中学化学实验研究.docx

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中学化学实验研究

中学化学实验研究

编写人：

华中师范大学化学学院邓阳

2011年2月

目录

实验一影响化学反应速率与化学平衡的因素1

实验二氧气的制备和性质实验3

实验三氢气的制备和性质实验4

实验四钠的性质5

实验五原电池、金属的电化学腐蚀6

实验六维生素C的性质7

实验七常见有机化合物的性质8

实验八部分教科书演示实验的改进10

实验一影响化学反应速率与化学平衡的因素

实验目的：

1、熟练掌握粗略配制溶液的基本方法；

2、初步了解用实验引导基本概念讲课的基本技能；

3、探究温度、催化剂对化学反应速率的影响，浓度对化学平衡的影响；

4、熟练掌握滴管实验、对比实验操作技能；

5、学会针对教科书实验设计的不足进行实验改进。

实验原理：

1、Na2S2O3+H2SO4=Na2SO4+S↓+SO2↑+H2O（温度越高，化学反应速率越高）；

2、H2O2H2O+O2↑（加入二氧化锰作为催化剂，化学反应速率升高）；

3、FeCl3+3KSCN

Fe（SCN）3+3KCl【增加反应物的浓度（或减少生成物浓度），平衡正向移动；增加生成物的浓度（或减少反应物的浓度），平衡逆向移动】。

仪器：

每组：

10mL量筒、100mL烧杯、500mL烧杯、小试管、酒精灯、三脚架、石棉网、药匙、秒表、玻璃棒、胶头滴管、试管架

公共：

500mL烧杯、天平、标签、研钵、记号笔、透明宽胶带

药品：

硫代硫酸钠、浓硫酸、30%双氧水、三氯化铁、硫氰酸钾、维C片剂、木条、医用酒精

实验步骤：

1、利用硫代硫酸钠和稀硫酸的反应验证温度对化学反应速率的影响

（1）在两支小烧杯中分别配制100mL0.1mol/LNa2S2O3溶液和100mL0.1mol/LH2SO4溶液。

（2）取两支试管，标号为A、B，并分别加入1mL0.1mol/LNa2S2O3溶液。

将A试管置于热水浴中，一段时间后，向两支试管中同时加入1mL0.1mol/LH2SO4，观察沉淀产生的快慢。

（3）取两支锥形瓶，标号为A、B。

先在两支锥形瓶底部贴上一张画有“十”字的纸片，分别加入10mL0.1mol/LNa2S2O3溶液。

将锥形瓶A置于热水浴中，一段时间后，向两支锥形瓶中同时加入10mL0.1mol/LH2SO4，计时。

从锥形瓶口观察并记录两支锥形瓶底部“十”字消失的时间。

2、利用二氧化锰催化分解双氧水的反应验证催化剂对化学反应速率的影响

取一支试管，加入1mL30%的H2O2和2mL蒸馏水。

取一根带火星的木条置于试管口，观察其是否复燃。

若不复燃，向其中加入少许二氧化锰固体，再将带火星的木条置于试管口，观察其是否复燃。

3、利用氯化铁和硫氰酸钾的反应验证浓度对化学平衡的影响

（1）配制溶液：

体积均为500mL的0.005mol/LFeCl3溶液、0.01mol/LFeCl3溶液、0.015mol/LFeCl3溶液、0.5mol/LFeCl3溶液、0.005mol/LKSCN溶液、0.01mol/LKSCN溶液、0.015mol/LKSCN溶液、0.5mol/LKSCN溶液。

