校本课程高中化学实验——探究与创新-(2012-10-16)

漫游在思维的空间 —高中化学趣味探究实验

编者 李亚敏 刘学松 郭晓珍

北京市立新学校化学教研组

前 言

化学是一门实验性很强的学科，以实验为基础是化学教育最基本的特征。因此，就像北京教科院基教研中心的黄冬芳老师所说：“实验在化学教学，尤其在基础教育阶段的重要性无论如何强调也不会过分”。

人教版化学新教材的亮点之一，就是教材设计了丰富的可供教师演示和学生自主进行的实验。实验类型多样化，体现化学实验的多种教育功能。减少了验证性的内容，增加了具有较强的探究性的实验。这有利于培养学生的探究意识、观察能力、思维能力和实践能力。同时，新课程化学教学呼唤实验创新，教师在实际教学中需要不断进行实验创新和改进。此外，为了让学生更好的理解化学知识，感悟化学课堂的魅力，感悟化学知识的魅力，教师在教学中除了做好教材上的实验，还要补充一些趣味性较浓的化学演示实验。本着这样的目的和任务，我们对人教版化学教材中的部分实验进行了改进，并增加了若干创新实验，以增强趣味性、探究性和综合性，让学生充分体会化学教学中实验的魅力。

由于编写仓促，我们水平有限，谬误之处一定很多。我们恳切希望各位同仁能提出更多宝贵意见和建议。

北京市立新学校化学教研组

2012.9.17

目 录

§1 过氧化钠与二氧化碳的实验探究 ...................................................... 1 §2 如何检验浓的不稳定性 ............................................................ 13 §3 “黑面包”实验的环保实验法 .......................................................... 14 §4 Fe(OH)2快速转化成Fe(OH)3的实验创新 ...................................... 22 §5 金属钠与水的反应实验改进 ............................................................ 14 §6 浓硫酸与铜反应的实验改进 ............................................................ 25 §7 双喷泉实验的创新设计 .................................................................... 27 §8 乙醇被重铬酸钾溶液氧化 ——交警检验酒驾原理 ...................... 31 §9 由植物油制取肥皂 ............................................................................ 35 §10 用粉笔分离菠菜叶中的色素 .......................................................... 37

趣味实验

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§1 水中花园

建造一座“水中花园”，很浩大的工程？不！化学可以帮助你在实验室轻轻松松地造出一座漂亮的“水中花园”。

原理介绍

可溶性硅酸盐如硅酸钠与可溶性重金属盐发生离子反应生成不溶与水的硅酸盐沉淀，这些不溶性硅酸盐常有特殊的颜色。

氯化亚钻、硫酸铜、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸镍等这些小晶体与硅酸钠发生化学反应，结果生成紫色的硅酸亚钻、蓝色的硅酸铜、红棕色的硅酸铁、淡绿色的硅酸亚铁、深绿色的硅酸镍、白色的硅酸锌。这些小晶体和硅酸钠的反应，是非常独特而有趣的化学反应。当把这些小晶体投入到玻璃缸里后，它们的表面立刻生成一层不溶解于水的硅酸盐薄膜，这层带色的薄膜覆盖在晶体的表面上）然而，这层薄膜有个非常奇特的脾气，它只允许水分子通过，而把其他物质的分子拒之门外，当水分子进入这种薄膜之后，小晶体即被水溶解而生成浓度很高的盐溶液于薄膜之中，由此而产生了很高的压力，使薄膜鼓起直至破裂。膜内带有颜色的盐溶液流了出来，又和硅酸钠反应，生成新的薄膜，水又向膜内渗透，薄膜又重新鼓起、破裂……如此循环下去每循环一次，花的枝叶就新长出一段。这样，只需片刻，就形成了枝叶繁茂花盛开的水下花园了。 实验用品

镊子、大烧杯、硅酸钠溶液、氯化亚钻、硫酸铜、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸镍晶体 实验步骤

1．先在烧杯中盛多半下无色透明的硅酸钠水溶液（俗称水玻璃）。 2．然后投入氯化亚钻、硫酸铜、硫酸铁、硫酸亚铁、硫酸锌、硫酸镍等几种能溶解于水的有色盐类晶体。

3．不一会儿，就会在玻璃缸中出现各种各样的枝条来，纵横交错地伸长着，

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绿色的叶子越来越茂盛，鲜艳夺目的花儿也开放突起！一座根深叶茂、五光十色的水下花园，即刻展现出来。

无机非金属材料的主角——硅 硅在地壳中的含量为26.3%，仅次于氧。硅的氧化物及硅酸盐构成了地壳中大部分的岩石、沙子和土壤，约占地壳质量的90%以上。在无机非金属材料中，硅一直扮演着主要的角色。

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§2 喷雾作画

颜色艳丽的画会给人留下深刻的印象，要想画出一幅能让人印象深刻的画并不是一件容易的事，往往需要付出巨大的努力和大量的时间。但是，我们神奇的化学实验就能在算时间内画出一幅让人印象深刻的画。下面就是见证奇迹的时刻。

原理介绍

FeCl3溶液遇到硫（KSCN）溶液显血红色，遇到亚铁（K4[Fe(CN)6]）溶液显蓝色，遇到铁（K3[Fe(CN)6]）溶液显绿色，遇苯酚显紫色。FeCl3溶液喷在白纸上显黄色。 实验用品

