mL 溶液于小烧杯中 将大小适中的块 状大理石用镊子夹住 小心投入稀硫酸中 观察大理石表面的 现象 3 再取 50mL 硫酸溶液 用胶头滴管一滴一滴滴加到大 理石的表面 观察实验现象 4 比较步骤 2 和 3 的现象异同 问题思考 1 步骤 2 的现象 2 步骤 3 的现象 3 配置稀硫酸溶液时应该注意哪些问题 4 请根据已知酸雨形成及危害的资料 提出关于如何治理酸雨的可行性建议 ABCD 自我评价 学习态度 ABCD 教师评价 ABCD 自我评价 实 验 过 程 ABCD 教师评价 ABCD 自我评价 动 手 能 力 仪 器 整 理 ABCD 教师评价 课堂评价课堂评价 二氧化硫是如何变成酸雨的二氧化硫是如何变成酸雨的 伦敦烟雾事件这次事件发生 于 1952 年 12 月 5 日 持续了 4 天 于 12 月 8 日结束 在这 4 天中 英国几乎全境都为浓雾所覆盖 尘 粒浓度最高处达到平时的 10 倍 二氧化硫浓度最高达到平时的 6 倍 烟雾中的三氧化二铁促使二氧化硫 氧化 产生硫酸泡沫 并凝结在烟 尘上形成了酸雾 使公害后果更加严重 在伦敦烟雾事件发生的 4 天中 死亡人数较常年同期大约要多出 4000 人 在事件 发生的一周中 因支气管炎 冠心病 肺结核和心脏衰弱死亡分别为事件前 1 周同类 死亡人数的 9 3 倍 2 4 倍 5 5 倍和 2 8 倍 肺炎 肺癌 流感及其他呼吸道病患者 的死亡率均较平时有成倍增加 据统计 伦敦从 1873 年到 1962 年的 90 年间 发生过 6 次重大的大气污染公害 事件 给人们带来了灾难 英国也造成了巨大的经济损失 趣味化学实验二趣味化学实验二 自制酸碱指示剂自制酸碱指示剂 指示剂 indicator 是指用以指示滴定终点的试剂 在各 类滴定过程中 随着滴定剂的加入 被滴定物质和滴定剂的浓度 都在不断变化 在等当点附近 离子浓度会发生较大变化 能够 对这种离子浓度变化作出显示 如改变溶液颜色 生成沉淀等 的试剂就叫指示剂 如果滴定剂或被滴定物质是有色的 它们本身就具有指示剂的作用 如高锰酸钾 适用于各类滴定反应的指示剂有以下几种 酸碱指示剂 指示溶液中 H 浓度的 变化 是一种有机弱酸或有机弱碱 其酸性和碱性具有不同的颜色 指示剂酸 HIn 在 溶液中的离解常数 Ka H In HIn 即溶液的颜色决定于 In HIn 而 In HIn 又决定于 H 以甲基橙为例 溶液的 pH 3 1 时 呈酸性 具红色 pH 4 4 时 呈碱性 具黄色 而在 pH 3 1 4 4 则出现红黄的混合色橙色 称之为 指示剂的变色范围 不同的酸碱指示剂有不同的变色范围 金属指示剂 络合滴定 法所用的指示剂 大多是染料 它在一定 pH 下能与金属离子络合呈现一种与游离指示 剂完全不同的颜色而指示终点 氧化还原指示剂 为氧化剂或还原剂 它的氧化形 与还原形具有不同的颜色 在滴定中被氧化 或还原 时 即变色 指示出溶液电位 的变化 沉淀滴定指示剂 主要是 Ag 与卤素离子的滴定 以铬酸钾 铁铵矾或荧光 黄作指示剂 实验原理 许多植物的花 果 茎 叶中都含有色素 这些色素在酸性溶液或碱性溶液里显示 不同的颜色 可以作为酸碱指示剂 实验用品 试管 量筒 玻璃棒 研钵 胶头滴管 点滴板 漏斗 纱布 花瓣 如牵牛花 植物叶子 