趣味化學(xué)實驗:冰與火中的絢麗色彩!
化學(xué)變化多端、奧秘神奇。實驗者精心設(shè)計的化學(xué)實驗中出現(xiàn)的色彩斑斕現(xiàn)象,會使學(xué)習(xí)者產(chǎn)生無窮的遐想,能啟迪他們的智慧,他們的思考,并讓他們從實驗中學(xué)到許多的化學(xué)知識和技能,學(xué)習(xí)興趣也得到很好的培養(yǎng)。通過實驗現(xiàn)象的觀察,能夠引發(fā)學(xué)習(xí)者化學(xué)思維方法的形成,進而應(yīng)用化學(xué)思維方法去解決實驗中的問題。介紹一個趣味化學(xué)實驗——“變色冰火球”實驗以及該實驗的設(shè)計過程和方案,并對中學(xué)化學(xué)實驗教學(xué)提出了幾點思考。
實驗原理
乙酸鈣只溶于水而不溶于酒精;酒精和水能以任意比混溶。當(dāng)飽和的乙酸鈣溶液倒入含有酚酞的酒精中時,致使乙酸鈣從酒精溶液中析出,呈半固態(tài)的無色半透明凝膠狀物質(zhì)——“凍膠”,又稱固體酒精[2-3],而凝膠網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的間隙中充滿了酒精分子和酚酞分子。用手取出凝膠,擠壓成無色的半透明“冰球”,點燃,酒精便燃燒起來,形成了一個“冰火球”。隨著燃燒的進行,“冰火球”出現(xiàn)了一系列的顏色變化。出現(xiàn)的顏色有:白色、紫紅色、黑色、灰色等。
實驗用品
乙酸鈣晶體(A.R)、燈用酒精(質(zhì)量分數(shù)95%以上)、1%的酚酞溶液、自來水;托盤天平、藥匙、燒杯、量筒、滴管、白瓷片、玻璃棒、火柴。
實驗步驟
(1)稱取3.5 g乙酸鈣晶體,放入小燒杯中,再加入10 mL自來水,攪拌,溶解,制得飽和的乙酸鈣溶液(室溫11 ℃)。
(2)量取30 mL燈用酒精,倒入大燒杯中,滴入2滴1%的酚酞溶液,攪拌后,再慢慢加入6 mL上述飽和的乙酸鈣溶液,用玻璃棒快速攪拌幾圈,靜置片刻,燒杯中的物質(zhì)先渾濁,再變稠,后成為無色的半透明凝膠。
(3)取出凝膠,快速捏成球狀,為無色的半透明“冰球”,放在白瓷片上點燃。“冰球”立即著火,并發(fā)出藍色火焰,被視為無色的“冰火球”。觀察現(xiàn)象。
趣味化學(xué)實驗:冰與火中的絢麗色彩!
實驗現(xiàn)象
隨著燃燒的進行,無色的“冰火球”逐漸變成白色的“冰火球”;在約1.5 min時,白色的“冰火球”出現(xiàn)紫紅色斑點,隨著燃燒時間延長,紫紅色的斑點越來越多,連接成片,成為紫紅色球,顏色十分美麗;在約3.5 min時,紫紅色的“冰火球”上出現(xiàn)黑色斑點; 隨著燃燒繼續(xù)進行,“冰火球” 出現(xiàn)白色、紫紅色、黑色、灰色等斑點,成為彩色的“冰火球”; 在約15 min時,火焰熄滅,燈用酒精已被燃燒*,后成為近似灰黑色的球(見圖1變色“冰火球”中所示)。
現(xiàn)象解釋
(1)出現(xiàn)白色。隨著“冰火球”的燃燒,溫度升高,無色半透明凝膠中的酒精逐漸消耗,水分蒸發(fā),生成白色(CH3COO)2Ca·H2O、無水乙酸鈣粉末(乙酸鈣晶體脫水)。
(2)出現(xiàn)紫紅色。隨著“冰火球”的燃燒,溫度升高,凝膠中的乙酸鈣溶液加速水解,同時生成乙酸揮發(fā),其堿性增強,能使酚酞變成紫紅色。為了證明升高溫度有利于增強乙酸鈣溶液的水解,便設(shè)計了如下的實驗驗證:在10 mL 10%的乙酸鈣溶液中加入1滴1%的酚酞溶液,振蕩,混合液仍然呈現(xiàn)無色,說明室溫下乙酸鈣溶液水解的堿性不能使酚酞變成紫紅色。加熱該混合液,約20 s后,溶液出現(xiàn)很淡的紅色;加熱到約62 s至沸騰后,都出現(xiàn)淡紫紅色;冷卻后,該混合液恢復(fù)到原來的無色。該驗證實驗,同時也說明水解反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。
(3)出現(xiàn)黑色。隨著“冰火球”的燃燒,溫度上升很高,水分蒸干,無水乙酸鈣粉末發(fā)生炭化,生成黑色的炭黑。另外,紅色酚酞受熱,溫度升高,直到炭化。
(4)出現(xiàn)灰色。隨著“冰火球”的燃燒,溫度升高,由于“冰火球”表面高低不平,表面局部溫度也就高低不同,生成白色的無水乙酸鈣粉末(還有白色的氧化鈣粉末)和黑色的炭黑,黑白2種物質(zhì)相互混合,呈現(xiàn)灰色。
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