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第10章 化学小实验(4)

蜡烛的化学性质

蜡烛像其他任何物质一样,燃烧时需要氧。不过,它燃烧的化学过程较为复杂,它的火焰真像一间小型化学实验室!

蜡烛点燃后,一部分蜡熔化渗透入烛芯,烛火的热量将这些熔了的蜡变成气体,这种气体很快就燃烧起来,发出光和热。这时,如果将烛火吹熄,你能看到从烛芯冒出一道黑烟,缭绕而上。这道黑烟是由未经燃烧的气体形成的,它能变回一小滴一小滴的蜡,并仍然能燃烧。我们不妨做一个实验来证明这个道理。

实验材料和用具:蜡烛、火柴

实验步骤:用一支火柴把蜡烛点燃,火柴不要弄熄,拿在手里移向一边。随后用力将烛火一下子吹熄,烛芯顿时冒出一道黑烟来。这时,将仍在燃烧着的火柴移到离烛芯5厘米的黑烟的上方,火柴的火焰会“噗”的一声往下烧去,烛芯便重新着了起来。

蜡烛是由几种化合物组合而成的,这些化合物里面都含有碳元素。当蜡的分子在火焰的高热下分解的时候,形成了许许多多黑色的碳微粒。火焰的这种高热使这些微粒变成橙黄色,所以蜡烛点燃时就放出了橙黄色的光。通过实验我们可以收集到这些黑色的碳微粒。

把一小块薄铝片或铝纸对折起来,然后把它放到烛焰上烧几秒钟,再拿开,铝片上面便留下黑色的一层,这层东西就是碳原子。

蜡烛里面还有氢元素。当蜡的分子在火焰的高热下分解的时候,氢原子跑了出来。在这些氢原子跑到火焰的范围以外时,便与空气中的氧原子结合起来。你能猜到这时产生了什么化合物吗?做了下面这个实验,你就会明白:把一只干的玻璃杯,口向下罩在烛焰上方一两秒钟,再用手指摸一摸杯子,里面就是要你猜的那种化合物——水。

能灭火的气体

擦燃一根火柴,放入空牛奶瓶或大口瓶的瓶口,火柴能继续燃烧。这是因为火柴能够从它周围得到燃烧所需要的氧气。

现在再做一个实验。

实验材料和用具:发酵粉、醋、牛奶瓶或大口瓶

实验步骤:将一大汤匙发酵粉放入牛奶瓶或大口瓶里,再倒入1/4玻璃杯的醋。瓶子便给渐渐释放出来的二氧化碳气充满了,原先在瓶内的空气全给挤了出来。当瓶内不再起泡时,说明瓶子里面全是二氧化碳气了,这就好像水装在瓶子里面一样。

将燃烧着的火柴放到瓶口试一试,一下子就熄灭了。

这一次火柴放到瓶口就熄灭的原因,是火柴周围已不存在帮助它燃烧的空气。

你做的这个实验也证明二氧化碳的气体比空气重,它不是浮在上面而是沉在瓶底的。我们还能把二氧化碳气体像水一样从这个瓶子倒到另一个瓶子里去,下面就做这个实验。

把一小段矮于瓶口的蜡烛放在一个大口瓶里,并把它点燃。

按上述实验方法另外用一只瓶子准备好一瓶二氧化碳气体。当这只瓶子里的大的气泡冒得少了时,即把里面的二氧化碳气体像倒水那样慢慢地倒入放着蜡烛火的大口瓶里。注意别把瓶子里的醋给倒了出来。二氧化碳气体在大口瓶里满到烛焰时,烛火即自行熄灭。然而你却看不到二氧化碳气体,只能看到烛火灭掉了。

在二氧化碳气体中什么东西都无法燃烧,所以它是很好的灭火剂。我们在学校里和其他建筑物的墙上看到的灭火筒,里面就藏有二氧化碳气,不过它已经和肥皂状液体混合在一起了。一喷,它能产生泡沫,射向火焰把火熄灭。

混浊的液体

如果砂糖在水里溶解,水仍然是透明的。但是如果淀粉同水混合,淀粉就不会溶解,水会变混浊的。淀粉在水里面不能像砂糖一样分解为单个的分子,只能分解成微小的颗粒。这些颗粒虽然小得肉眼看不见,但还是要比分子大得多。利用灯光做个实验,就可以证明淀粉在水里面是确实不能溶解的。

