仿真实验室应用实例.docx
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仿真实验室应用实例
应用实例
用《仿真化学实验室》制作课件的一般方法是这样的:
首先搭建实验仪器,把我们需要用到的实验仪器都放置在实验区中;然后给容器中添加化学药品;运行一遍实验后,再编辑容器的属性,调整容器中进行的反应方程式就可以了。
在应用实例中,我们将通过几个典型的例子,增加您对仿真化学实验室的了解,让您更加熟悉它的操作。
实例1:
Cu(OH)2沉淀和Fe(OH)3沉淀
在这个实验中我们在两个烧杯中分别装入CuSO4溶液和FeCl3溶液,在细口瓶中装入NaOH溶液。
运行实验后,我们利用胶头滴管把NaOH溶液分别滴加在这两个烧杯中,就会看到有不同颜色的沉淀生成。
首先从器件箱中创建出两个中烧杯、一个细口瓶和一个胶头滴管。
往一个烧杯中添加100ml,0.1mol/L的CuSO4溶液
用同样的方法往另一个烧杯中添加100ml,0.1mol/L的FeCl3溶液;在细口瓶中添加50ml,0.1mol/LNaOH溶液。
接下来就可以用鼠标点击运行按钮,运行实验了。
运行后,用胶头滴管可以吸取溶液,只要把滴管的管口放在容器的液面下,然后点击滴管旁边的“吸取”按钮就可以了。
同样的,点击“点滴”按钮就可以把滴管中的溶液滴入到其它容器中。
在这个实验中,我们用滴管吸取细口瓶中的NaOH溶液,然后把它分别点滴到CuSO4溶液和FeCl3溶液中。
实例2:
往Ca(OH)2溶液中通入过量的CO2
在这个实验中,我们用CaCO3和稀盐酸反应,把反应生成的CO2通入到Ca(OH)2溶液中。
开始时,Ca(OH)2溶液中有沉淀生成,继续通入CO2后沉淀逐渐消失,溶液又变得澄清了。
我们做这个实验来展现这个过程,并利用仿真化学实验室能结合实验数据的特点,把反应中各物质的量用数值和曲线的方式表现出来。
实验现象与实验数据的结合是仿真化学实验室的一大特点。
首先我们搭建出如图所示的器件组合。
然后我们在容器中添加药品。
在锥形瓶中添加0.5mol的CaCO3(固体)和100ml的H2O(液体)。
在分液漏斗中添加40ml,0.5mol/L的HCl(溶液)。
在集气瓶中添加40ml,0.01mol/L的Ca(OH)2(溶液)。
接下来我们就可以进行反应了。
点击工具栏上的运行按钮
,运行实验。
然后用鼠标点击分液漏斗,在分液漏斗旁就出现了一排按钮,点击“打开”把分液漏斗中的盐酸加入到锥形瓶中。
这样盐酸就和碳酸钙反应了,生成的二氧化碳被通入到澄清的石灰水中,石灰水先变混浊再变澄清。
但是这个反应的速度似乎太快了,我们可以通过修改锥形瓶中的反应速度来调节实验进行的快慢。
首先点击工具栏上的停止按钮
,停止实验。
然后用鼠标右键点击锥形瓶,在弹出的菜单中点击“属性”,弹出锥形瓶的属性对话框。
删除不用考虑的方程式只保留如图所示的方程式,并把它的反应速度设置成0.0002。
并且不要选中“智能处理反应”这一选项。
这时您再运行这个实验,把分液漏斗中的液体加入到圆底烧瓶中,可以看到有气泡生成,Ca(OH)2溶液先变浑浊,再逐渐澄清;而且实验进行的速度也变慢了。
为了更好的表现这个反应,并分析这个反应,我们需要用到实验数据。
首先我们要为容器中的药品定义变量。
例如:
我们想在反应过程中知道集气瓶中CaCO3的量,就要为CaCO3定义变量。
首先弹出集气瓶的属性对话框,现在集气瓶中没有CaCO3(固体),我们要在集气瓶中添加CaCO3(固体),点击“容器中的药品”活页中的“添加”按钮,为集气瓶添加0ml的CaCO3(固体)就可以了。