（2）（教科书实验）在一个小烧杯里混合10mL0.01mol/LFeCl3溶液和10mL0.01mol/LKSCN（硫氰化钾）溶液，溶液立即变成红色。

把该红色溶液平均分入三支试管中。

在第一支试管中加入少量0.5mol/LFeCl3溶液，在第二支试管中加入少量0.5mol/LKSCN溶液。

观察这两支试管中溶液颜色的变化，并与第三支试管中溶液的颜色相比较。

（3）思考：

教科书中的实验存在哪些不足之处？

（4）（改进实验）

①取10ml0.005mol/LFeCl3和10ml0.005mol/LKSCN溶液在小烧杯混合，将溶液分成三份，第一支试管加少量0.5mol/LKSCN。

第二支试管加少量0.5mol/LFeCl3，与第三支试管比较，观察实验现象。

②取0.01mol/LFeCl3与0.01mol/LKSCN溶液各10ml，步骤同①。

③用0.015mol/LFeCl3与0.015mol/Lmol/LKSCN溶液各10ml，步骤同①。

④取3ml0.01mol/LFeCl3和3ml0.01mol/LKSCN溶液在小试管内混合，用药匙取少量维生素C片粉末于小试管中，振荡，观察实验现象。

实验作业：

完成实验报告。

思考题：

1、设计并实施对比实验时，应该注意哪些问题？

2、请设计一个实验方案，帮助学生认识固体物质的表面积对化学反应速率的影响。

要求包括实验目的、实验原理、实验仪器和药品、实验方案设计。

实验二氧气的制备和性质实验

实验目的：

1、掌握实验室制取、收集氧气和氧气性质实验的操作技术关键；

2、掌握本实验的演示教学方法和技能；

3、学会探索用二氧化锰催化分解氯酸钾制备氧气的最佳原料配比的方法。

实验原理

1、氧气的制备方案：

（1）2KClO3

2KCl+3O2↑

（2）2KMnO4

K2MnO4+MnO2+O2↑

（3）2H2O2

2H2O+O2↑（本实验未选用）

2、氧气的相关性质：

（1）助燃性：

能使带火星的木条复燃

（2）与木炭反应：

C+O2

CO2

（3）与硫粉反应：

S+O2

SO2（4）与铁反应：

3Fe+2O2

Fe3O4

仪器：

每组：

硬质试管、单孔塞（带导气管）、酒精灯、木块、铁架台（带铁夹）、橡皮管、集气瓶、水槽、坩埚钳、玻璃片、药匙、燃烧匙、镊子、粗砂纸、细砂纸、火柴、秒表、蒸发皿

共用：

小锉刀、砂轮

药品：

高锰酸钾、氯酸钾、块状木炭、硫磺、细铁丝、澄清石灰水、二氧化锰、脱脂棉、木条、干沙、医用酒精

实验步骤：

1、利用加热分解高锰酸钾制备氧气（具体步骤参看教材100页）

（1）检查装置的气密性。

（2）搭好仪器。

（3）称取药品并装药品。

（4）开始反应并收集氧气（4瓶），其中三瓶用排水法收集，一瓶用排空气法收集。

（5）检验氧气是否已经收集满。

2、氧气的性质实验（具体步骤参看教材102页）

（1）木炭在氧气中燃烧。

（2）硫在氧气中燃烧。

（3）铁丝在氧气中燃烧。

3、探索用二氧化锰催化分解氯酸钾制备氧气的最佳原料配比

（1）每组称取5g氯酸钾固体于蒸发皿中。

（2）每组分别称取蛮0.5g、1g、1.5g、2g、2.5g、3g、3.5g、4g、4.5g、5g二氧化锰固体于上述蒸发皿中，将两种药品混合好（绝对不能研磨），再加入硬质试管中。

（3）按1中所示步骤制备氧气，并记录从加热到产生第一个气泡所需要的时间和收集满一瓶氧气所需要的时间。

（4）全班交流，确定用二氧化锰催化分解氯酸钾制备氧气的最佳原料配比。

实验作业：

1、完成实验报告。

2、设计实验教案：

（1）药品的取用（固体药品和液体药品）

（2）酒精灯的使用、（3）加热。

思考题

1、铁丝在氧气中燃烧为什么会火星四射？

2、试分析氧气的制备和性质实验的教学论功能。

实验三氢气的制备和性质实验

实验目的：

1、掌握启普发生器的原理和构造以及氢气制备的基本原理和方法；

2、掌握“氢气还原气化铜”的实验方法；

3、掌握“爆鸣气”的概念；

4、掌握氢气验纯方法。

实验原理

1、氢气的制备方案：

Zn+H2SO4=ZnSO4+H2↑；

2、氢气的相关性质：

（1）物理性质：

无色、无味，密度最小的气体；

（2）可燃性：

2H2+O2

2H2O（氢气在空气中的爆炸极限范围：

4%~74.2%）；

（3）氢气还原氧化铜：

H2+CuO

Cu+H2O。

仪器：

每组：

启普发生器、500mL大烧杯、100mL量筒、玻璃棒、凡士林、小试管、酒精灯、火柴、木块、纸杯、止水夹、直导气管、60°导气管、橡胶管、蒸发皿、尖嘴导管、100mL烧杯、大试管、铁架台（带铁夹）、水槽、剪刀