实验材料和用具:淀粉、马粪纸

实验步骤:往小锅里倒上半杯水。把你上次实验中得到的淀粉放上一茶匙,一边放在慢火上加热,一边用匙子搅拌。等水一开,淀粉就慢慢变成糊状。

把这种糨糊样的东西倒几滴在一杯清水里面,淀粉好像没有了。但是实际上淀粉并没有溶解掉,只要继续实验就明白了。

在一张马粪纸上开一个小洞,把这张纸放在一盏很亮的灯和这杯淀粉之间,淀粉微粒一接触到灯光,就把光向四周反射出来。这就是你能看见透过这杯水的光线的原因。

如果你用一杯溶解了砂糖的水做同样的实验,这一回光线会直接通过糖水,使你几乎看不见有光通过。这是因为单个的糖分子太小了,不能够接收也不能够反射光。

烧糖的实验

糖是由碳、氧、氢三种元素组成的化合物。碳是黑色的固体物质,氧和氢都是肉眼看不见的气体。但是当这三种元素化合后便成为白色的有甜味的结晶——砂糖。

通过燃烧,糖的分子能够分解,但这个实验做起来有些特殊。

实验材料和用具:方糖、细铁丝

实验步骤:用一条细铁线将一块方糖绕住。细铁线同时充当把柄的作用。将方糖的一角用烛焰烧,它实际上并没有烧着,只是熏黑了一些,甚至它开始溶化时,分子也还没有分解。这层黑色的东西是蜡烛烧上来的碳,并不是糖里的碳。

现在用一些香烟灰撒在方糖没有烧过的一角上,再把这一角放在烛焰的边上烧,一两秒钟后,方糖开始燃烧,冒起一个个气泡,发出蓝色的火焰,喷出一个个小烟圈。这时一滴滴黑色并带有光泽的东西熔下来,这些黑色的东西里面就含有糖分子分解时释放出来的碳原子。氢和氧的原子形成其他化合物后散到空气中跑了。

注意:别让熔下来的黑色东西烫着你的手,可顺手用碟子把它接住。

人造细胞

你通过渗透压力的实验,了解到了渗透现象的奥妙,同时在生物课程里了解到细胞膜也是一种半透膜,它的特点是水能够透过细胞膜,而细胞液中的溶质则不能透过细胞膜。

根据这些知识,我们就可以来制造人造细胞,它的组成不是蛋白质和碳水化合物,而是一种无机物——亚铁氰化铜Cu2[Fe(CN)6],它虽然是一种无生命的东西,但是形态却和真的细胞一样。

实验材料和用具:亚铁氰化铜、硫酸铜溶液

实验步骤:在一只培养皿内盛3%硫酸铜溶液至半满,再把亚铁氰化钾K4[Fe(CN)6]的小晶体(小米粒大小)投入硫酸铜溶液中。不久,就在亚铁氰化钾晶体与硫酸铜溶液接触的地方,生成了囊状的亚铁氰化铜薄膜:

K4[Fe(CN)6]+2CuSO4Cu2[Fe(CN)6]↓+2K2SO4

这层薄膜把亚铁氰化钾晶体包了起来。在这个人工的半透膜中,亚铁氰化铜的薄膜具有很好的半透性即水分子能够自由地透过亚铁氰化铜薄膜,但K+、Fe2+、Cu2+、CN-和SO2-4离子则不能通过薄膜。这样硫酸铜溶液内的水分子不断进入囊状薄膜内,使膜内产生了很大的渗透压力,压力增大到一定程度,这层薄膜就被胀破,于是亚铁氰化钾溶液就从膜内钻出来,它遇到硫酸铜溶液,又会发生反应,生成一层新的囊状亚铁氰化铜薄膜。这样,老的薄膜不断破裂,新的薄膜不断产生,使人造细胞不断长大。最后在培养皿内生成了一个个褐色的半透明的人造细胞,飘浮在溶液中,犹如在显微镜下看到的一个个活细胞。

汽水里面的气体

实验材料和用具:醋、发酵粉、樟脑丸

实验步骤:把一大汤匙的醋和发酵粉倒在一玻璃杯的水中,再放三粒樟脑丸进去,在樟脑丸上即刻出现许多二氧化碳的小气泡,这些小气泡好像一个个浮筒,把樟脑丸浮起在水面上。气泡破后,樟脑丸下沉,再出现气泡,樟脑丸又浮上来。这种时而浮起时而下沉的情况可以持续好几个小时,直到这种化学反应完结为止。

请注意有些气泡始终不破,但是这些气泡往往出现在粗糙的樟脑丸表面上。这些气泡好像汽水里产生的气泡。我们喝的汽水就是把配有糖和香料的水加入二氧化碳的气体制成的。这种气体实际上已溶在水里。打开汽水瓶塞,冒上来的小气泡就是二氧化碳。这些气泡使汽水产生一种碳酸气的味道。

浊水变清

通过这个浊水变清的实验,你将会弄清在河流入海的地方,那些叫三角洲陆地是如何形成的?

实验材料和用具:泥土、明矾、茶杯

实验步骤:在一个茶杯中放入一些泥土和水,充分搅拌后,使其静止。待大颗粒沉淀后,把上层混浊的水倒入另一个茶杯中。然后把明矾(硫酸钾铝)研成粉末放到杯子里搅拌几下,过一会儿,原来浑浊的水就变得清澈透明了。

原来水中的那些小泥土微粒(称“胶体”粒子)都带有负电荷,当它们彼此靠近时,静电斥力总是使它们分开,没有机会结合成较大的颗粒沉淀下来,所以就会在很长时间内在水中悬浮,甚至几天也不能沉下来。当加入明矾后,明矾在水中发生化学反应,生成了一种白色的絮状沉淀物——氢氧化铝。氢氧化铝是带有正电荷的胶体粒子。当它与带负电荷的泥沙相遇时,正、负电荷就彼此中和。这样,不带电荷的颗粒就容易聚结在一起了,而且,聚结后颗粒越来越大,终于会克服水的浮力而沉入水底,水也就变得十分清澈了。