现在用鼠标点击容器药品列表中的CaCO3(固体)一项,然后点击“定义变量”按钮弹出定义变量对话框。
在此对话框中您可以为CaCO3(固体)的mol量定义变量也可以为它的质量定义变量,我们为CaCO3(固体)的mol量定义变量为“caco3”,然后确定就可以了。
要在实验区中显示出这个变量的值,我们需要用到“文字注释”。
用鼠标点击实验区上方工具栏中的
按钮,再在实验区中点击一下鼠标,就会弹出“注释编辑”对话框。
在此对话框中您可以编辑注释,设置注释的字体。
注释可以是一段说明,可以是方程式也可以用于输出变量的值。
在这里我们输入:
“CaCO3的摩尔量={caco3}”,其中大括号中的部分是变量名。
显示这个注释时会在{}的位置上显示变量CaCO3的值。
这时您再运行实验,就可以实时的看到集气瓶中CaCO3(固体)的量的变化情况了。
用同样的方法,您可以为集气瓶中的Ca(OH)2(溶解)和Ca(HCO3)2(溶解)定义变量。
您可以使用曲线对象绘制变量的曲线图。
用鼠标点击实验区上方工具栏中的
按钮,再在实验区中点击一下鼠标,就可以创建出曲线对象了。
用鼠标右键点击这个曲线对象,在弹出的菜单中点击“属性”,这时会弹出“曲线对象设置”对话框。
按如图所示设置横坐标和纵坐标的比例,在这个实验中我们用横坐标表示时间,纵坐标表示各物质的量。
因为这个实验中物质的量都非常小,所以在设置纵坐标比例时,我们设置成0.0001。
再运行实验,您将看到这样的效果。
实例3:
水的蒸发
仿真化学实验室中,水的沸腾也是通过方程式来实现的,这类方程式我们称之为扩展方程式。
H2O(液体)==H2O(气体)就是水沸腾的扩展方程式。
现在我们就来做一个水沸腾的实验,首先我们从器件箱中创建一个烧杯,在里面添加一定量的H2O(液体),把这个烧杯放在铁架台的铁圈上。
再创建出一个温度计,把它插在烧杯中。
最后再创建出一个酒精灯,把它放在烧杯的下方。
这样就可以运行了。
运行后,把酒精灯点燃,您可以看到温度计指示的温度逐渐升高,在接近100摄氏度时水就沸腾了。
在《仿真化学实验室》的方程式库中有关于水沸腾的扩展方程式,这个方程式的条件为:
温度>98。
实例4:
氢气还原氧化铜
在这个实验中,我们用硫酸和锌反应制取氢气,把生成的氢气通入到灼热的氧化铜中,最后把尾气通入到装有无水硫酸铜的U型管中。
首先搭建出如图所示的实验装置。
然后,给锥形瓶添加100克的Zn(固体),150ml的H2O(液体)和0.5mol的H2SO4(溶解)。
在玻璃管中添加30克的CuO(固体)。
在U型管中添加0.1mol的CuSO4(固体)。
现在就可以点击运行按钮进行反应了。
随着反应的进行,玻璃管中的固体逐渐由黑色的氧化铜变成红色的铜,U型管中的白色无水硫酸铜也逐渐变成了蓝色的五水硫酸铜。
这个反应需要比较多的时间,如果您想比较快的演示整个过程,可以在实验停止后,修改各个中容器中的方程式反应速度,把它们都设置成0.01就可以了。
实例5:
酸碱中和滴定
在这个实验中,我们用三个锥形瓶,每个瓶中都添加150ml的H2O(液体),分别在三个锥形瓶中添加0.001mol的石蕊(指示剂)、0.001mol的酚酞(指示剂)和0.001的甲基橙(指示剂)。
这些指示剂在“添加药品”对话框的“溶质”活页中。
再从器件箱中创建出一个酸式滴定管,在其中添加0.01mol/L的HCl(溶液)50ml;创建出一个碱式滴定管,在其中添加0.01mol/L的NaOH(溶液)50ml。
