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几个被误读的实验操作

来源:原创 发布时间:2012/11/02 08:04:22 作者:段昌平 点击:

武汉市黄陂一中 邮编 430300 邮箱 duancp_hpyz@163.com

摘要:本文对新教材中八个实验操作的误读进行了剖析,阐述了这些实验操作的基本要领及操作目的,以帮助读者准确理解这些实验操作的所以然。

关键词:实验操作 实验目的 误读

1配制物质的量浓度溶液时为何用玻璃棒引流

有很多资料将配制物质的量浓度溶液时用玻璃棒引流的操作解读为:“防止注液过程中液体飞溅,损失了溶质,导致所配溶液浓度偏低”。这种解读不合乎逻辑:容量瓶颈有那么长,且内径小,就是垂直注入液体时,溅起的液滴都具有一定角度,液滴绝对不可能又垂直地飞溅出来。实验中用玻璃棒引流的操作目的有两个:一是防止倾倒液体过程中参起浪花(产生气泡),一些细小气泡不会马上逸出,待配制完成后静置时,那些细小气泡会聚集逸出,使所配溶液体积变小,导致所配溶液浓度偏高。用玻璃棒引流,液体从容量瓶内壁流下,没有参起浪花(产生气泡),避免了可能产生的误差。实际操作中用玻璃棒引流需要高度集中注意力,一不小心,玻璃棒靠上瓶口,液体会流出瓶口外,造成溶质损失。其二,直接倾倒液体时,溶液很容易撒落在瓶颈刻度线上方的内壁,定容后,内壁上液体慢慢流下来,会给所配溶液浓度带来误差(偏小)。

2在烧杯中配制Fe(OH)3胶体时为何不能用玻璃棒搅拌

在烧杯中配制Fe(OH)3胶体时,若用玻璃棒搅拌会使产生的胶体聚沉。有人认为其原因是:玻璃棒的主要成分是硅酸盐,表面带负电荷的SiO32-中和了Fe(OH)3胶体中胶粒表面所带正电荷,降低了胶体的介稳性,致使胶粒在碰撞时能聚集、长大、下沉。按此逻辑推理,烧杯或试管这些玻璃仪器都不能作为制取Fe(OH)3胶体的反应容器,因玻璃的组成中有硅酸盐存在。在烧杯中配制Fe(OH)3胶体时,不能用玻璃棒搅拌的真正原因是这样的:若用玻璃棒搅拌,会加快胶粒的运动速率,胶粒运动时产生的离心力致使其表面吸附的阳离子脱离胶粒,胶粒所带正电荷量减少。由于搅拌,胶粒运动速率加快,碰撞机会增大,排斥力减小,使胶粒聚集可能性加大,因而产生聚沉,影响了胶体的形成。

3蒸发操作中停止加热的实验特征现象是什么

关于蒸发操作中停止加热的实验特征现象,不同版本的资料有不同的说法,有的说“有少量晶体析出时停止加热”;有的说“只剩下少量水时停止加热”。这两种说法都不准确,若照此操作,均很难达到预期目的。在粗盐提纯的实验中,因NaCl在100℃时的溶解度也只有39.2g,与20℃时(35.9g)相差不大,当蒸发皿中只有少量晶体析出时,事实上还有较多的饱和溶液,撤去酒精灯后蒸发皿靠自身的余热是不可能将饱和溶液中的水完全蒸发的。“只剩下少量水时停止加热” 也不够准确,如果蒸发皿内尚未有晶体析出,水(应该是溶液)虽然只剩下少量(1-2mL),但此时没有必要停止加热,应继续加热,直至析出晶体。当晶体刚刚析出时,蒸发皿中一定还残存着溶液,在此情景下只剩下少量溶液停止加热才可能达到目的。在蒸发实验中究竟何时停止加热?准确的表述应为“待出现较多固体时停止加热”,按此特征现象进行操作就可以达到实验目的。为什么要“待出现较多固体时停止加热”呢?这一操作的目的不仅仅只是少加热1-2分钟节约能源,更重要的是,当直接加热蒸干时,析出晶体受热膨胀而炸裂飞溅。让蒸发皿中剩余一定量残液从某种程度上讲,就是让溶剂在挥发过程中以降低蒸发皿的温度,防止析出晶体受热炸裂而损失。

4萃取只是分离物质过程中的一个步骤

萃取属于分离和提纯物质的范畴,但不能“一步到位”地分离所要得到的物质。有人认为“用萃取的方法可从碘水中获得碘”。事实上完成了这一步操作并没有获得碘,准确地说,用萃取方法只是将碘水中的碘富集在萃取剂中了。如果要获得单质碘,还要继续做实验:静置分液,蒸发回收萃取剂。因此,萃取只是分离物质中的一个步骤,并没有象其它某些实验操作(过滤、蒸发、结晶等)那样“一步到位”达到实验目的。若要从碘水中获得碘,第一步操作是向碘水中加萃取剂(四氯化碳或苯等非极性易挥发溶剂),利用碘在水与萃取剂中溶解度的差异性,使碘富集在萃取剂中,然后静置分液。第二步操作是利用碘与萃取剂的沸点不同,将碘与萃取剂分离并回收萃取剂。但此步操作不能用蒸发皿来蒸发萃取剂将碘结晶析出,因萃取剂挥发到空气中不仅是浪费了资源,更为严重的是萃取剂污染了环境。因此该实验操作应在蒸馏烧瓶中进行,并用冷凝管冷凝其蒸气予以回收。

