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第9章 化学小实验(3)

6.过1小时后,两个试管中都已收集到一些气体,这时把电池上的导线断开,先把其中一个试管取出来,管口向下,然后点燃一根火柴伸向瓶口,再用同样的方法对另一个试管进行试验。

你将发现,一个试管中的气体能使火柴的火焰更旺、更亮,这就是氧气;另一个试管只是“噗”地发出一个微弱的爆炸声,这个试管里收集到的是氢气。

水是由氧和氢组成的。每个水分子由两个氢原子和一个氧原子组成。电池里产生的电流通过水,使水分解为氢和氧。氧气能助燃,而氢气能自燃,所以用火去试验,就得到上述的结果。往水里加醋,是因为醋可以使水的导电性好些,分解的过程快一点。

烛焰显字

我们知道,呼吸是一种缓慢地燃烧。除此以外,氧气和别的物质慢慢结合则是另一种看不到烟和火的燃烧。要想看到这种变化,做个显字实验就行了。

实验材料和用具:醋、钢笔、蜡烛

实验步骤:

1.把钢笔在醋里面蘸一下,再在一张厚厚的白纸上写上几个字。要多蘸几次,使字的笔划粗重。醋很快就干了,而且不留一点痕迹。

2.点一支蜡烛放在水槽里,因为这样会使实验安全妥当。

3.放好蜡烛以后,就把这张用醋写了字的纸放在烛焰上大约2.5厘米高的地方烘烤,注意要把纸片不停地移动,不能只烤一点,否则纸容易着火。这样过了不久,你就会看到纸片上颜色焦黄的字迹。

其实,这是因为你用醋在纸上写字的地方,醋与纸发生化学变化,形成了一种化合物。这种化合物比纸上没有写字的地方更易燃烧,纸在烛焰上烤的时候,写上字的地方就先被烤焦。用柠檬汁、葡萄汁或者牛奶汁写字,结果也会同醋写的一样。

显现指纹

指纹是每个人的特征,但是你在许多东西上留下的指纹并不会产生什么明显的痕迹。下面介绍一个很简便的显现指纹的实验。

实验材料和用具:凡士林或擦手油

实验步骤:

1.在你的手指上涂一层极薄的凡士林或擦手油(注意,只要轻轻一抹就可以了)。

2.让手指在一张白纸上压一下,你的指纹就会留在这张白纸上。这时,你当然看不出纸上有什么痕迹。

3.在一支干燥的小试管中加入少量碘片,放在酒精灯上加热,即产生紫色的碘蒸气。让刚才那张按过指纹的白纸与碘蒸气接触,就会在白纸上显现出你的指纹。

如果你找不到碘片,也可以用消毒用的碘酒来代替,但是加热的时间要长一些,要等碘酒中的溶剂挥发以后,才能产生碘蒸气使白纸显现指纹。

做完实验以后,你一定会问,指纹是怎样显现出来的呢?原来当你的手指上涂了一薄层凡士林以后,只在指纹的凸出处抹上了油,而在指纹的缝隙中是没有油的。这样,当你的手指压在白纸上以后,纸上一部分吸上了油,而另一部分没有吸油。如果用碘蒸气薰纸,有油的地方是不会吸附碘蒸气的,而没有油的地方则会吸附碘蒸气,于是正好显现出你的手指的指纹。

为了做好这个实验,也要注意两点:

1.手指上抹的油不可太多,只要轻轻地抹一薄层就行,切不可在指纹的缝隙内也抹上油。

2.吸附在纸上的碘蒸气不宜太多,只要能看到出现指纹就可以了。薰的时间太长了,碘的结晶会逐渐长大,反而会把指纹掩盖起来。

化学烟圈

你大概看到过吸烟的人安详地坐在沙发上,嘴里吐出白色的烟圈,一个一个地向上飘去。我们不需要吸损害人体的香烟,也可以做这种游戏,而且可以做得更好。这就是化学烟圈。

找一只马粪纸做的鞋盒,在盒的前侧开一个圆孔,可用打孔器来钻孔,孔的直径大小以5~10毫米为宜。如果自制纸盒,大小以300毫米×150毫米×150毫米为宜,并要注意使纸盒密闭。

打开盒盖,在盒内放两只培养皿(或小烧杯),一只培养皿内加10毫升浓盐酸,一只培养皿内加10毫升浓氨水,盖上盒盖,盒内立即产生浓厚的白烟(NH4Cl)。

这时,你只要轻轻地拍打一下盒盖,一个白色的烟圈就会从圆孔中射出,和真的烟圈几乎没有什么两样。

如果你继续有节奏地拍打盒盖,那么白色的烟圈就会一个接着一个地从圆孔中喷出,并且排着队向前翻滚。如果你能掌握拍打的力量和速度,还可以使后一个烟圈赶上并穿过前一个烟圈。

寻找铜晶体

“铜晶体”这一名词听起来非常陌生,这种实物也很少有人见过,但它的确是存在的。不信,你可以按照以下的方法做一个有趣的实验。

实验材料和用具:硝酸铜溶液、铜丝

实验步骤:

1.先配制两种铜盐的溶液:一种是浓的,25毫升2摩/升硝酸铜溶液;另一种是稀的,25毫升0.2摩/升硝酸铜溶液。在后一种溶液中还要加入2~3滴浓硝酸。

2.取一支试管(容积为70~80毫升),配上一个橡皮塞或软木塞,塞子的中央钻一细孔,孔内插入一根粗铜丝(可用刮掉漆膜的漆包线代替)。铜丝要稍粗一点,太细了在溶液中立不起来。

3.把试管放在试管架上,先倒入25毫升2摩/升硝酸铜溶液,然后沿着试管壁慢慢地再倒入25毫升0.2摩/升硝酸铜溶液。注意,切勿使这两种浓度不同的溶液混合起来。浓的硝酸铜溶液比较重,就在试管的下半部;稀的硝酸铜溶液比较轻,在试管的上半部,我们应该能够清楚地看到它们之间有明显的分界面。

4.小心地把带有塞子的粗铜丝插到试管中。插时,动作要既轻又慢,不要把两种浓度不同的溶液搞混了。

过了几天以后,你会看到铜丝的下端附着光亮的铜晶体。如果晶体不太多,还看不清楚,你也不必焦急,再等上几天,一定会长出美丽的铜晶体。把铜丝从溶液中取出,用水洗净后,再用放大镜观察,晶体的形状就更为清晰可见了。你还可以把它保存起来,供别人欣赏。

制造钟乳石实验

在大自然中有很多奇妙的溶洞,比如桂林的七星岩、南宁的伊林岩、宜兴的善卷洞和北京房山县的云水洞等等,那里到处都是石笋、石钟乳、石花、石幔,它们千姿百态、栩栩如生,使你不得不钦佩大自然的这一杰作。那么这伟大的雕刻家究竟是谁呢?原来,这位手艺高超的石匠就是我们大家最熟悉的、每时每日都离不开的“水”。

地下水中含有比较多的被溶解了的二氧化碳气体,它与岩石中的碳酸钙作用后,变成了碳酸氢钙溶液:

CaCO3+CO2+H2OCa(HCO3)2

当碳酸氢钙溶液从岩石的缝隙中一滴一滴地流出来的时候,由于受的压力减少,溶液中的二氧化碳又会跑出来,使碳酸氢钙分解为碳酸钙。当水蒸发以后,在水的滴落处就会留下碳酸钙的痕迹。这一作用虽然很慢,而且生成的碳酸钙的量可以说是微乎其微的,但是天长日久、日积月累,一根根悬挂在洞顶下的石钟乳和直立在地面上的石笋就应运而生了。

从碳酸氢钙的分解,一直到长成一根石钟乳或一支石笋,其过程是非常非常缓慢的,往往需要经过几百年或更多的时间。我们每个人都不可能见到它们产生的全过程,不过,我们可以按照以下的实验方法来模拟它们的产生过程。

实验材料和用具:带塞的细口塑料瓶、棉线、饱和硫酸镁

实验步骤:

1.取一只细口的塑料瓶(也可以用装眼药水的塑料瓶或玻璃瓶),在它的塞子上钻一个小孔。把几根棉线拧成一股细绳(或者将粗的棉线绳拆成几小股,取其中的一股),然后将棉线穿过塞子上的小孔,使露在塞子外面的棉线长度为0.5厘米左右。

2.在塑料瓶内装上饱和硫酸镁(MgSO4)溶液,将塞子塞严,然后把塑料瓶倒置悬挂,使塑料瓶的瓶口比桌面高出30厘米左右。在瓶口的正下方放一块硬纸板。

3.不久,饱和硫酸镁溶液就会慢慢地从棉线上渗透下来,由于渗透得很慢,随着水的蒸发,棉线的顶端就会有硫酸镁晶体生成,并且缓慢地往下生长。当棉线的尖端逐渐积聚了硫酸镁溶液的液滴时,它就会滴在下面的纸片上,这样纸上的硫酸镁又会往上生长,逐渐长成一支石笋。一天以后,你就可以看到你的劳动成果了:透明的钟乳石形状与溶洞中的一样。虽然它也需要经过一天一夜的时间才能长成,但是比起大自然的雕刻家,速度却要快多了。

如果你准备几个塑料瓶,里面都装好饱和硫酸镁溶液,并分别在其中加一点硝酸铜、硫酸镍、硝酸钴等有颜色的化合物,那么,最后长成的钟乳石还可以带有各种不同的颜色,这样就会变得更有趣了。

变色字画

名贵的油画上的雪地因为氧化失去了以往的鲜明颜色而变得灰蒙蒙的,很不好看,该怎么办呢?聪明的化学家拿来一瓶双氧水,他用棉花蘸上双氧水,轻轻地在油画上擦拭,最后,油画上又出现了茫茫的白雪。这是什么原因呢?从下面的实验中你就可以得到答案。

实验材料和用具:醋酸铅、硫化亚铁、盐酸

实验步骤:

1.把一张吸水性比较好的白纸或滤纸贴在墙上,用毛笔蘸上0.5摩/升醋酸铅溶液,在纸上写上“变色字画”四个大字。

2.在试管中加一小块硫化亚铁(FeS)固体,并加入少量6摩/升盐酸(用粗盐酸就可以了),试管中就产生了硫化氢气体,立即将试管口对准白纸上写过字的地方,纸上就出现了灰黑色的“变色字画”四个大字。这是因为硫化氢气体与醋酸铅作用,生成了灰黑色的硫化铅:

FeS+2HClFeCl2+H2S↑

Pb(CH2COO)2+H2SPbS↓+2CH3COOH

如果实验室有现成的饱和硫化氢溶液,那就不需要再制备硫化氢气体了。只要打开饱和硫化氢溶液的瓶盖,将瓶口对准白纸,也会出现灰黑色的大字。

3.把制备硫化氢气体的试管拿开、洗净(如果用饱和硫化氢溶液,也要把它拿走),使空气中不再存在大量的硫化氢气体。然后用另外一支毛笔蘸上3%~5%过氧化氢溶液(即双氧水),涂在灰黑色的“变色字画”四个大字上。真奇怪,这四个大字立刻从白纸上消失了。原来,这时在白纸上又发生了另外一个化学变化,过氧化氢把灰黑色的硫化铅氧化了,变成了白色的硫酸铅,所以“变色字画”四个大字又不见了:

PbS+4H2O2PbSO4+4H2O

做完这个实验以后,你就知道化学家之所以聪明,原因就在于他有大量的化学知识和实验经验,他知道油画上的白雪,是用铅盐做成的油彩画上去的。日子长了,铅盐和空气中的硫化氢气体化合,就使白色慢慢变成灰黑色了。

也许你会问,空气里哪里来的硫化氢气体?我们知道,煤里含有1%~1.5%的硫,石油产品中也含有硫,甚至动植物腐烂时也会生成硫的化合物,它们都是硫化氢的来源。难怪油画在博物馆里放久了,天天受到硫化氢气体的熏陶,白雪也就变成灰色了。

金属霜花

冬天的清晨,玻璃窗上常常会结上一层美丽的霜花,朝阳透过霜花,使你如同置身在冰雪世界中。如果你在夏天也要领略一下这种美丽的景色,最好做一些人造霜,这些霜是用金属做的,不论春夏秋冬,永不消失。赶快来做这个实验吧!

当然,在开始时,你可以用少量的药品和材料做一个小试验。

实验材料和用具:玻璃片、薄锌片、1%硝酸银溶液

实验步骤:

1.取两小块擦得很干净的玻璃片(其中的一块可以略小一些)。

2.先在较大的玻璃片的中央放一小块薄锌片,在小的玻璃片的边角上滴一滴1%硝酸银溶液。然后轻轻地把两块玻璃片压在一起,这时,硝酸银溶液就会慢慢地在两块玻璃片的中间扩散开来,而与锌片相接触,于是锌置换硝酸银中银离子的反应就开始了。

2AgNO3+Zn2Ag+Zn(NO3)2

由于溶液很稀,又很少,所以置换反应进行得很慢,经过一段比较长的时间后,在玻璃片上长出了银树。由于这种银树的形状是扁平的,就像贴在玻璃片上一样。它在阳光下闪闪发光,跟你在严冬季节看到的玻璃窗上的霜花一模一样。

如果你的小试验很成功,就可以进行放大试验。不过,小试验放大,也像把科研成果搬进大工业生产一样,不一定能够一次成功。可能还得花费不少的时间和精力,但是,请相信,这些精力是决不会白白浪费掉的。

食盐变肥皂

在下面的这个实验中,把食盐(氯化钠)加入肥皂水里,会立刻析出固态肥皂来,就像是食盐变成了肥皂一样。

实验材料和用具:肥皂、食盐、试管

实验步骤:

1.取一支试管,注入2~3毫升清水,放入一块豌豆大的肥皂,用小火加热,使其溶解。

2.冷却后,加入10毫升水,再加少许干燥的食盐,用力振荡。

3.随着食盐的溶解,肥皂液开始变混浊,终于呈凝乳状的白色沉淀物析出来。食盐变成了“肥皂”,浮在透明的液体上面。将肥皂取出后就会发现肥皂更洁净了。

其实,这块肥皂并不是食盐变的,而是溶解在水中的那块肥皂又重新析了出来。这主要是因为食盐的溶解度比钠皂(家用肥皂多为硬脂酸钠盐)溶解度大,溶液中钠离子增多了,钠皂的溶解度就逐渐降低,最后终于从溶液中析出,而食盐却仍然留在溶液中、化学上称此过程为盐析作用。浮在上面的沉淀物叫“核”即纯肥皂。“盐析皂”之名即由此而来。

肥皂的种类很多,普通的肥皂叫钠皂。在钠皂中加入香料和染料就成为家庭用的香皂。

在肥皂生产中,可以用盐析法去掉杂质。用苛性钠水解时,所得的粗制凝结物内含甘油、碱及盐,为了除去这些杂质,就需要加足量的水,将粗制皂煮沸成糊状溶液,再加入食盐将其沉淀,如此重复数次,既可除去杂质,又能回收甘油。

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