共用：

脱脂棉

药品：

锌粒、浓硫酸、氧化铜、洗洁精、甘油、医用酒精

实验步骤：

1、配制稀硫酸400mL（V（H2O）：

V（H2SO4）=3：

1，注意操作！

）

2、用启普发生器制氢气：

检漏、装药品、制备氢气（参看教材117页）

3、氢气的性质实验

（1）氢气导管蘸些洗涤剂水，控制氢气流速，吹出肥皂泡。

当肥皂泡吹到足够大时，轻轻摆动导管，让肥皂泡脱离管口，观察现象。

（2）用排水法收集一试管氢气，用拇指堵住，移近火焰，移开拇指点火。

如果听到尖锐的爆鸣声，就表明氢气不纯，需要再收集，再检验，直到响声很小，才表明氢气已纯净。

如果用向下排空气法收集氢气，经检验不纯而需要再检验时，应该用拇指堵住试管口一会儿，然后再收集氢气检验纯度。

（为什么？

）

（3）取一个纸杯，底部钻一小孔并用纸团堵住。

用向下排空气法收集氢气，使纸杯内充满氢气。

拿掉堵小孔的纸团，用燃着的木条在小孔处点火，观察现象。

（4）换上尖嘴导管，并在尖嘴导管口点燃纯争的氢气，观察火焰的颜色。

然后在火焰上方罩一个冷而干燥的烧杯，过一会儿，观察烧杯壁上有什么现象发生。

（5）在干燥的硬质试管底部铺一层黑色的氧化铜，管口微向下倾斜。

通入氢气，过一会儿再给氧化铜加热。

注意观察黑色的氧化铜有什么变化，管口有什么生成。

反应完成后停止加热，还要继续通入氢气，直到试管冷却。

（为什么？

）

实验作业：

完成实验报告。

思考题

1、设计一个实验，粗略探索氢气在空气中的爆炸极限范围。

2、查阅资料，收集若干随开随停制备氢气的装置，并阐述其原理。

（每人至少三个）

实验四钠的性质

实验目的：

1、探索钠的性质实验教学方法，分析教科书实验的不足之处；

2、提高引导学生进行全面，有序观察的教学能力。

实验原理

1、通过切割钠块及钠与水的反应总结钠的物理性质。

2、钠的化学性质：

4Na+O2=2Na2O2Na+O2

Na2O2

2Na+2H2O=2NaOH+H2↑2Na+CuSO4+2H2O=Cu（OH）2+Na2SO4+H2↑

仪器：

每组：

小刀、镊子、滤纸、玻璃片、瓷坩埚、三脚架、酒精灯、泥三角、锡纸、小试管、水槽、100mL烧杯、500mL烧杯、大头针、破试管、坩埚钳、乐百氏矿泉水瓶

共用：

剪刀

药品：

钠、酚酞、硫酸铜、液体石蜡、食用油

实验步骤：

1、钠与氧气的反应

（1）用小刀切开钠的表面所发生的变化。

（2）把一小块钠（绿豆粒大）放在坩埚里加热，观察发生的现象。

（教科书实验）

（3）把一小块钠（绿豆粒大）放在破试管里加热，观察发生的现象。

2、钠与水的反应

（1）向一个盛有水的小烧杯里滴入几滴酚酞试液，然后把一小块钠（绿豆粒大）投入500mL烧杯中。

观察反应的现象和溶液颜色的变化。

（2）另切一小块钠（绿豆粒大），用锡纸（事先用大头针刺一些小孔）包好，再用镊子夹住，放在盛有水的烧杯底部，并利用排水法收集一小试管气体。

收集满后，把试管口向下移近点燃的酒精灯，观察现象。

（3）取一乐百氏矿泉水瓶。

在瓶盖扎入一枚大头针，同时在大头针上扎入用带孔锡纸包好一小块钠（绿豆粒大）。

向乐百氏矿泉水瓶中注满自来水后将其挤瘪，盖上瓶盖，观察现象。

之后取下大头针，将矿泉水瓶对准酒精灯火焰并挤压，观察现象。

（注意不要对着人做此实验）