如紫罗兰 萝卜 如胡萝卜 酒精溶液 乙醇与水的 体积比为 1 1 稀盐酸 稀 NaOH 溶液 实验步骤 1 取一些花瓣 植物叶子 萝卜等 分别在研钵中捣 烂后 各加入 5mL 酒精溶液 搅拌 再分别用 4 层纱布过 滤 所得滤液分别是花瓣色素 植物叶子色素和萝卜色素 等的酒精溶液 将它们分装在 3 支试管中 背景资料背景资料 2 在白色点滴板的孔穴中分别滴入一些稀盐酸 稀 NaOH 溶液 蒸馏水 然后各滴 入 3 滴花瓣色素的酒精溶液 观察现象 3 用植物叶子色素的酒精溶液 萝卜色素的酒精溶液等代替花瓣色素的酒精溶液 做上述实验 观察现象 问题思考 1 画坐标图 横轴 醋酸的量 纵轴 溶液 pH 的变化 描述往氢氧化钠溶液中缓 慢滴加醋酸后溶液 pH 的变化 2 带上 pH 试纸 回家后测定一种你熟悉易得的植物作为指示剂的灵敏度即变色范 围 把它与酚酞的变色范围做对照 自制指示剂 酚酞变色范围 8 10 参考资料 石蕊是常见的酸碱指示剂 是植物提取物 常见的酸碱指示剂还有 名称百里酚蓝甲基橙甲基红酚酞百里酚酞 颜色变化红变黄红变黄红变黄无色变红无色变蓝 ph 1 2 2 83 1 4 44 4 6 28 0 9 69 4 10 6 ABCD 自我评价 学习态度 ABCD 教师评价 ABCD 自我评价 实 验 过 程 ABCD 教师评价 动 手 能 力仪 器 整 ABCD 自我评价 课堂评价课堂评价 理 ABCD 教师评价 趣味化学实验三趣味化学实验三 化学化学 冰箱冰箱 与冰袋与冰袋 现代家庭离不开电冰箱 尤其在夏天 储存食物可以长期不 腐败 但外出与郊游时 需要保鲜食品或致冷饮料就成了难题 本实验使用化学试剂制冷技术 可在夏季形成 0 5 低温小环境 食物一天不变味 饮料随时取用都凉爽可口 实验一 实验原理实验一 实验原理 无机盐溶于水的过程包括两个部分 首先是在水分子作用下破坏原有无机盐的离 子晶格 使无机盐的组成离子进入水溶液 这个过程需吸热 然后离子与水分子化合 形成水合离子 这个过程放热 无机盐溶解于水时总的热效应就由这两部分的综合效 应来决定 硝酸铵等少数盐类溶解时吸热特别强烈 因而是常用的化学制冷剂 实验用品 硝酸铵 NH4N03 化肥或试剂 水保温瓶或保温饭盒 10 号铁丝量筒 100 毫升 台秤 烧杯 200 毫升 实验步骤 1 将硝酸铵在台秤上称出几份 每份 120 克 分别装入小塑料袋 封口携带备用 2 用 10 号铁丝弯成一铁丝支架 以备放置待保鲜致冷的食品 3 使用时先用烧杯盛 100 毫升水 然后将硝酸铵全部 次倒入烧杯中 不要搅拌 4 将上述烧杯放入保温瓶底部 把铁支架架在其上方 最后将饮料 食品等放在 铁架上 盖好保温瓶盖 连续约 5 个小时瓶内可保持在 5 以下 5 使用后硝酸铵水溶液可以再生 方法是将硝酸铵水溶液加热浓缩或在野外敞口 晾晒 使水分蒸发 硝酸铵晶体析出后 可重复使用 说明 也可以使用氯化铵等溶解时强吸热性物质作为制冷剂 实验二 化学实验二 化学 冰袋冰袋 夏季储存食品离不开冰箱 但是如果家中没有冰箱 怎么办 我们可以采取化学方法制造 冰袋 以最简单 廉价 安全的方 背景资料背景资料 背景资料背景资料 法 取得最低 0 的温度 外出旅游 郊游时 想致冷饮料和食品更是方便 还可 应用于其他的简便制冷的场合 