白纸、毛笔、喷雾器、木架、摁钉、FeCl3溶液、KSCN溶液、K4[Fe(CN)6]浓溶液、K3[Fe(CN)6]浓溶液、苯酚浓溶液 实验步骤

1．用毛笔分别蘸取硫溶液、亚铁浓溶液、铁浓溶液、苯酚浓溶液在白纸上绘画。

2．把纸晾干，钉在木架上。

3．用装有FeCl3溶液的喷雾器在绘有图画的白纸上喷上FeCl3溶液，不一会儿，一幅美丽的画作便产生了。

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你还知道其他的变色实验吗？ 现实生活中可以产生变色的实验有很多，如把削了皮的苹果放在桌子上，一小时后，苹果就会变色，这是为什么呢？因为苹果体内的酚类化合物接触空气后，被空气中的氧气所氧化而生成醌类化合物，就会发生变色反应变成了黄色，随着反应量的增加颜色也由浅变深，最后就变成了

深褐色。不仅苹果如此，桃子、茄子、土豆等切开后，也同样会发生变色反应。水果变色以后，所含的维生素C会减少，营养价值会受影响。

用玻璃棒蘸少许浓硫酸涂在纸上，涂抹的地方会因为炭化而变为黑色。

有些带有颜色的金属离子，如铜离子、铁离子，都容易发生变色反应。比如硫酸铜和金属锌反应会变成无色，向氯化铁溶液中加入硫溶液，溶液颜色变为血红色。

酸碱中和反应时，用指示剂可以在临界点时看到颜色变化。

想一想，你还知道哪些变色反应呢？

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§3 我是小侦探——指纹检验

指纹是指当手触及物体时，在物体上留下的印痕，在司法中被称为指印。指纹检验是分析案情、揭露罪犯的重要手段之一。化学与指纹检验有着密切的关系。用化学方法可以让看不见的指纹清晰地呈现出来。指纹呈现的方法与指纹的类型有

关。指纹类型主要有“汗液指纹”、“血指纹”“灰尘指纹”等。这里我们给大家介绍下“汗液指纹”的检验方法——碘熏蒸法。

原理介绍

碘受热时会升华变成碘蒸气。碘蒸气能溶解在手指上的油脂等分泌物中，并形成棕色指纹印迹。 实验用品

试管、橡胶塞、药匙、酒精灯、剪刀、白纸、碘单质 实验步骤

1．取一张干净、光滑的白纸，剪成长约4 cm、宽不超过试管直径的纸条，用手指在纸条上用力摁几个手印。

2．用药匙取芝麻粒大的一粒碘，放入试管中。把纸条悬于试管中(注意摁有手印的一面不要贴在管壁上)，塞上橡胶塞。

3．把装有碘的试管在酒精灯火焰上方微热一下，看到试管中产生碘蒸气后立即停止加热，观察纸条上的变化，用不了多久，纸条上就显现出清晰的指纹印迹。 小资料

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有的罪犯在犯罪后妄图用火烫、刀割或用化学药剂腐蚀自己的指

纹，然而，等伤口愈合，指纹依旧。正因为指纹无法改变，所以它成了破案时确定罪犯的重要证据。

人体必需的微量元素——碘

碘是人体的必需微量元素之一，健康成人体内的碘的总量为30mg（20~50mg），其中70%~80%存在甲状腺组织内，其余分布在骨骼肌、肺、卵巢、肾、淋巴结、肝、睾丸和脑组织中。血液中含碘30~60ug/L，主要为蛋白结合碘。

人类所需的碘，主要来自食物，约

为一日总摄入量80%-90%，其次为饮水与食盐。食物碘含量的高低

取决于各地区的生物地质化学状况。 海洋生物含碘量很高，如海带、紫菜、海鲜鱼、干贝、淡菜、海蜇、龙虾等，其中干海带含碘可达240mg/kg；而远离海洋的内陆山区或不易被海风吹到的地区，土壤和空气中含碘量较少，这些地区的食物含碘量

不高。

陆地食品含碘量以动物性食品高于植物性食品，蛋、奶含碘量相对稍高，其次为肉类，淡水鱼的含碘量低于肉类。植物含碘量是最低的，特别是水果和蔬菜。

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探究实验篇

化学实验不仅可以帮助我们学习一些新的化学知识，为正确认识物质及其变化规律提供实验事实，更重要的是通过学习和实践培养实验能力和科学素质。只有亲自动手实验，才能掌握实验的方法和技能，真正地体验实验探究的艰辛，真正感受发现的乐趣和科学的魅力。

实验探究是一个复杂的过程，主要可概括四部：一是要明确我们要想知道什么或证明什么，也就是要提出与探究的问题，即实验目的；二是要选择合适的方法，包括合适的反应、仪器、条件等，设计出实验探究的具体步骤；三是要认真细致地进行实验，如实记录数据、现象；四是要对实验结果进行认真的整理、讨论、分析，得出结论。

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§1 过氧化钠与干燥的二氧化碳反应吗？

你还记得老师在课上做的“吹气生火”魔术实验吗？老师将玻管对准包裹了过氧化钠的棉花进行吹气，结果棉花神奇般的燃烧了起来。因此，我们得出结论：2Na2O2 + 2CO2 = 2Na2CO3 + O2，你对这个结论产生过怀疑吗？你设想过干燥的CO2与Na2O2反应吗？ 一．探究目的