（4）取两个100mL烧杯，向其中分别加入20mL液体石蜡和食用油，再加入20mL水。

将两小块钠（绿豆粒大）投入烧杯，观察实验现象并解释。

3、钠与硫酸铜溶液的反应

（1）在3只100mL烧杯中配制浓度分别为1%﹑5%﹑15%硫酸铜溶液各20ml。

（2）向三个烧杯中分别加入加入绿豆粒大的金属钠，观察现象。

实验作业：

1、完成实验报告。

2、设计实验教案：

（1）过滤

（2）蒸发。

思考题

1、试分析钠在不同浓度硫酸铜溶液中产生不同现象的原因。

2、结合人教版新教材简要分析钠的性质教学的地位和作用。

实验五原电池、金属的电化学腐蚀

实验目的：

1、通过制作原电池，进一步加深对原电池工作原理和构成条件的理解；

2、进一步认识金属的电化学腐蚀（吸氧腐蚀），探索实验成败的因素；

3、理解原电池的实验教学功能并学会进行原电池教学设计。

实验原理

利用自发的氧化还原反应可以设计成原电池。

在原电池中，负极发生氧化反应，正极发生还原反应。

金属表面与周围的物质发生化学反应或因电化学作用而遭到破坏，称为金属的腐蚀，包括化学腐蚀和电化学腐蚀两种。

其中，电化学腐蚀包括吸氧腐蚀和析氢腐蚀，都涉及电化学原理，腐蚀过程有电流产生。

仪器：

每组：

灵敏电流计、250mL烧杯、铜芯导线、鳄鱼夹、具支试管（带胶塞）、90°导气管、锉刀、橡皮管、粗砂纸、细砂纸、剪刀

药品和原料：

锌片、铁片、铜片、碳棒、品红、浓硫酸、硫酸锌、硫酸铜、食醋、普通葡萄酒、西红柿、铁钉

实验步骤：

1、几种原电池的制作及性能比较

（1）裁剪锌片、铁片、铜片，要求每小组制作长约15cm，宽约5cm的锌片、铁片、铜片各两片（注意要用砂纸打磨）。

（2）在250mL烧杯中倒入一些食醋，插入铜片和铁片，再分别接上灵敏电流计的正、负极，记录电流读数。

换成葡萄酒，再进行实验。

（3）配制1mol/L的稀硫酸。

按照下表制作成原电池，并记录电流读数，比较不同原电池的性能。

电极

锌+铜

锌+铁

铁+铜

锌+碳棒

铁+碳棒

铜+碳棒

电流读数

（4）在两个西红柿上插入锌片和铜片，并将二者串联起来，分别接上灵敏电流计的正、负极，记录电流读数。

（5）如下图所示装置完成实验，记录电流表读数，并与实验（3）中的第一组数据相比较。

2、金属的电化学腐蚀实验研究

如教材226页图3-13所示制作实验装置，并实施实验，观察实验现象。

实验作业：

完成实验报告。

思考题

1、原电池是否必须要有自发的氧化还原反应？

如果是，请说明理由；如果不是，请举出反例并说明其工作原理。

2、试分析“金属的电化学腐蚀实验”的成败关键。

实验六维生素C的性质

实验目的：

1、了解维生素的一些重要性质；

2、理解测定维生素的原理和方法；

3、初步了解中学化学课外活动实验的设计方法。

实验原理

维生素的结构：

，其中—C（OH）=C（OH）—结构可以发生烯醇式互变，使得维生素C具有酸性和还原性。

仪器：

每组：

小试管、研钵、酒精灯、玻璃棒、玻璃片、普通漏斗、铁架台（带铁圈）、滤纸、小烧杯、细纱布、小刀、10mL量筒

共用：

榨汁机

药品和原料：

西红柿、柠檬、小白菜、猕猴桃、维生素C片、碘一淀粉溶液5%FeCl3溶液，0.1%KSCN溶液、pH试纸

实验步骤：

1、维生素的酸碱性测定

100mg维生素C片研磨后溶解于装有5ml蒸馏水的试管中，用pH试纸测量溶液的PH值。