这种便携式 冰袋 最适宜制成商品 创造经济价 值 实验目的 掌握某些铵盐溶解于结晶水的吸热反应 制造冰袋 实验原理 几种特殊的铵盐如硝酸铵 氯化铵等 溶于水时具有强烈吸热降温的 性质 它们还可以从与其相接触的晶体盐中夺取结晶水而溶解吸热 利用这种性质 可以通过简单地混合两种盐而制冷 制成化学 冰袋 实验用品 硝酸铵 化肥 NH4N03或 NH4Cl 结晶碳酸纳 Na2CO3 10H2O 聚乙烯薄膜小袋 蒸发皿 铁架台 含铁圈 玻璃棒 酒精灯 药匙 研钵 温度计 电子 托盘 天平 封口机 或锯条与酒精灯 细绳 实验操作 1 称取无水碳酸钠 20 克 加水少许 蒸发结晶得到若干碳酸钠结晶水合物 2 称取 23 克硝酸铵晶体并研细 3 先将制得的碳酸钠晶体装入小塑料袋 底部 压紧后 用细绳系住 活结 塑料袋 将碳酸钠封在袋子下半部 然后将研细的硝酸 铵装在袋子上半部 再用封口机 或灼热锯条 将塑料袋封闭 即成 冰袋 4 使用时 只要将细绳解开 用手使袋内两种固体粉末充分混合 便可以立即产 生低温 袋子最低温度可降至约 0 可用温度计测量温度的变化 将饮料瓶等用化 学冰袋裹住降温 即可凉爽可口 说明 不能使用无水碳酸钠 纯减 粉末 必须是含结晶水的晶体碳酸钠或成块状 纯碱 可以将无水碳酸钠粉末溶于水 然后加热浓缩至晶体析出 自制晶体碳酸钠 ABCD 自我评价 学习态度 ABCD 教师评价 动 手 能 实 验 过 ABCD 自我评价 课堂评价课堂评价 程 ABCD 教师评价 ABCD 自我评价 力 仪 器 整 理 ABCD 教师评价 趣味化学实验四趣味化学实验四 指纹鉴定以及检验加碘食盐中的碘元素指纹鉴定以及检验加碘食盐中的碘元素 我们在侦探小说中 经常看到利用 指纹 来破案的情节 现代的许多国家都是建立了自己的指纹档案库 装入了本国居 民和一些国际犯罪分子的指纹档案 这为通过在现场找到的指 纹找到犯罪嫌疑人提供了一个破案的工具 指纹鉴定的科学基础就在于 指纹人各不同 终身不变 而且只要物体表面有 足够的光滑度 人手接触物体 必然留下指纹 人类很早就认识到指纹 因人而异 的特性 并将它用于个人识别 如文书契约 断案等方面 我国民间又有 一斗穷 二斗富 之类的说法 可见指纹是分成不同类型的 用肉眼观察 指纹就可分 1000 多类 指纹的不同形状是由纹线 乳突线 组成 纹线分叉或中断的地方叫 细节点 特征点 有 100 个左右 细节大致又分 4 种 分叉 结合 起点 终点 它们都因人而异 仅仅机械地计算这一差异 就有 4 的 100 次方 这是一个天文数 字 加上点与点之间的不同关系 说是 人各不同 是毫无问题的 在现代社会 中 指纹鉴定已被保安部门作为鉴定人物身份的有力武器 就在需要高度戒备或保 密的地方也被作为一个人进出的身份证和通行证 我们通常会认为鉴定指纹是专家才能做的事情 其实我们也可以成为这样的专家 相关实验 碘蒸气法 指纹鉴定 实验原理 碘受热时会升华变成碘蒸气 碘蒸气能溶解在手指上 的油脂等分泌物中 并形成棕色指纹印迹 每个人的手指上 总含有油脂 矿物油和水 用手指在纸面上按的时候 指 纹上的油 矿物油和汗水就会留在纸面上 只不过人的眼 睛看不出来 当我们把这隐藏有指印的纸放在盛有碘的试 背景资料背景资料 管口并加热时 碘就开始升华 