因为指示剂的颜色是根据溶液中H+(离子)的浓度变化而变化的,所以在容器中,我们需要考虑HCl(溶解)电离和NaOH(溶解)电离的离子方程式,还要考虑H2O(液体)微弱电离的离子方程式。
以其中一个锥形瓶为例,打开它的属性窗体,为了便于搜索到HCl电离和NaOH电离的化学方程式,我们再给这个容器添加0mol的HCl(溶解)和NaOH(溶解)。
在“容器中的反应”活页中点击“自动搜索”按钮,弹出“搜索方程式”对话框,选中“考虑离子反应”一项,然后点击“搜索”按钮。
这样可以搜索到以下这些方程式。
删除如图所示的方程式,只保留HCl电离、NaOH电离和H2O电离的离子方程式。
其中H2O的电离是一个可逆反应,它的默认平衡度是H2O在20摄氏度时的电离平衡度。
另外H2O电离的方程式要放在方程式列表的最后,用鼠标按住列表左侧方程式的序号不放,上下移动鼠标可以改变方程式在列表中的位置。
注意不要选中“智能处理反应”这个选项。
最后点击“确定”按钮。
用同样的方法,为其它两个锥形瓶也制定这样的反应。
现在就可以运行实验了。
运行后请您把滴定管中液体慢慢的点滴到锥形瓶中,您会发现指示剂的颜色发生了变化。
更进一步,我们还可以用注释动态的表示出溶液的PH值。
首先点击停止按钮,停止运行中的实验。
溶液的PH值是溶液中H+(离子)摩尔浓度的负对数,所以我们要先计算出溶液中H+(离子)的浓度。
以其中一个锥形瓶为例,我们弹出它的属性对话框,为容器中H2O(液体)的质量定义变量为a1;为H+(离子)的摩尔量定义变量为b1。
确定对容器属性的修改后,再从主菜单中点击[程序]——[变量编辑器],弹出“变量编辑器”对话筐。
我们需要自定义一个变量:
ph1,来表示这个容器中溶液的PH值。
按如下图所示,输入变量名:
ph1,设置初始值:
7,然后点击添加按钮就可以完成变量的添加了。
添加完成后,点击“关闭”按钮,关闭变量编辑器。
再从主菜单中点击[程序]——[程序编辑器],弹出“程序编辑器”对话框。
在此对话框中,我们输入以下程序。
然后点击“确定”按钮。
最后,创建一个注释对象,用它来动态的表示变量ph1的值。
再运行实验,往锥形瓶中滴加酸或碱时,您就可以看到锥形瓶中溶液PH值的变化了。
实例6:
一道化学习题
《仿真化学实验室》能够很好的辅助化学习题的讲解,是因为它不但制作课件十分简单、方便,而且更能紧密的结合化学学科的特点。
这里我们用一个例子来说明这个问题。
有一道化学题:
用相同质量的锌和铁分别与足量的稀盐酸反应。
纵坐标表示生成氢气的质量,横坐标表示反应时间,请绘制大致的坐标曲线,并解释其原因。
制作这个课件比较简单,但要注意几个问题:
1.在添加Fe(固体)和Zn(固体)时,按质量添加,并添加相同的质量。
2.添加药品时,要使盐酸过量。
3.运行一遍后,需要调整容器中的反应速度,要设置锌与盐酸的反应速度快于铁与盐酸的反应速度。
例如:
设置锌与盐酸的反应速度为0.01;铁与盐酸的反应速度为0.007。
4.因为容器中生成的氢气会释放到空气中,所以不能准确的度量出生成氢气的量。
我们分别为FeCl2(溶解)和ZnCl2(溶解)的摩尔量定义变量来代替氢气生成的量,并用曲线对象关联这些变量。
总结
通过以上的这些实例,我们已经可以清晰的了解《仿真化学实验室》制作课件或实验的一般过程。
制作的过程一般是这样的:
首先搭建实验仪器,把我们需要用到的实验仪器都放置在实验区中;然后给容器中添加化学药品;运行一遍实验后,再编辑容器的属性,调整容器中进行的反应方程式就可以了。
我们还可以使