设计实验探究CO2与Na2O2反应所需环境。

二．思维碰撞

1．考虑实际情况，我们呼出的气体中除了二氧化碳，还有哪些物质呢？这些物质会不会与Na2O2反应呢？它们对CO2与Na2O2反应会带来什么样的影响呢？如何设计实际可行的实验来证明你的想法呢？

2．如何获得尽量干燥的CO2气体，应选用什么干燥剂、干燥仪器是否须要重复干燥？

如果这些问题解决了，那我们就开始实验吧。

三．实验设计

1．实验原理

稀盐酸与大理石接触迅速反应产生CO2 (CaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2↑) ，CO2与Na2O2接触反应，产生高纯度的O2和大量的热。当疏松的棉花达到着火点时，便剧烈燃烧起来。 2．实验仪器及药品

镊子、胶头滴管(30 mL 分液漏斗) 、U 型管、铁架台、单孔橡皮塞、棉花、稀盐酸(体积比约1∶2) 、大理石(或碳酸氢钠粉末) 、Na2O2粉末 3．实验装置(铁架台略去)

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图1-1

4．实验步骤

（1）按图1-1 所示装置连接好，检查装置的气密性。

（2）在U 型管内先装入大理石(或碳酸氢钠粉末) ，再塞上带分液漏斗的单孔橡

皮塞，固定在铁架台上，并向分液漏斗中装入稀盐酸，最后用棉花包住0.2g Na2O2装入如图所示的位置。 （3）将稀盐酸慢慢地滴下观察现象。

实验步骤

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实验现象 实验结论 5．注意事项

过氧化钠的用量不宜过多，否则反应放出大量的热会使U 型管炸裂。

四．问题讨论

1. 2.

潜水员的杀手锏——呼吸面具

我们经常从电影中坎肩一些国家的特种兵——“蛙人”，蛙人一般是指那些在水中执行特殊作战任务的特种兵，因为它们在水中游泳时，远远望去就像青蛙一样，所以，它们便被人们称作“蛙人”。他们能戴着面罩长时间在水下游动。“蛙人”的战场主要是深不可测的水下世界，这需要他们练就超凡的本领，付出比其他军人更多努力和汗水。

呼吸面具的好坏对于“蛙人”来说是至关重要的。蛙人能够长时间潜伏在水中，很大程度上是依赖于呼吸面具。除了潜水员，对于一些在救援部门工作的人员来说，呼吸面具同样是必不可少的工具，如煤矿救援人员参加煤矿营救，消防队员进入有毒气体场所施展救援，地质学家在进行古墓勘测的时候等。

你也许会感到迷惑，一个小小的呼吸面具怎么能长时间提供氧气呢？学习了今天的探究实验之后，你是不是已经有答案了呢？

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§2 如何检验浓的不稳定性

一．探究目的

浓的物理性质具有挥发性，浓又具有不稳定性的化学特性，但在中学化学实验中有无法将这两者结合到一起进行实验，因为加热浓，还没等到浓的分解温度时，浓则易挥发为主逸出，因此很难观察到浓分解的现象；因此设计该实验的目的就是要看到浓见光或受热分解的实验事实。

二．思维碰撞

浓如何在热的环境中受热分解，而不要让浓的易挥发性质干扰了此实验，这是该实验的最终目的。

三．实验设计

1．实验原理

4HNO3==4NO2↑+O2↑+2H2O

2．实验药品与仪器

浓HNO3 细沙 硬质试管 胶塞 酒精灯 胶头滴管 4．实验步骤与现象

取下一只硬质试管，加入少量细沙，放置酒精灯上加热；待2~3分钟后，用胶头滴管滴加浓3滴，迅速用胶塞塞紧，观察到试管中有大量的红棕色气体产生。

5．注意事项

（1）试管中的细沙不要过于太热； （2）所加浓一定是几滴。

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§3 水？火？——用水点火？

我们都知道，水是用来灭火的，你听说过水还能点火吗？通过今天的探究实验，你会惊奇的发现，在化学世界里，将很多的不可能变为了可能。 一．探究目的

金属钠与水的反应探究。

二．思维碰撞

1．金属钠的化学性质非常活泼，你知道哪些关于钠的化学性质呢？ 2．你来猜一猜，金属钠与水反应，产物是什么呢？如何设计实验来证明你的结论呢？

三．实验设计

1．实验仪器及药品

U形管、细铁丝 、单孔塞、带玻璃球的橡皮管、尖嘴玻璃管、带长颈漏斗的单孔塞、铁架台、铁夹、火柴、酚酞、蒸馏水、小烧杯、镊子、金属钠 2．实验装置

图3-1

3．实验步骤

（1）如图所示组装仪器装置，检验气密性。

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（2）然后向U型管中注入蒸馏水，并滴加酚酞，将带有细铁丝的单孔塞插一块黄豆大小的钠块插入U型管中，反应结束后，打开止水夹，在尖嘴玻璃管口点燃气体。观察现象。