从这个道理中,我们就能解释河流入海处三角洲的成因了。河水里带有大量的泥沙,当它流入海口的时候,流速减慢了,大颗的泥沙就自动地沉下来,那些小颗粒的泥沙在海水中的食盐、硫酸镁等带正电荷的物质(电解质)的作用下,电荷抵消,变成不带电的颗粒而沉淀下去,天长日久,就变成了三角洲。

热盐

盐在一定条件下不仅可以产生“热量”,而且还能把雪融化了呢!我们可以做个实验来观察一下。

实验材料和用具:平的盒盖、雪

实验步骤:冬末,找一个用过的香脂盒盖,盛上雪后,放在外面(不要拿进室内)。然后,往盒盖里的雪上边均匀地洒上精盐面。过一会儿,盒盖里的雪就融化了(室外气温在0℃左右效果更好)。奇怪,为什么没有热感的食盐,反倒能把冰冷的雪融化了呢?

这是由于盐和雪的混合物的冰点,远远低于纯水的冰点的缘故。我们知道,纯水的冰点,在通常情况下为0℃,可是食盐饱和溶液的冰点将近-21℃。雪是水以固态存在的一种形式,当它和食盐混合以后,这种食盐溶液的冰点,就不是0℃而大大低于0℃了,所以雪就融化了。

利用这个原理,在盛夏冰镇食物的冰块上撒一些食盐,冰点就会降低到-21℃。在工业上,利用这个道理来做专业的冷冻剂。

可以擦去的墨水

有一种具有特别功能的墨水,写完字后,马上可以把它们抹去,就像用粉笔在黑板上写字容易抹去一样。你觉得不可能吗?做下面的实验看看吧!

实验材料和用具:碘酒、细玉米粉

实验步骤:在三小勺水里加上十来滴碘酒,然后放一小勺细玉米粉搅拌,由于碘与玉米粉中的淀粉起反应,于是呈现出深蓝色。用一支干净的蘸水钢笔上这种墨水就可以写字了。

尽管这种墨水写出来的字很醒目,但淀粉使墨水无法渗入纸里,因此,字迹干后,轻轻一抹,就可以把字擦掉。

不会流动的酒精

酒精是一种液体,这是不容置疑的。既然是液体,它就会流动,那么,不会流动的酒精又是什么物质呢?它的外形又是怎样的呢?最好还是你亲手试验一下吧!

实验步骤:

1.在一只烧杯中加入90毫升无水乙醇(如果找不到无水乙醇,可以用氧化钙固体将普通的乙醇脱水干燥,然后滤掉氧化钙,即可使用),然后将10毫升饱和醋酸钙溶液加到无水乙醇中(注意:不可搅拌),则乙醇立刻结冻。

这时将烧杯倒置过来,让杯口朝下,乙醇也不会从烧杯中流出。可以用小刀沿着烧杯的内壁将胶冻挖出,把它放在铁片上,用火点燃,它能像普通的液体酒精一样燃烧。

2.把5克无水氯化钙固体溶解在20毫升无水乙醇中,然后把这一溶液加到盛有8毫升40%氢氧化钠溶液的烧杯中(不要搅拌),也能得到一种白色的软块。用小刀刮出,放在铁片上,也能燃烧。

现在,你不再怀疑了吧,酒精的确是可以不流动的。其实,这就是人们俗称的固体酒精。因为普通的酒精都是液体,要用玻璃瓶包装,如果是在野外工作,携带和运输均感到不便。于是人们就想出了加醋酸钙的办法,做成了固体酒精,专为野外使用。

实际上,固体酒精不是晶体而是一种胶体,但不是像氢氧化铁溶胶那样的胶体溶液,而是一种凝胶,和肉冻一样,比较柔软而富有弹性,但不会流动。

它的形成过程是,当我们把无水乙醇和饱和醋酸钙溶液混合以后,因为乙醇分子与水分子有强大的亲和力,所以乙醇就把饱和醋酸钙溶液中的水分子夺走,形成了水合酒精。饱和醋酸钙溶液则因失去了水,变成了一种特殊的胶体——凝胶(要知道,脱水也是制备胶体的一种方法)。醋酸钙溶液就从液相变成了固相,这种固相是一种具有立体网状结构的多孔物质,里面有许多孔隙,水合酒精钻到这些孔隙中,就再也流不出来了。

用蜡烛制硫化氢

石蜡是固态石蜡烃的混合物,凡士林是液态和固态石蜡烃的混合物,它们都是由碳和氢组成的。把硫黄与石蜡(或凡士林)放在一起加热,就会产生硫化氢气体。硫黄、石蜡和凡士林都是很容易得到的,所以用这种方法制硫化氢是很简便的。

实验步骤:取一支试管,配上一个带尖嘴玻璃管的橡皮塞,在试管中加入1克硫黄粉和1克石蜡(可将小段蜡烛切碎),把试管放在酒精灯火焰上加热,即产生硫化氢气体。

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