2、维生素C的还原性

1、取一支试管，加入5ml蒸馏水，在蒸馏水中溶解100mg研磨好的维生素C片，滴加5%FeCl3溶液3滴，振荡，再滴加0.1%KSCN溶液1滴，观察现象。

2、取一支试管，加入5ml蒸馏水，在蒸馏水中滴加5%FeCl3溶液3滴。

振荡，再滴加0.1%KSCN溶液1滴，观察现象。

3、取一支试管，加入5ml蒸馏水，在蒸馏水中溶解100mg维生素片，滴加碘一淀粉溶液若干滴，振荡，观察现象。

3、维生素C的热稳定性

取一支试管，加入5ml蒸馏水，在蒸馏水中溶解100mg维生素片，用酒精灯加热至沸腾，再加热4分钟，滴加一碘粉溶液，观察现象。

4、蔬菜中维生素含量的测定

取两种水果或两种蔬菜各10g，榨汁，用细纱布过滤后，用100mg蒸馏水稀释滤液，再用滤纸过滤，取两支试管，分别只取一种溶液5ml，用碘一淀粉溶液滴加，估算那种水果或那种蔬菜中维生素C含量高。

实验作业：

1、完成实验报告。

2、设计实验教案：

（1）分液漏斗的使用

（2）容量瓶的使用（3）一定物质的量浓度溶液的配制。

思考题

1、如何保存维生素C片剂？

2、中学化学课外活动实验在中学化学课程中有何作用？

实验七常见有机化合物的性质

实验目的：

1、掌握乙醇、苯酚、葡萄糖、乙酸的主要化学性质的实验操作技能和技术关键；

2、初步掌握典型的有机化合物性质实验的演示教学方法。

实验原理

1、乙醇的部分化学性质：

2CH3CH2OH+2Na→2CH3CH2ONa+H2↑；

2CH3CH2OH+7O24CO2↑+6H2O；

2CH3CH2OH+O2

2CH3CHO+2H2O。

2、苯酚的部分化学性质：

C6H5OH+NaOH→C6H5ONa+H2O；

C6H5ONa+HCl→C6H5OH+NaCl；

C6H5ONa+CO2+H2O→C6H5OH+NaHCO3；

；

6C6H5OH+FeCl3→[Fe（OC6H5）6]3-+6H++3Cl-。

3、葡萄糖的银镜反应：

HOCH2（CHOH）4CHO+2Ag（NH3）2OH

HOCH2（CHOH）4COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O

4、乙酸的酯化反应：

CH3COOH+CH3CH2OH

CH3COOCH2CH3+H2O

仪器：

每组：

小试管、大试管、小刀、镊子、滤纸、玻璃片、玻璃棒、细铜丝、酒精灯、洗瓶、铁架台（带铁夹）、单孔塞、导气管、橡胶管、秒表、250mL烧杯、10mL量筒

药品和原料：

无水乙醇、无水乙酸、钠、pH试纸、氯化铁溶液、氨水（2%）、酚酞、葡萄糖、苯酚、氢氧化钠（30%）、稀盐酸、饱和溴水、硝酸银（2%）、饱和碳酸钠、浓硫酸

实验步骤：

1、乙醇的性质

（1）在大试管中加入5mL无水乙醇，再加入一块新切开并立即用滤纸擦干的绿豆粒大的金属钠，观察现象。

（2）用玻璃棒蘸取2滴

（1）中反应后的溶液滴在玻璃片上晾干，观察玻璃片上的残留物。

（3）向

（1）中试管中加入10滴蒸馏水，用pH试纸检验其酸碱性。

（4）在小试管中加入5mL无水乙醇，取一根光洁的铜丝，下端绕成螺旋状，放在酒精灯的外焰上加热，使铜丝表面有一薄层黑色的氧化铜生成，立即把它插入盛有乙醇的试管里，反复操作几次，小心闻生成物的气味，并观察铜丝表面的变化。

