眾所周知,水和火是不相容的。下麵這個實驗,火光偏偏是在“水”裏發生的。

在試管裏盛約5毫升純酒精,把試管斜放著,沿著試管壁慢慢地加入等體積的濃硫酸(不要搖動試管)。這時可以看到管裏的液體分成兩層,比較重的濃硫酸沉在下麵。然後,再往試管裏放入十幾粒高錳酸鉀(注意高錳酸鉀量不可過多,否則反應過於劇烈,管裏的液體會衝出來。另外,管中裝的濃硫酸有腐蝕性,操作時要注意安全,最好把試管放在燒杯或者玻璃瓶中進行,以免硫酸濺出)。這時,在兩層液體的交界處,就會很快地發出閃閃的火花。如果這個實驗在晚上或者黑暗的地方進行,火花更加顯得明亮。

在本實驗中,這種水火交融的現象之所以能發生,主要是因為以下物質:

濃硫酸

濃硫酸是一種無色無味的油狀液體。常用的濃硫酸中H_2SO_4的質量分數為98.3%,其密度為1.84克/厘米3,其物質的量濃度為18.4摩爾/升。硫酸是一種高沸點難揮發的強酸,易溶於水,能以任意比與水混溶。濃硫酸溶解時放出大量的熱,因此濃硫酸稀釋時應該“酸入水,沿器壁,慢慢倒,不斷攪”。若將濃硫酸中繼續通入三氧化硫,則會產生“發煙”現象,這樣濃度超過98.3%的硫酸稱為“發煙硫酸”。

脫水性是濃硫酸的化學特性,物質被濃硫酸脫水的過程是化學變化的過程。反應時,濃硫酸按水分子中氫氧原子數的比(2:1)奪取被脫水物中的氫原子和氧原子。

可被濃硫酸脫水的物質一般為含氫、氧元素的有機物,其中蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質中的有機物,被脫水後生成了黑色的炭(炭化)。

酒精

酒精是一種無色透明、易揮發、易燃燒、不導電的液體。有酒的氣味和刺激的辛辣滋味,微甘。學名是乙醇,分子式C_2H_5OH,因為它的化學分子式中含有羥基,所以叫做乙醇,密度0.7893。凝固點零下117.3℃。沸點78.2℃。能與水、甲醇、乙醚和氯仿等以任何比例混溶。有吸濕性,與水能形成共沸混合物,共沸點78.15℃。乙醇蒸氣與空氣混合能引起爆炸,爆炸極限濃度3.5%~18.0%(W)。酒精在70%(V)時,對於細菌具有強烈的殺傷作用。也可以做防腐劑、溶劑等。處於臨界狀態(243℃、60千克/厘米2)時的乙醇,有極強烈的溶解能力,可實現超臨界萃取。由於它的溶液凝固點下降,因此,一定濃度的酒精溶液,可以做防凍劑和冷媒。酒精可以代替汽油做燃料,是一種可再生能源。

高錳酸鉀

高錳酸鉀亦名“灰錳氧”、“PP粉”,是一種常見的強氧化劑,常溫下為紫黑色片狀晶體,易見光分解:2KMnO_4(s)=K_2MnO_4(s)+MnO_2(s)+O_2(g),故需避光存於陰涼處,嚴禁與易燃物及金屬粉末同放。高錳酸鉀以二氧化錳為原料製取,有廣泛的應用,在工業上用作消毒劑、漂白劑等。在實驗室,高錳酸鉀因其強氧化性和溶液顏色鮮豔而被用於物質的鑒定,酸性高錳酸鉀是氧化還原滴定的重要試劑。

為了更好地讓大家理解這種水火相容的化學現象,下麵給大家介紹液體中火光的實驗。

實驗:電石的“水”下火花

【實驗用品】

玻璃筒,飽和氯水、電石。

【實驗步驟】

在一個大玻璃筒內,裝入約4/5體積的飽和氯水,隨即投入幾顆小電石塊,立即可見玻璃筒內的氯水上下,火花四起。在暗處觀看,更是有趣。

【實驗分析】

(1)電石與水反應產生的乙炔與氯水中的Cl2反應如下:

C_2H_2+Cl_2=2HCl+2C

本實驗的缺點是:氯水用量多,有刺激性臭味,同時反應遊離析出碳塵,汙染環境。整個實驗盡量在1分鍾內完成。

知識點

物質的量濃度

以單位體積溶液裏所含溶質的物質的量來表示溶液組成的物理量,叫做溶質的物質的量濃度。利用化學反應進行定量分析時,用物質的量濃度來表示溶液的組成更為方便。

延伸閱讀

腐蝕性

狹義的腐蝕是指金屬與環境間的物理和化學相互作用,使金屬性能發生變化,導致金屬、環境及其構成係統會受到損傷的現象。腐蝕可分為濕腐蝕和幹腐蝕兩類。濕腐蝕指金屬在有水存在下的腐蝕,幹腐蝕則指在無液態水存在下的幹氣體中的腐蝕。幹腐蝕常見的是高溫氧化。實驗室中常見的腐蝕品有硫酸、硝酸、氫氯酸、氫溴酸、氫碘酸、高氯酸,還有氫氧化鈉等堿性腐蝕品,這些物質都十分危險,在做相關實驗室都必須注意保護措施。