用火柴進行的兩個實驗
近來國外的中小學教育工作者,以極大的熱情關注著使用身邊易得的材料進行學生實驗和演示實驗的問題,這樣做不僅可以加深學生對周圍事物的深入理解,提高學習興趣,擴大他們的知識麵,而且也為學生課後自己在家動手和那些設備較差的學校提供實驗條件,同時這樣做也符合我國勤儉節約的時代精神。
目的:了解火柴燃燒後產生的刺激性氣體是SO2以及SO2具有還原性和漂白作用。
準備:火柴、碘酒(50ml)、高錳酸鉀(1g)、餅幹(1小塊)、玻璃杯(同樣大小2個,透明)。
方法:
(1)在1個玻璃杯的底部加入2ml水,滴入2~3滴碘酒,使溶液呈褐色。
(2)將杯、空杯和火柴及盒如下圖示拿好。火柴在擦著的同時立即放入杯中,當火柴頭燒完後取出火柴,把上方的杯子輕輕蓋上,緩慢振蕩杯中的溶液,則會看到顏色變化。如果溶液還未完全褪色,可再進行一次同樣操作。
(3)向褪成無色的液體中再滴幾滴碘酒使呈褐色,用手加入少量捏碎的餅幹屑,輕輕振蕩杯子,可以觀察到顏色逐漸改變。
(4)按(2)的方法再向杯中放入擦著的火柴,顏色又一次改變,振蕩後即成為白色。如果有雙氧水(3%)時加入幾滴後,輕輕振蕩,溶液逐漸變成藍紫和黑色。
注意事項:
(1)本實驗中起重要作用的是SO2,因而火柴擦著後立即放入杯中。其次為了不使生成的SO2外逸,上杯一定要輕輕蓋住,如果上杯進入下杯過深,則會擠出SO2而使實驗失敗。筆者實驗的結果表明,如果將上杯底朝上,倒過來蓋在下杯上更易取得好效果。
(2)也可以使用高錳酸鉀的稀溶液代替方法(1)和(2)中的碘酒,觀察SO2的還原作用。通常,當KMnO4的用量適當時,可以看到兩步變化,即1根火柴可使紫紅色溶液變成黃褐色,再1根火柴能使溶液變成無色。
說明:
(1)火柴的火藥一般是由可燃劑——硫黃;助燃劑——氯酸鉀、重鉻酸鉀、二氧化錳;摩擦劑——玻璃粉以及顏料、膠等所組成。火藥與火柴盒上的發火劑(主要成分是赤磷)通過摩擦而使硫黃燃燒。
(2)硫燃燒產生的SO2溶於水成為具有還原性的亞硫酸:
SO2+H2OH2SO3(3)溶於酒精中的碘可被二氧化硫還原成碘離子而使溶液的褐色消失:
I2+SO2+2H2O2HI+H2SO4餅幹屑的主成分是澱粉,碘與澱粉形成的藍色分子複合物也會隨分子碘的消失而消失。
(4)KMnO4溶液的紫色則按如下反應而消失:
2KMnO4+5H2SO3=K2SO4+2MnSO4+2H2SO4+3H2O無色的碘離子可被雙氧水氧化成碘:
2I-+H2O22HO-+I2(5)用類似的方法可進行SO2對品紅溶液的漂白作用實驗。
(6)可以用AgNO3水溶液檢查KClO3分解產生的氯離子:
2KClO32KCl+3O2碳的還原作用
目的:以火柴杆燃燒後生成的木炭為還原劑,考察碳的還原作用;研究火柴杆燃燒後不易脫落和獲得較多還原產物——銅或鐵的方法,進而了解煉鐵的原理。
方法:
(1)將擦著用過的火柴杆浸至飽和碳酸鈉水溶液中,浸泡一晝夜。
(2)從水溶液中取出,使之充分幹燥。
(3)將杆的頂端沾上少許飽和碳酸鈉水溶液,再用它沾取氧水鐵紅(Fe2O3)或氧化銅(CuO)。
(4)把它放在煤氣燈或酒精燈的火焰中。
(5)將加熱後的氧化鐵紅取出,捏碎、觀察磁鐵對它的作用;如果加熱的是氧化銅,觀察是否有遊離態的銅生成?
注意事項:(1)為了研究火柴杆燃燒後不易脫落和獲得較多還原產物的方法,除用碳酸鈉浸泡火柴杆外,還可以使用易得到的草木灰液或食醋等浸泡。這時可考察它們①還原後得到鐵或銅的量;②杆的耐久情況;③受熱時的狀況;④火焰的顏色,其結果如表1:
表1用火柴杆進行鐵的還原實驗結果浸泡火柴杆的水溶液被還原鐵的量杆的耐久情況受熱時的狀況火焰顏色碳酸鈉最多越濃越耐久10%溶液有煙生成橘紅色草木灰多越濃越耐久不產生煙和氣味橘紅色氫氧化鈉多無影響膨脹橘紅色碳酸氫鈉稍多越濃越耐久迅速燃燒橘紅色鹽酸多越濃越耐久產生氣味難聞的煙橘紅色食醋多越濃越耐久產生氣味難聞的煙橘紅色砂糖少越濃越耐久產生氣味難聞的煙橘紅色氯化鈉少越濃越耐久產生氣味難聞的煙橘紅色硫酸銅少較耐久產生氣味難聞的煙綠色使用硫酸銅時,將有銅與鐵共同析出。
(2)氧化鐵紅亦稱鐵紅或鐵丹,也可用試劑三氧化二鐵(亦稱氧化鐵或紅色氧化鐵),但使用前應當用磁鐵除去其中所含的遊離鐵。
(3)氧化銅可用市售試劑,也可用銅屑或銅粉在蒸發皿中煆燒氧化,這樣得到的氧化銅還原性更為顯著。
說明:
(1)用碳酸鈉水溶液等浸泡火柴杆的目的是為了延長氧化鐵紅等加熱時不從杆上脫落的時間,起還原作用的是火柴杆受熱碳化後的碳。
(2)氧化銅的還原反應可用下式表示(2):