变成紫红色的蒸气 注意 碘蒸发有毒 不可吸入 由于纸上指印中的油脂 矿物油都是有机溶剂 因此碘蒸气上升到试管口以后就会溶 解在这些油类物质中 于是指纹也就显示出来了 实验用品 试管 橡胶塞 药匙 酒精灯 剪刀 白纸 碘 实验步骤 1 取一张干净 光滑的白纸 剪成长约 4 cm 宽不超过试管直径的纸条 用手指在 纸条上用力摁几个手印 2 用药匙取芝麻粒大的一粒碘 放入试管中 把纸 条悬于试管中 注意摁有手印的一面不要贴在管壁上 塞上橡胶塞 3 把装有碘的试管在酒精灯火焰上方微热一下 待 产生碘蒸气后立即停止加热 观察纸条上的指纹印迹 问题思考 其他方法 原理说明 小提示 硝酸银溶液法 向指纹印上喷硝酸银溶液 指纹印上的氯化钠就会转化成氯化银不溶物 经过日 光照射 氯化银分解出银细粒 就会象照相胶片那样显示棕黑色的指纹 这是刑侦中 常用方法 这种方法可检测出更长时间之前的指纹 原理说明 另外 碘和人的健康有着很大的关系 一个成人的体内大约含有 20 50 毫克的碘 主要集中在人的甲状腺内 人如果缺少了碘 会引起甲状腺的肿大 俗称 大脖子病 在我国 许多地方的食品和水中都缺少这种碘元素 因此在建国后 我们加强了预防 主要是多供应含碘的食物 现在我国使用的食盐中都加入了碘元素 叫做碘盐 这也 是为了预防甲状腺肿大症 此外 多吃海带也可以加强人体对碘的吸收 相关实验 检验含碘食盐成分中的碘 实验原理 含碘食盐中含有碘酸钾 KIO3 除此之外 一般不含有其他氧化性物质 在酸性条 件下 IO3 能将 I 氧化成 I2 I2遇淀粉试液变蓝 而不加碘的食盐则不能发生类似的反 应 实验用品 试管 胶头滴管 含碘食盐溶液 不加碘食盐溶液 KI 溶液 稀硫酸 淀粉试液 实验步骤 1 在 2 支试管中分别加入少量含碘食盐溶液和不加碘食盐溶液 然后各滴入几滴稀 硫酸 再滴入几滴淀粉试液 观察现象 2 在另一试管中加入适量 KI 溶液和几滴稀硫酸 然后再滴入几滴淀粉试液 观察 现象 3 将第 3 支试管中的液体分别倒入前 2 支试管里 混合均匀 观察现象 问题思考 碘的性质 扩展实验 密写信 实验原理 在白纸上用无色试液写字 晾干后看不到字迹 再用能与这种无色试 液作用显示一定颜色的试剂来处理 就能显示出所写的字迹 例如 酚酞遇氨水变红 色 淀粉遇碘变蓝色等 实验步骤 取一张白纸 用酚酞试剂写一封信 晾干后放在 盛有浓氨水的试剂瓶口熏 立即显示出红色字迹 放在 通风处 稍等一会又变成无色 可以反复若干次 用稀淀粉溶液在白纸上写字 干后无字迹 用碘 水 碘和碘化钾的水溶液 涂抹 显出蓝色字迹 放在 火焰上方烘烤 蓝色又褪去 也可以反复若干次 ABCD 自我评价 学习态度 ABCD 教师评价 动 手 能 实 验 过 ABCD 自我评价 课堂评价课堂评价 程 ABCD 教师评价 ABCD 自我评价 力 仪 器 整 理 ABCD 教师评价 趣味化学实验五趣味化学实验五 水下公园水下公园 可溶性硅酸盐如硅酸钠与可溶性重金属盐发生离子反应生 成不溶于水的硅酸盐沉淀 这些不溶性硅酸盐常有特殊的颜色 你看过介绍海底奇异景色的电视吗 静静的海底 灰黑的岩石上生长着五颜六色的 海底植物 长长的像飘带一样的海藻 奇形怪状的海草 还有那美丽的珊瑚时隐时现 许多鱼 虾 螃蟹和其它不知名的海生动物在其中游来游去 