提示：（1）注意钠与溶液的变化；

（2）有没有气体产生？ （3）反应是否放出热量？ 实验步骤 实验现象 实验结论 四．问题讨论

1．实验室里为什么把钠保存在石蜡油或者煤油中？

2．如果火灾现场有大量活泼金属存放时，能不能用水灭火？应该怎么办？

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五．设计“小魔术”

通过今天的探究学习，你知道怎样设计“用水点火”的小魔术了吗？ 用一张普通的白纸，包裹一小块金属钠，然后往水中轻轻一点，就会看到白纸燃烧起来。这个魔术简单吧？

金属钠的发现

1799年意大利物理学家伏打发明了将化学能转化为电能的电池，使人类第一次获得了可供实用的持续电流。1800年英国的尼科尔逊和卡里斯尔采用伏打电池电解水获得成功，使人们认识到可以将电用于化学研究。英国化学家戴维在思考，电既然能分解水，那么对于盐溶液、固体化合物会产生什么作用呢？他开始研究各种物质的电解作用。首先他组装了一个特别大的电池用于实验。然后他针对拉瓦锡认为苏打、木灰一类化合物的主要成分尚不清楚的看法，选择了木灰（即苛性钾）作第一个研究对象。开始他将苛性钾制成饱和水溶液进行电解，结果在电池两极分别得到的是氧和氢，加大电流强度仍然没有其它收获。在仔细分析原因后，他认为是水从中作祟。随后他改用熔融的苛性钾，在电流作用下，熔融的苛住钾发生明显变化，在导线与苛性钾接触的地方不停地出现紫色火焰。这产生紫色火焰的未知物质因温度太高而无法收集。再次总结经验后，戴维终于成功了。通过实验戴维进一步认识到，这种物质投入水中，沉不下来，而是在水面上急速奔跃，并发出咝咝响声，随后就有紫色火花出现。这些奇异的现象使他断定这是一种新发现的元素，它比水轻，并使水分解而释

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放出氢气，紫色火焰就是氢气在燃烧。因为它是从木灰中提取的，故命名为钾。

对木灰电解成功，使戴维对电解这种方法更有信心，紧接着他采用同样方法电解了苏打，获得了另一种新的金属元素。这元素来自苏打，故命名为钠。紧接着又制取了金属钙、镁、锶和钡。电化学实脸之花在戴维手中结出了丰硕的果实。

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绿色化学实验篇

绿色化学又称环境友好化学或清洁化学，是从源头防止污染产

生或把化学过程对环境的负面影响降低到最低程度的化学。绿色化学要求原料和产品无害，在化学过程中不产生“三废”获使“三废”降低到最低程度。这些原则不仅适用于化工生产，同样是化学实验与日常生活中使用化学品时所应遵循的原则

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§1 白糖制作“黑面包”的奥秘

白糖是生活中必不可少的调味品。有了白糖，我们就能吃到糖醋排骨、糖醋鱼、拔丝香蕉等美味菜肴。那你听说过白糖制作“黑面包”吗？这里的“黑面包”是什么呢？其中的化学奥秘又是什么呢？我们一起来探究一下吧。 一．探究目的

设计实验由白糖制作“黑面包”，并探究其原理。

二．思维碰撞

我知道：浓硫酸具有脱水性，能将物质中所含的水分脱去。白糖是一种碳水化合物（C12H22O11），当它遇到浓硫酸时，白糖分子中的水立刻会被脱去，可怜的白糖就只剩下黑色的碳了。那么我们将白糖和浓硫酸混合在一起，得到的应该是一堆“焦炭”，怎么会是蓬松的“黑面包”呢？是不是浓硫酸与黑炭之间又发生了怎样神奇的反应呢？

小资料：浓硫酸还具有强氧化性，碳具有还原性，二者之间可以发生氧化还原反应。

我探究：浓硫酸与

SO2 是典型的酸性氧化物，预除去可利用酸性氧化物与碱反应生成盐和水的原理，将SO2 转化为无毒的硫酸盐将其除去。

在中学化学阶段，是一组重要的性质实验。人教版高中化学必修1第四章第四节“蔗糖与浓硫酸的反应”(如图3-1)，把20g蔗糖放入100mL的烧杯里，向蔗糖上滴加14mL水（水是该反应的催化剂），再滴加20mL浓硫酸，立即把一根玻璃棒插在蔗糖中间。片刻间蔗糖变黑，体积膨胀，用玻璃棒拔出一个大黑炭

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砣子。化学反应方程式是：

→

12 C + 11H2O

图3-1蔗糖与浓硫酸的反应

该实验并不难做，但由于蔗糖与浓硫酸的反应会有大量SO2 释放出来，污染实验黄精，这事该实验的主要问题。因此我们尝试从优化实验装置的角度，本着绿色化学及操作简单化的原则，改进本实验，并进一步检验SO2 的生成。

三．实验设计

1．实验原理

2NaOH + SO2 == Na2SO3 + H2O

2．实验仪器及药品

玻璃棒、胶头滴管 、100mL小烧杯、250mL大烧杯、培养皿、蔗糖、浓硫酸、蒸馏水 3．实验装置

4．实验步骤与现象

（1）在大烧杯的内壁上粘贴滤纸条，滴加少量品红试液。

（2）向培养皿里加入装适量NaOH溶液,把作为反应容器的100mL 小烧杯放在NaOH溶液里，将蔗糖与浓硫酸分别加入小烧杯中，用玻璃棒快速搅拌混合，静置，在小烧杯上罩一只250mL 大烧杯，形成NaOH溶液液封的装置，SO2被NaOH溶液吸收。可以观察到蔗糖变黑，体积膨胀，变成疏松多孔的海绵状的炭。同时

