初中教材中用H2和CuO粉末在试管中反应,实验效果很不理想,这是因为H2未能和氧化铜粉末充分接触的缘故,同时还原产物一般为Cu2O,而无金属光泽;有的教师用CuO粉末和少量水混合成糊状,再涂抹到试管底部,烘干后形成黑色的氧化铜膜,再用H2还原等方法,但也不够理想,江苏省盐城市龙冈中学陈玉乔老师作如下改进,时间很短,效果显着。
步骤:
①取一根粗铜丝(从导线中剥取)约3cm,用砂纸擦亮后,在玻璃棒上绕成螺旋状,把它加热直到铜丝表面完全生成黑色的氧化铜为止,冷却备用。
②取一根12cm左右的硬质玻璃管,将上述制备的铜丝放入其中,再按如图8所示的装置连接好(注意直玻璃管一端略向下倾斜,防止有水出现,使玻璃管破裂)。
③实验开始时先开启启普发生器,排走空气后(片刻),用酒精灯预热试管再集中在铜丝下加热,不久在铜丝表面可看到黑色逐渐变成光亮的红色,同时在试管底部还有水冷凝下来。
结束时,先移去酒精灯,再继续通H2至玻璃管冷却。
本法的优点是反应很快完成,现象明显反应后的产物都能看得清楚,铜丝还可以反复使用,避免试管难以洗涤的麻烦,过量的H2可点燃处理。本实验同样适合于CO还原CuO的演示实验。
氢气的燃烧与爆炸实验
氢气的化学性质是初中化学教学的一个重点,如何通过直观教具演示好氢气的燃烧与爆炸实验就显得很重要。通过多次实验,昆明云南师范大学化学系赵光萍、戚丽仙、杞龙昌老师介绍了如下的实验方法,此方法不但能使两个实验一次演示完成且实验现象明显,操作简便安全,便于教师或学生成功、安全的演示。
实验方法
(1)选择1个透明软塑料瓶(容积一般不超过500毫升,如饮料的软塑料瓶),瓶底打一个小孔,在瓶口轻塞一个带铝制尖嘴管的橡胶塞。
(2)首先在启普发生器中用锌粒和3mol/l稀硫酸溶液制取氢气,然后用排水集气法把氢气沿软塑料瓶底部的小孔通入,收集满氢气后拔去气体导气管,将塑料瓶固定在铁架台上,并在铝制管口点燃,氢气即安静燃烧并发出淡蓝色火焰,时间可持续50秒钟,接着塑料瓶内突然火光一闪并发生尖锐安全的爆炸。
实验装置图(略)
实验优点
(1)塑料瓶随处可得,材料简便。
(2)可同时演示氢气的燃烧与爆炸实验,气体是自然混合,演示效果极佳。
(3)用铝制尖嘴管可明显观察到氢气燃烧时的淡蓝色火焰。
(4)操作简便、安全、成功率极高。
沉铜试管的洗涤方法
中学化学演示实验中(做完)氧化铜被还原成铜的实验后,例如H2还原试管上总沉积上一层铜,一般方法又不能洗掉,特别是做完学生实验后,由于较多的试管不能刷净,试管不能再用。余汝霖老师介绍一种简便而普通中学又能做到的洗涤方法。
把沉有铜的试管放在三氯化铁(FeCl3)溶液里煮沸,铜和三氯化铁溶液发生反应,生成能溶于水的氯化铜(CuCl2)和二氯化铁(FeCl2),因此能将铜除去。
Cu+2FeCl3=CuCl2+FeCl2操作方法:在沉有铜的试管中,放人FeCl3溶液(1∶3)加热到沸腾后片刻取出,静置一段时间,放在自来水中用试管刷洗刷,可使试管等器皿洁净。
氢气的燃烧与爆鸣联合实验
在初中化学演示实验中,氢气的燃烧与爆鸣是两个重要的性质实验。在进行氢气的燃烧实验时,火焰颜色由于受钠玻璃、氢气流速及空气流速等因素的影响,往往呈现黄色,与教材所述蓝色不符。按现行课本操作方法进行氢气爆鸣实验时,则常常因纸筒内收集的氢气太纯,点燃时出现未曾爆鸣而纸筒先燃的现象,导致演示实验失败。陕西师范大学化学系詹汉英老师介绍了一种简单易行的操作方法,既可得到满意的实验效果,又可将两个实验一次完成。
实验方法(1)找一个铝制易拉罐,在罐底打一个火柴梗粗细的小孔。
(2)在启普发生器中用锌粒和l∶4的稀硫酸制取氢气,检验纯度,用手指将易拉罐底部小孔按住,用排水集气法收集满氢气,然后将易拉罐倒置于教室稍暗处的地面上,抽去垫在罐口的毛玻璃片,先划着火柴再松开按小孔的手指,从小孔处点燃,氢气即安静燃烧并发出淡蓝色火焰,持续60~90s后,产生响亮的爆鸣声。