5配制物质的量浓度溶液过程中的两次摇匀的操作和目的不一样

用容量瓶配制物质的量浓度溶液过程中有两次摇匀,有人认为都是为了使溶液混合均匀。其实,两次摇匀的目的不完全一样,第一次摇匀是在洗涤液全部注入在容量瓶中之后,摇动的方式是:手握瓶颈下部,按顺时针方向较大力度(幅度)地摇动容量瓶,使瓶里分次加入的不同浓度、不同密度的溶液充分混合,目的是让瓶中液体密度一致,避免注入液体密度不同而到定容后自行混合均匀时致使溶液体积减小。若缺少洗涤液注入后摇动容量瓶这一步操作,结果会导致所配溶液浓度偏大。而定容后塞紧瓶塞将容量瓶反复倒转摇匀,此时的目的只是使溶液混合均匀,因此时水和所配溶液密度相差很小,体积变化微乎其微,完全可忽略不计。摇匀后正放时,体积也确实发生了变化(液面在刻度线以下),其原因是容量瓶倒转时,液体附着在瓶颈刻度线上方内壁,尚末流下来。但不能重新加水再定容,否则会导致所配溶液浓度偏小。配制物质的量浓度溶液过程中,两次摇动容量瓶,不仅摇动方式不同,达到的主要目的也不同,只有明确了这一点,才会有意注意这些基本操作,避免错误的出现。

6.萃取液在梨形分液漏斗中为什么要倒转后摇动

萃取过程是在梨形分液漏斗中进行的,该操作教材中的演示图是:“用右手压住分液漏斗口上塞子,左手握住活塞部分,把分液漏斗倒转过来振荡”。有人把这一操作解释为使两种液体充分接触。难道不倒转过来振荡时漏斗中的两种液体就不能充分接触吗?绝对不会!把分液漏斗倒转过来振荡的目的是便于在振荡过程中间断地打开活塞放气,调节分液漏斗里的压强。这是因为加入的萃取剂多易挥发(非极性溶剂),振荡时萃取剂产生的蒸气使漏斗里压强升高,如果不及时、间断打开分液漏斗活塞放出部分气体,减小分液漏斗中蒸气产生的压强,分液漏斗口上的玻璃塞就有可能被冲出去,引发安全事故,甚至使实验失败。

7在Fe(OH)3胶体中通直流电不是为了证明胶体的电泳现象

教材以在Fe(OH)3胶体中通直流电引起两极液体颜色变化的实验为例,是为了证明胶体具有电泳现象吗?不是。该实验是为了证明Fe(OH)3胶体中的分散质Fe(OH)3胶粒带有正电荷。即电泳现象是胶体中带电荷的胶粒在外加电场作用下作定向移动的结果,而不是带电荷的胶粒在外加电场作用下作定向移动的原因。事实上并非所有的胶体都具有电泳现象,如淀粉胶体就不具有电泳现象。是此,以胶体为实验对象的导电性实验,目的是测其分散质胶粒是否带有电荷,带何种电荷,再由伴随的电泳现象得出相应科学结论,或验证相应假设。

8用酒精灯加热铝箔不是使铝继续氧化

新教材中有一个观察用酒精灯加热铝箔的实验,当加热铝箔撤离酒精灯后发现铝箔表面失去了金属光泽,有人认为该变化是铝进一步氧化的结果。给铝箔加热的实验操作,不是验证铝箔在加热时继续氧化,而是证明铝箔表面的氧化膜(Al2O3)熔点很高(2050℃),而铝的熔点较低(660℃),加热时内层铝受热熔化,并兜在氧化膜所形成的“袋”中。事实上铝箔在延展成形时表面就生成了一层致密氧化膜,并一直保护着内层铝不再被氧化。当然,用酒精灯给铝箔加热,内层铝也不会被氧化。由于铝箔表面的氧化膜致密、熔点高、且薄,酒精灯产生的温度不能使该氧化膜熔化,但内层铝可以熔化,由于氧化膜具有一定强度,内层熔化的铝兜在膜内形成了一个“袋”,红热晃动时该变化的现象十分明显。若我们用酒精喷灯加热稍厚的铝片,会观察到铝片熔化后形成一个较大的“袋” ,即铝的氧化膜把熔融铝“包裹着”,液态铝仍没有滴落下来。若用细铁丝刺一小孔,就会有液态铝滴落下来,“袋”变瘪。至于加热铝箔时表面失去金属光泽,是因为铝箔表面氧化膜出现了收缩、起绉,其氧化膜的透明度大幅降低,内层铝的金属光泽被屏蔽所至。