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看到，滤纸条红色消退。

四．实验反思

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§4 Fe(OH)2快速转化成Fe(OH)3的实验创新

一．探究目的

人教版高中化学必修1第三章第二节“铁的重要化合物”部分中，“Fe(OH)2转化成Fe(OH)3 ”的实验方法是把新制出的白色Fe(OH)2试管振荡，试管内的物质变成灰绿色，再振荡变成红褐色的Fe(OH)3。可是，直至下课了，除了在试管壁上有少量的红褐色痕迹外，试管内的物质仍为灰绿色。究其原因，是氧气在碱性介质中氧化能力弱，同时Fe(OH)2与氧气不能充分接触。我们探究一种在滤纸上完成Fe(OH)2快速转化成Fe(OH)3的实验方法。

二．思维碰撞

影响空气里的氧气氧化Fe(OH)2的能力因素有两点： （1）介质的酸碱性

根据电极电势可知，介质的酸性越强，氧气的氧化能力越强，介质的酸性越弱，氧气的氧化能力越弱。酸化滤纸的目的是为了降低PH值，增大氧气的氧化能力，从而加快了Fe(OH)2转化成Fe(OH)3的速度； （2）氧气的浓度（氧气的分压）

把Fe(OH)2倒在滤纸上，用玻棒将其摊开，是为了使Fe(OH)2与空气（氧气）充分接触，从而加快了Fe(OH)2转化成Fe(OH)3的速度。

三．实验设计

1．实验原理

4Fe(OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe(OH)3

2．实验仪器及药品

玻璃棒、滤纸 、药匙、Fe(OH)2、Fe(OH)3 3．实验装置

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4．实验步骤与现象

取一张滤纸，先用水湿润，再滴一些盐酸将滤纸酸化，而后把试管里的灰绿色物质倒在滤纸上，用玻棒将其摊开，片刻间灰绿色物质变成红褐色。向学生展示，红褐色在白色滤纸的衬托下很清晰，可见度很大。

四．实验反思

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§6 浓硫酸与铜反应的实验改进

一．探究目的

人教版高中化学必修1第四章第四节实验4-9是“浓硫酸与铜反应”实验，如果按照教材的装置进行，气密性不好影响课堂效果。由此实验得到启发，能否设计一个实验装置气密性好，实验现象明显，可控制药品用量，减少对环境的污染。于是，我们对实验装置进行改进，找出最佳方案。

二．思维碰撞

使实验在一个可吸收尾气的装置中进行，可节约药品，实验现象明显，避免SO2对空气的污染。

三．实验设计

1．实验原理

2H2SO4(浓) + Cu === CuSO4 + 2H2O + SO2↑

2．实验仪器及药品

具支试管、玻璃管、铁丝、铜片、棉花、胶塞、浓H2SO4、NaOH溶液等 3．实验装置

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4．实验步骤与现象

（1）连接好仪器（如图3-2所示），并检查装置的气密性。 （2）向具支试管里加入3ml浓H2SO4。

（3）将一段铁丝穿过带玻璃管的胶塞。铁丝在玻璃管中的部分缠绕有侵入NaOH

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溶液的棉花，在铁丝末端挂上铜片并伸入到具支试管里，塞上带玻璃管的胶塞。拉动铁丝铜片与浓硫酸液面接触，观察到试管中反应液体呈蓝绿色。说明浓H2SO4与Cu发生了氧化还原反应，Cu被氧化生成CuSO4，H2SO4被还原成SO2。

四．创新之处

（1）实验在可吸收尾气的装置中进行，实验现象明显。

（2）实验验证了浓硫酸具有氧化性，浓H2SO4与Cu发生了氧化还原反应，反应除生成CuSO4外，还生成SO2和H2O，实验安全易操作。

（3）通过改进实验装置，可控制药品用量，避免了生成的SO2对人体及环境的危害。

五．实验反思

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§7 双喷泉实验的创新设计

广场上的音乐喷泉绚烂多姿、令人惊叹，我们在实验室也可以造出喷泉。你还记得课堂上老师做的氨的喷泉实验吗？还有哪些气体能做喷泉实验？ 不易溶于水的气体能不能做喷泉实验？喷泉实验的原理是什么？我们来完成双喷泉实验，一起探究吧…… 一．探究目的

喷泉实验原理和趣味双喷泉实验

二．思维碰撞

气体在液体中溶解度很大，在短时间内产生足够的压强差(负压)，则打开活塞后，大气压将烧杯内的液体压入烧瓶中，在尖嘴导管口形成喷泉。

三．实验设计

1．实验原理

NH3和HCl在水中溶解度很大，而这反应迅速，生成NH4CI为固体，也可减小瓶内压强，在短时间内产生足够的压强差(负压)，则打开活塞后，大气压将烧杯内的水压入烧瓶中，在尖嘴导管口形成双喷泉。 2．实验仪器及药品