2、苯酚的性质（参考教材142页相关内容，其中，向试管中通入二氧化碳的步骤改用吹气法）

3、葡萄糖的银镜反应

在洁净的试管（用热的氢氧化钠溶液清洗）中加入2mL2%的硝酸银溶液，然后一边摇动试管一边加入2%的稀氨水，直到产生的沉淀刚好溶解为止。

再向试管中加入约5滴葡萄糖溶液，振荡后，把试管放在60~70℃的热水浴中，静置不动，观察试管内壁的变化。

（实验完毕后，要将试管内的银氨溶液及时处理。

先加入少量盐酸，倒去混合液后，再用少量稀硝酸洗去银镜，用水冲洗）

4、乙酸的酯化反应

（1）在试管里先加入3mL乙醇，然后边振荡边慢慢加入2mL浓硫酸和2mL乙酸，按下图所示搭好装置，用酒精灯小心均匀地加热试管，并开始计时。

产生的气体经导管通到饱和碳酸钠溶液（事先滴入2滴酚酞）的液面上，2分钟后停止加热，取下小试管，观察现象。

（2）将

（1）中的浓硫酸换成稀硫酸完成上述实验，比较

（1）和

（2）中小试管中油状液体的量的多少。

实验作业：

完成实验报告。

思考题

1、乙酸乙酯的制备实验中采取了哪些措施加快反应速率，并且促进了乙酸乙酯的生成？

2、上网搜索一道关于乙醇催化氧化的实验题目，并简要分析该题的特点。

实验八部分教科书演示实验的改进

实验目的：

1、掌握一些元素化合物性质实验的成功关键；

2、学会分析教科书实验的不足之处，并能够进行实验改进；

3、进一步练习实验演示技能。

实验原理

1、硫和铁单质发生反应，生成硫化亚铁：

S+Fe

FeS。

2、二氧化碳的密度大于空气，且不能支持燃。

3、木炭可以还原氧化铜：

C+2CuO

2Cu+CO2。

4、浓硫酸具有脱水性、氧化性，例如黑面包实验、C+H2SO4

CO2↑+SO2↑+H2O。

仪器：

每组：

研钵、石棉网、玻璃棒、酒精灯、普通磁铁、启普发生器、集气瓶、玻璃片、250mL烧杯、蜡烛、长颈漏斗、具支试管（带橡胶塞）、90°导气管、小试管、硬质试管、火柴、铁架台（带铁夹）、卫生纸、止水夹

药品和原料：

硫磺、铁粉、白砂糖、浓硫酸、浓盐酸、活性炭粉、氧化铜、块状大理石、品红、澄清石灰水

实验步骤：

1、硫和铁的反应实验（参见教材85页“1.硫和铁的反应实验”中的方法一）

2、二氧化碳比空气重、不支持燃烧实验（参见教材86页“3.二氧化碳比空气重、不支持燃烧实验”）

3、黑面包实验

（1）完成教材86页“2.浓硫酸的脱水性实验”。

（2）按照图1搭好装置，并进行实验。

（蔗糖取1g，浓硫酸取约1mL）

4、木炭还原氧化铜实验

（1）在硬质试管中加入2g活性炭粉和2g氧化铜粉末，按图2所示搭好装置，用酒精灯加热一段时间，观察现象。

（2）用少量干燥的卫生纸包裹2g氧化铜粉末，装入硬质试管底部，按图2所示搭好装置，用酒精灯加热一段时间，观察现象。

图1图2

实验作业：

1、完成实验报告。

2、设计实验教案：

（1）滴定管的使用

（2）酸碱中和滴定。

思考题

1、图1所示的实验中，如何改进以验证反应体系有水和二氧化碳生成？

2、当用一个透明的大玻璃杯倒扣住高低两根燃着的蜡烛时那只先熄灭？

为什么？

3、试分析微型化学实验的优点和弊端。