好像一座悠静 美丽的 花园 你希望自已能拥有这么一座花园吗 你如果想要的话 使用化学这根 魔杖 我们可以自己建造 座人工的 水中花园 要造一座花园 首先要找一个建的地方 找一只大烧杯 或者一个玻璃瓶 当然 如果你有一只长方形的玻璃水缸 那就更好了 在烧杯底上 或者玻璃缸底 铺一屋洗 净的砂子和白色的小石子 然后在烧杯中加满 20 硅酸钠溶液 硅酸钠又叫水玻璃 它是一种非常普通的化工原料 可以作粘合剂 也可以作填充剂 实验原理 氯化亚钻 硫酸铜 硫酸铁 硫酸亚铁 硫酸锌 硫酸镍等这些小晶体与硅酸钠 发生化学反应 结果生成紫色的硅酸亚钻 蓝色的硅酸铜 红棕色的硅酸铁 淡绿色 的硅酸亚铁 深绿色的硅酸镍 白色的硅酸锌 这些小晶体和硅酸钠的反应 是非常 独特而有趣的化学反应 当把这些小晶体投入到玻璃缸里后 它们的表面立刻生成一 层不溶解于水的硅酸盐薄膜 这层带色的薄膜覆盖在晶体的表面上 然而 这层薄膜 有个非常奇特的脾气 它只允许水分子通过 而把其他物质的分子拒之门外 当水分 子进入这种薄膜之后 小晶体即被水溶解而生成浓度很高的盐溶液于薄膜之中 由此 而产生了很高的压力 使薄膜鼓起直至破裂 膜内带有颜色的盐溶液流了出来 又和 硅酸钠反应 生成新的薄膜 水又向膜内渗透 薄膜又重新鼓起 破裂 如此循环 下去每循环一次 花的枝叶就新长出一段 这样 只需片刻 就形成了枝叶繁茂花盛 开的水下花园了 CuCl2 Na2SiO3 CuSiO3 2NaCl MnCl2 Na2SiO3 MnSiO3 2NaCl CoCl2 Na2SiO3 CoSiO3 2NaCl 2FeCl3 3 Na2SiO3 Fe2 SiO3 3 6NaCl NiSO4 Na2SiO3 NiSiO3 Na2SO4 ZnCl2 Na2SiO3 ZnSiO3 2NaCl CaCl2 Na2SiO3 CaSiO3 2NaCl 背景资料背景资料 实验用品 大烧杯 镊子 硅酸钠溶液 氯化亚钻 硫酸铜 硫酸 铁 硫酸亚铁 硫酸锌 硫酸镍 的晶体 实验步骤 1 先在烧杯中盛大半烧杯无色透 明的硅酸钠水溶液 俗称水玻璃 2 然后投入氯化亚钻 硫酸铜 硫酸铁 硫酸亚铁 硫酸锌 硫酸镍等 几种能溶解于水的有色盐类晶体 不一会儿 就会在烧杯中出现各种 各样的枝条来 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 五光十色的水下花园 即刻展现 出来 你一定会被这美丽的 水中花园 吸引 只见烧杯里已经长满了各种颜色的 植物 硅酸钴像蓝色的海草 硅酸铜像绿色的小树丛 有红棕色的灵芝 硅酸铁 甚至还有硅酸锌 硅酸锰 硅酸钙组成的白色 红色的钟乳石柱 颜色各异 形状逼 真 让你仿佛置身于海底之中 你想长期保存自己的劳动成果 这座美丽的 水中花园 吗 这也不难 你可 以把玻璃滴管或吸虹管轻轻地插入硅酸钠溶液中 将烧杯中的硅酸钠溶液吸出 等硅 酸钠溶液基本上吸完后 再慢慢地沿着烧杯的内壁把清水注入烧杯中 加水时一定要 加倍小心 不要让水把这些 化学植物 的 枝干 折断了 这样 这座人工的 水 中花园 只要不去震动它 就可以长期保存 而里面的植物也不用担心秋冬的到来而 枝叶枯萎了 ABCD 自我评价 学习态度 ABCD 教师评价 动 手 能 实 验 过 ABCD 