圆底烧瓶两个、带有乳胶管的导管若干、大烧杯、止水夹、氨气、氯化氢气体、石蕊试液、蒸馏水

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3．实验装置

4．实验步骤与现象

（1）分别制取干燥的NH3和HCI气体各一瓶。 （2）用三通管将两烧瓶和装有石蕊试剂的烧杯连接。

（3）将滴管中的水挤入NH3的烧瓶中，依次打开NH3与HCI的通道（a、b止水夹），可看到盛NH3的瓶中，放开a、b处的止水夹后有白烟（NH3溶于水，瓶内压强减小，使HCI进入，生成NH4CI所致）。

（4）打开连接石蕊的止水夹c处，立即出现双喷泉现象，盛HCI的烧瓶中呈红色（酸使石蕊变红）、盛NH3的烧瓶中呈蓝色（碱使石蕊变蓝）。

实验步骤 - 28 -

实验现象 实验结论 四．创新之处

该实验是把二个实验合为一个实验，是在原实验的基础上作简单改进，却获得了更佳的实验效果，减少了对环境的污染，对培养学生的创造性思维有一定帮助。更加激发了学生，学习化学的兴趣。

五．实验反思

人工固氮的新发展

工业上通常用H2和N2 在催化剂、高温、高压下合成氨。最近，两位希腊化学家，位于Thessaloniki的阿里斯多德大学的George Marnellos和MichaelStoukides发明了一种合成氨的新方法(Science，2Oct．1998，P98)。在常压下，令氢与用氦稀释的氮分别通入一加热到570℃的以锶-铈-钇-钙钛矿多孔陶瓷(SCY)为固体电解质的电解池中，用覆盖在固体电解质内外表面的多孔钯多晶薄膜的催化，转化为氨，转化率达到78%；对比：几近一个世纪的哈伯法合成氨工艺通常转化率为10至15%！他们用在线气相色谱检测进出电解池的气体，用HCl吸收氨引起的pH变化估算氨的产率。

人工固氮的商业价值：本世纪初以来全球农作物单位面积产量不断增长，在一定程度上依赖于氮素化肥的施用量不断增加。农作物依

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赖于施用氮素化肥所获得的增产实际上是以消耗能源和污染环境为代价所取得的。在大气中氮气含量接近80%，但这种氮气并不能直接为高等植物吸收利用。人类自从发现豆科植物与根瘤菌共生结瘤固氮现象以来对生物固氮研究已有112年之久，我国对生物的共生固氮现象也进行了长达62年的探索性研究。然而，关于生物固氮，特别是非豆科农作物的生物固氮，还有许多问题有待于进一步研究。目前，生物固氮研究已经被列为“国际生物学计划”中的重点研究内容，各国都将其视为重点科技攻关项目。通过适当方式将生物固氮机制引入到非豆科农作物中，进而建立起非豆科农作物固氮新体系，这是农业科学研究中一项富有挑战性的研究课题。这不仅引起了农业科学家的极大兴趣，而且也受到了全社会各阶层有识之士的广泛关注。

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§8 乙醇被重铬酸钾溶液氧化

——交警检验酒驾原理

大家都知道酒后驾车的危害吧？交通在检查司机是否酒后驾车时，经常让司机对着一个仪器来吹气，然后就测出了司机呼出气体中酒精的含量，这是什么原理呢？

一．探究目的

设计实验模拟酒精的检验。

二．思维碰撞

人教版高中化学必修2第三章第三节《生活中两种常见的有机物》(见第74页)中写道：“乙醇还可以与酸性高锰酸钾溶液或重铬酸钾溶液反应，被直接氧化成乙酸”。并且在资料卡片中给出：“交通检查司机是否酒后驾车的装置中，含有橙色的酸性重铬酸钾，当其遇到乙醇时橙色变为绿色，由此可以判定司机是否酒后驾车”。

酸性重铬酸钾溶液呈现橙红色，有强氧化性，乙醇遇到酸性重铬酸钾溶液会发生反应生成绿色硫酸铬溶液，利用这一颜色变化做一简单装置可以来模拟检验司机是否饮酒。

三．实验设计

1．实验原理

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3CH3CH2OH + K2Cr2O7 (橙色) + 4H2SO4

= 3CH3CHO + Cr2(SO4)3(绿色) + K2SO4 + 8H2O

2．实验仪器及药品

酒精灯、三脚架、石棉网、小烧杯、粉笔、重铬酸钾溶液（70%浓硫酸与2%重铬酸钾溶液，体积比1 : 2混合）、无水乙醇 3．实验步骤与现象

（1）将粉笔上滴几滴橙红色重铬酸钾溶液。

（2）在小烧杯中加入10mL无水乙醇，放于石棉网上加热。将步骤一的粉笔放于烧杯上方片刻。

（3）乙醇蒸气和粉笔上的重铬酸钾溶液发生反应，粉笔变为绿色。

实验步骤 4．注意事项

加热乙醇时要注意小火加热，防止乙醇蒸气被点燃，发生危险

实验现象 实验结论 四．创新之处

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1．操作简单，步骤简洁，现象明显； 2．取材方便，趣味性强。