方法特点(1)易拉罐简便易得。
(2)氢气的燃烧与爆鸣实验一次完成,省时省力。
(3)氢焰呈明显的淡蓝色,爆鸣成功率高。
注意事项(1)收集氢气时,必须将罐集满即将罐内的空气完全排净,否则一点燃就可能爆鸣,观察不到淡蓝色火焰。最好用排水集气法集气,以便于观察集气程度。
(2)点燃时,先划火柴再松手指,以避免点燃前就有空气进入罐内。
氢氧混合气发生爆炸的实验
现介绍一种氢气、氧气混合爆炸的简便实验方法,天津市海河中学曹庆铎老师介绍具体操作如下:
(1)如图9所示,先装配两套气体发生装置。在两套气体发生器的集气瓶里分别放入锌粒与二氧化锰(半角匙),在盛放锌粒的气体发生器的分液漏斗中倒入6N盐酸,在盛放二氧化锰的气体发生器的分液漏斗中倒入浓度为6%的过氧化氢溶液。
图9(2)取“Y”形管一支,三端均与胶管相连接,连接后的胶管,其中两端与两个气体发生器连接,另一端连接上一根尖嘴玻璃导管。然后将头嘴玻璃导管放入盛有肥皂液的容积为300毫升的烧杯中,并使玻璃导管的尖嘴伸向烧杯的底部。
(3)拧开两个分液漏斗的旋塞,使稀盐酸与6%过氧化氢溶液分别徐徐流下(刚开始反应时液体流速可稍快些),两个气体发生器中便立即有氢气、氧气产生。导出氢气、氧气经“Y”形管后在导管中自然混合,由尖嘴玻璃导管的尖嘴部分导出,气泡便一个个由烧杯底部升起,肥皂液液面上就形成了许多混合气体的肥皂泡。
(4)用燃烧着的木条点燃肥皂泡,即引起肥皂泡的爆炸,发出噼啪的响声。
注意事项:
(1)实验时尖嘴玻璃导管要始终贴近烧杯底部,不要将尖嘴向上悬起,更不能靠近液面。
(2)气体生成后,要通过旋塞适当控制两种溶液的流速,不要使气体发生太快。如果气流太急,为确保实验绝对安全起见,可将尖嘴玻璃导管撤出烧杯,远离火源,然后再点燃肥皂泡。
(3)盛放肥皂液的烧杯不可太小。肥皂液液面不要太低。最好占烧杯容积的4/5或3/4。
氢气还原氧化铜十问
为什么氧化铜要平铺在试管底部?
因为氧化铜平铺在试管底部,可以增大受热面,加快化学反应速度,缩短反应时间。所以氧化铜要均匀地平铺在试管底部。
为什么氧化铜的量不可取得太多?
因为如果氧化铜取量太多,一方面造成浪费,另一方面延长了反应时间,模糊了反应现象。所以氧化铜用量:盖去试管底部即可。
为什么铁夹要夹在试管的1/5-1/4处?
因为可以增大均匀受热部位,减少损坏铁夹表面的塑料或衬布及试管,提高实验的成功率。所以铁夹要夹在试管的l/5一1/4处,即夹在试管的中上部。
为什么试管口要略向下倾斜?
因为本实验有水生成,且反应物的状态为气态和固态,反应条件是加热。如果试管口向上倾斜,那么反应产物之一的水汽在试管口遇冷凝聚成水滴倒流,试管热的部位突然遇冷易破裂。所以本实验,试管口要略向下倾斜。
为什么通氢气的导管要接近试管底部?
因为这样可使试管内的空气尽可能的排净,让氢气与氧化铜充分接触,缩短反应时间、提高实验的成功率,所以通氢气导管必须接近试管底部。
为什么通氢导管要上贴试管内壁?
是为了避免氧化铜粉末堵塞导气管口,影响实验的顺利进行。
为什么要通氢一会儿之后再加热?
因为氢气中如果混有氧气,那么加热时易发生危险,所以必须先通氢一会儿,把试管内的空气排净,才可以加热。
用氢气还原氧化铜加热时为什么要用酒精灯的外焰?
因为酒精灯的外焰部分酒精燃烧最完全,温度最高。用外焰加热可以加快化学反应速度,缩短化学反应时间。所以凡反应需加热的都要用酒精灯的外焰。
为什么加热时要先均匀后固定?
因为玻璃是热的不良导体,局部迅速升温,玻璃制品易破裂。加热时先均匀,后固定可以减少试管的损坏,提高实验的成功率。
用氢气还原氧化铜近结束时为什么要先撤火,冷却后再停止通氢?
因为如果在撤火的同时停止通氢,那么带有余热的金属铜和因试管内的负压而进入的空气中的氧气相遇,会重新变为氧化铜,致使实验失败。所以记住:本实验近结束时该先撤火,至冷却再停氢。