自我评价 课堂评价课堂评价 程 ABCD 教师评价 ABCD 自我评价 力 仪 器 整 理 ABCD 教师评价 趣味化学实验六趣味化学实验六 豆腐中钙质的检验豆腐中钙质的检验 生活小常识 富含蛋白质的食物多属于酸性食物 蔬菜 水果多属于碱性食物 1 豆腐是人们公认的保健佳品 其在防病保健上的奉献是多方面的 适量地食 用豆腐确实对人体健康大有好处 但是 食豆腐并非多多益善 过量也会危害健康 制作豆腐的大豆 含有一种叫皂角苷的物质 它能预防动脉粥样硬化 但又能促进 人体内碘的排泄 长期过量食豆腐很容易引起碘的缺乏 发生碘缺乏病 豆腐中含有极为丰富的蛋白质 一次食用过多 不仅阻碍人体对铁的吸收 而且 容易引起蛋白质消化不良 出现腹胀 腹泻等不适症状 在正常情况下 人吃进体内 的植物蛋白质 经过代谢变化 最后大部分成为含氮废物 由肾脏排出体外 人到老 年 肾脏排泄废物的能力下降 此时 若不注意饮食 大量食用豆腐 摄入过多的植 物性蛋白质 势必会使体内生成的含氮废物增多 会加重肾脏的负担 使肾功能进一 步衰退 不利于身体健康 2 豆腐最好不要和菠菜一起煮 菠菜营养丰富 有 蔬菜之王 之称 但是菠菜 里含有很多草酸 每 100 克菠菜中约含 300 毫克草酸 豆腐里含有较多的钙质 两者 若同时进入人体 可在人体内发生化学变化 生成不溶性的草酸钙 人体内的结石正 是草酸钙 碳酸钙等难溶性的钙盐沉积而成的 所以最好不要把菠菜和豆腐一起熬着 吃 另外 单独吃菠菜也不宜一次吃得过多 因为菠菜里的草酸能够跟人体内的钙 铁质结合 从而使人体缺乏钙 铁 影响健康 在钙和草酸的比例为 1 2 时 最易形 成结石 若通过食物搭配破坏这个比例 则结石可以防止 例如吃菠菜时搭配着吃些 含钙丰富的芝麻 牛奶或鱼 就可以克服菠菜的这个缺点 实验 检验豆腐中钙质 实验用品 烧杯 漏斗 滤纸 铁架台 带铁圈 pH 试纸 草酸钠 浓硝酸 背景资料背景资料 实验原理 豆腐中的钙质与草酸钠溶液反应便生成不溶于水的草酸钙白色沉淀 Ca2 Na2 COO 2 Ca COO 2 2Na 实验步骤 1 测定豆腐的 pH 值 豆腐的酸碱性试验 取 200 克豆腐放入烧杯中 加入 20 毫升蒸馏水 用玻棒搅拌 并捣碎到不再有块状存在 过滤 注意此操作的规范 性 得到无色澄清的滤液和白色的滤渣 用精密 pH 试纸测试豆腐滤液的酸碱性 一般测得的 pH 值为 6 2 显弱酸性 2 豆腐中钙质的检验 取上述豆腐滤液 2 毫升于试管中 再滴入几滴浓 草酸钠溶液 试管中立即出现明显的白色沉淀 说明 豆腐中含有丰富的钙质 而且能溶于水 不一定与蛋 白质结合在一起 注意事项 1 在制豆腐滤液前 一定要把豆腐捣碎 才能使钙离子溶解到水中 2 由于豆腐中含有较多蛋白质 形成胶体 故过滤较慢 问题思考 1 豆腐的 pH 值是 2 豆腐中钙质的检验的原理 你能想到的其他方法 课后选作家庭小实验 自制豆腐 实验步骤及现象 A 浸泡 大豆加 300 mL 水浸泡 24 小时 若气温较高时 中间可更换一次水 使黄豆充分膨胀 然后倒掉浸泡水 B 研磨 将泡好的大豆放在家用粉碎机内 加入 200 mL 水 进行粉碎 C 制浆 将研磨好的豆浆和豆渣一并倒入放有双层纱布的过滤器中过滤 另取 100 mL 水 分多次冲洗滤饼 充分提取豆渣中的豆