五．问题讨论

为什么有些人喝酒脸白有些人喝酒脸红呢？

日常生活中某些人饮酒后，就会出现脸红耳赤如关公，大多数人都认为这是不耐酒力的一种标志，这是怎么回事呢？医学上把这种现象称之为“饮酒性面红”。

面部皮肤潮红是因为皮下暂时性血管扩张所致，饮酒后血液中乙醇浓度迅速升高，可以

引起面部皮血管扩张，出现面红，甚至全身皮肤潮红，

有时可伴有荨麻疹、瘙痒，其机理尚未完全清楚，有学者认为是面部血管的过敏反应。少数饮酒性面红的患者在乙醇吸收5－10分钟内，面部感到灼热，同时面部或全身皮肤出现潮红、搏动性头痛、呼吸困难、恶心、呕吐、出汗、口渴、胸痛、低血压、晕厥、视力模糊和神志紊乱等症状，这时人们就认为是喝醉了，医学上叫作“乙醛综合征”，这是乙醇氧化代谢引起显著的血乙醛水平升高之故。所以喝酒脸红的人意味着能迅速将乙醇转化成乙醛，也就是说有他们有高效的乙醇脱

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氢酶 (alcohol dehydrogenase)。 不过我们不能忘了还有一种酶，乙醛脱氢酶(aldehyde dehydrogenase)。喝酒脸红的人是只有前一个酶没有后一个酶，所以体内迅速累积乙醛而迟迟不能代谢，因此会长时间涨红了脸。不过大家都有经验，当1－2个小时后红色就会渐渐腿去，这是靠肝脏里的P450慢慢将乙醛转化成乙酸，然后进入TCA循环而被代谢。

那么喝酒比较厉害的人是怎么回事呢？这些人往往越喝脸越白，到一个点突然不行了，烂醉如泥。那是因为这样的人高活性的乙醇脱氢酶和乙醛脱氢酶均没有，主要靠肝脏里的P450慢慢氧化（因为P450是特异性比较低的一群氧化酶）。如果他是脸越喝越白型的，最好不要超过半斤，不然有急性酒精中毒的可能性。

如果一个人即有高活性的乙醇脱氢酶又有高活性的乙醛脱氢酶会怎样呢？他/她就是传说中的酒篓子。如何判断他/她是不是酒篓子呢？看是不是大量出汗。因为如果两个酶都高活性，酒精迅速变成乙酸进入TCA循环而发热，所以大量发热而出汗。碰到这样的人你只能自认倒霉，就是十个八个正常人也斗不过他。好在这样的人不多，大概10万分之一左右吧。

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§9 由植物油制取肥皂

肥皂几乎是我们每天都要用的东西，但是，你知道肥皂的成分吗？它是怎样生产出来的？什么样的肥皂质量好？要回答这几个问题，最好的办法，还是你亲自动手做一块小小的肥皂。让我们进入到肥皂DIY吧。

一．探究目的

肥皂的生产原理和主要成分

二．思维碰撞

肥皂是脂肪酸金属盐的总称。通式为RCOOM，式中RCOO为脂肪酸根，M为金属离子。日用肥皂中的脂肪酸碳数一般为10-18，金属主要是钠或钾等碱金属，也有用氨及某些有机碱如乙醇胺、三乙醇胺等制成特殊用途肥皂的。广义上，油脂、蜡、松香或脂肪酸等和碱类起皂化或中和反应所得的脂肪酸盐，皆可称为肥皂。肥皂能溶于水，有洗涤去污作用。肥皂的各类有香皂，又称盥洗皂、金属皂和复合皂。

制肥皂的关键问题是各种原料的配料比和皂化反应进行的程度。通常制皂所用油脂都是混合油脂，皂化时碱的用量一般为混合油脂的15%(质量分数)以上。皂化进行得越完全，游离的碱和油脂的含量越少，肥皂的质量也越高。

三．实验设计

1．实验原理

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油脂在有碱存在的条件下，水解生成高级脂肪酸盐和甘油。例如：

2．实验仪器及药品

铁架台、酒精灯、火柴、蒸发皿、玻璃棒、纱布、烧杯、量筒、植物油、30%NaOH溶液、NaCl、蒸馏水、乙醇 3．实验步骤与现象

（1）在一个干燥的蒸发皿中加入8毫升植物油、8毫升乙醇和4毫升 NaOH溶液。在不断搅拌下给蒸发皿中的液体微微加热，直到混合物变稠。 （2）继续加热，直到把一滴混合物加到水中时，在液体表面不再形成油滴为止。

（3）把盛有混合物的蒸发皿放在冷水浴中冷却，然后加入NaCl，充分搅拌。

（4）用纱布滤出固体物质，挤干，并压制成条状。

实验步骤 - 36 -

实验现象 实验结论 四．问题交流

1．在制备肥皂时，加入乙醇的作用是什么？ 2．查阅资料：什么是盐析？ 3．此反应的反应类型是什么？

五．实验反思

肥皂的去污原理和合成洗涤剂

一、肥皂的去污原理

（1）亲水基－－肥皂结

构中－COONa或－COO－是极性基团，极易溶于水，具有亲水性； （2）憎水基－－肥皂结构中的烃基－R，不溶于水，但极易溶于有机溶剂，具有亲油性质； 二、合成洗涤剂

合成洗涤剂是根据肥皂去污原理合成的分

子中具有亲水基和憎水基的物质．它分固态的洗衣粉和液态的洗涤剂两大类．主要成分是烷基苯磺酸钠或烷基磺酸钠等．根据不同的需要，采用不同的配比和添加剂，可以制得不同的合成洗涤剂．例如在洗衣粉中加入蛋白酶，可以提高对血渍、奶渍等蛋白质污物的去污能力．

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§10 用粉笔分离菠菜叶中的色素

菠菜为什么是绿色的？菠菜中只有绿色的色素吗？见证奇迹的时刻到了，我们能用粉笔来分离菠菜叶中的色素，颜色还蛮好看呢……

一．探究目的

通过用粉笔分离菠菜叶中的色素体验层析法。

二．思维碰撞

叶绿体中的色素是植物吸收太阳能进行光合作用的主要物质。菠菜的叶绿体中含有胡萝卜素(橙黄色)、叶黄素(黄色)、叶绿素a(蓝绿色)、叶绿素b(黄绿色)等色素。这4种色素都能溶于有机溶剂，如乙醇、乙醚、丙酮等，因此利用这一特性用有机溶剂来提取叶绿体中的色素，并用特定的有机溶剂作展开剂来分离叶绿体中的色素。因为各种色素在展开剂中的溶解度不同——溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。这样，几分钟后，色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。

三．实验设计

1．实验原理

菠菜中各种色素在展开剂中的溶解度不同——溶解度高的随层析液在滤纸上扩散得快，反之则慢。一段时间后，色素就会随着层析液在滤纸上的扩散而分离开。

2．实验仪器及药品

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试剂： 95％乙醇、丙酮、苯、氯仿、石英砂、碳酸钙(粉末)、氯化钠、菠菜及苋菜的新鲜叶片

仪器：烧杯、量筒、试管、橡皮塞、培养皿、滴管、漏斗、研钵、玻棒、载玻片、天平、铁架台及附件、剪刀、点样毛细管、粉笔、脱脂棉 3．实验步骤与现象 （1）叶绿体色素的提取

① 事先选取呈深绿色或墨绿色的菠菜，洗净后放置1～2天，阴干或风干。称取5 g，去中脉剪碎，置于研钵。

② 研钵中加入少量(约小半药匙)石英砂(SiO2)和CaCO3粉以及0.5 g NaCl、5～8 mL无水乙醇，研磨至糊状，再加8～10 mL无水乙醇。继续研磨至溶液呈墨绿色，再用漏斗配以脱脂棉进行过滤于试管中，过滤时可用研钵棒在脱脂棉上方轻压以使滤液顺利滴下。提取液应避光保存，因提取量较大，可用于其他相关实验。

（2）叶绿体色素的分离

① 点样：取一支干燥、洁净的粉笔，用铅笔在距粉笔末端(粗的一端)约1 cm处划上一周细线作标记，用毛细管吸取色素提取液沿铅笔线点样一周，待干后，重复3～5次，试样线宽度控制为0.4～0.7 cm。

② 展开：用小烧杯作层析容器，加入适量展开剂(石油醚：丙酮：苯=20：2：1)，高度约0.5 cm，将粉笔立在其中，注意不要让试样线接触到展开剂。

③ 显色：约10 min后，可以观察到从上到下是黄色、蓝绿色、

黄绿色，但橙黄色不明显，且蓝绿色和黄绿色即叶绿素a、b分界线不够清晰。

实验步骤 - 39 -

实验现象 实验结论 四．创新之处

对于提取溶剂的选择，不仅要考虑其提取效果，而且还要考虑经济节约、操作容易及污染程度小等方面。采用无水乙醇作提取剂与丙酮相比，污染程度有所改善，且提取效果不错。过滤操作时选用脱脂棉而非滤纸，主要是因为色素分子大，不易透过滤纸，而且滤纸有较强的吸附能力而使色素吸附在滤纸上从而降低其浓度，影响实验效果，此外叶绿素等色素分子本身是脂溶性的，根据相似相溶原理，选用脱脂棉可减少实验过程中色素的流失，增强实验效果。

点样操作也是关键。分离出的色带不完整、不整齐、清晰度差的原因，主要是试样线上色素的浓度不均衡造成的。由于浓度的不同，色素展开的时间不同，随展开剂移动的距离也不同，表现出不完整和不清晰。点样方法还是以传统的毛细管点样法最佳，这样点样的量可以得到很好的控制。

五．实验反思

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色谱法

色谱法（chromatography）又称“色谱分析”、“色谱分析法”、“层析法”，是一种分离和分析方法，在分析化学、有机化学、生物化学等领域有着非常广泛的应用。

色谱法利用不同物质在不同相态的选择性分配，以流动相对固定相中的混合物进行洗脱，混合物中不同的物质会以不同的速度沿固定相移动，最终达到分离的效果。色谱法起源于20世纪初，1950年代之后飞速发展，并发展出一个的三级学科-色谱学。1952年英国科学家阿切尔·马丁（Archer JohnPorter Martin 1910~）、理查德·辛格（Richard LaurenceMillington Synge ,1914-）因

发明分配色谱分离法而共同获得诺贝尔化学奖，此外，色谱分析方法还在12项获得诺贝尔化学奖的研究工作中起到关键作用。

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