8.氨及铵盐的性质
实验原理:氨极易溶于水,NH3与水反应,氨与酸反应。铵盐受热易分解,铵盐与碱反应放出氨气。
实验(1):氨的喷泉实验
实验操作:如图所示,用干燥的圆底烧瓶收集的一瓶NH3,用带有玻璃管和滴管(滴管中预先吸入水)的塞子塞紧瓶口,将烧瓶倒置在铁架台上。玻璃管插入到盛有水的烧杯中(水中预先滴入少量酚酞试液),轻轻地挤压滴管的胶头,使少量的水进入到烧瓶,观察现象。
实验现象及结论:烧瓶内形成红色喷泉。说明氨极易溶于水。烧杯中的水能够进入烧瓶形成喷泉,主要是因为烧瓶内部的压强远远小于外部压强,这样外界压强就能够将烧杯中的水挤压进烧瓶,而内部压强减小主要原因就是NH3极易溶于水。溶液显红色,说明氨溶于水后呈碱性。碱性又说明了氨溶于水时能与水反应产生一水合氨,它能够部分电离出铵根离子和氢氧根离子。
NH3+H2ONH3·H2ONH4++OH- 或NH3+H2ONH4++OH-
问题:①喷泉实验成败的关键是什么?如果喷泉的水不能够充满烧瓶,可能的原因有哪些?(装置气密性不好或瓶塞未塞紧或氨气收集不满或收集氨气时烧瓶内空气未排尽或氨气吸潮)
②HCl、SO2、NO2等易溶于水的气体能否形成喷泉?是否只有溶解度很大的气体才能形成喷泉?SO2、CO2、Cl2等酸性气体易溶于NaOH溶液,能否形成喷泉?CH4、C2H6、C2H4等有机物的气体易溶于汽油等有机溶剂,能否形成喷泉?C2H4、C2H2等不饱和的有机物的气体与溴水能否形成喷泉?
③如果将NO2和O2以体积比4∶1混合、NO和O2以体积比4∶3混合、HCl和NH3以体积比1∶1混合、H2S和SO2以体积比2∶1混合等,能否形成喷泉?
④喷泉实验中装满水的胶头滴管作用是什么?如果没有装满水的胶头滴管,请你说明引发喷泉的可能方法?
⑤除了以上实验装置外,能否采用其他装置形成喷泉?喷泉实验的基本原理是什么?
实验(2):氨与酸反应
实验操作:分别在两个集气瓶中滴入几滴浓氨水和浓盐酸,盖上玻璃片,然后抽去中间的玻璃片,观察现象。
实验现象及结论:瓶内产生大量白烟。说明氨能与盐酸反应,生成固体氯化铵小颗粒分散在空气中形成白烟。
NH3+HCl==NH4Cl
实验(3):铵盐受热易分解
实验操作:取少量氯化铵固体放在试管中加热,观察现象。取少量碳酸氢铵固体放在试管中加热,并将生成的气体通入新制的澄清石灰水中,观察现象。
实验现象及结论:试管底部氯化铵固体减少,接近试管口出现白雾,又凝结成晶体附于试管壁。说明氯化铵加热易分解,生成的两种气体在试管口又会重新化合生成氯化铵。试管底部碳酸氢铵固体减少甚至消失,澄清石灰水变浑浊。说明碳酸氢铵加热易分解生成CO2、NH3、H2O。
NH4Cl NH3↑+HCl↑;NH3+HCl== NH4Cl
NH4HCO3NH3↑+CO2↑+H2O
实验(4):铵盐与碱反应放出氨气
实验操作:如图所示,在实验室里常用氯化铵和氢氧化钙加热的方法来制取少量NH3。用向下排气法收集并用湿润的红色石蕊试纸检验NH3是否收集满。
实验现象及结论:湿润的红色石蕊试纸变蓝。说明铵盐与碱反应放出氨气。
2NH4Cl+Ca(OH)2CaCl2+2NH3↑+2H2O
问题:①生产Cl2的化工厂常用浓氨水来检查生产设备和管道是否漏气,如果有白烟生成,则说明已发生漏气,这是为什么?
②用试管收集氨气时,为什么要塞一团棉花?如何干燥NH3?能否浓硫酸干燥NH3?能否用无水氯化钙固体干燥NH3?
③能否使用NH4HCO3、NH4NO3代替NH4Cl?为什么?能否使用NaOH、KOH代替Ca(OH)2?为什么?使用碱石灰代替消石灰有什么优点?
④实验室为了快速制得氨气,能否用浓氨水加固体NaOH(或加碱石灰、或加生石灰)来制取?为什么?
9.二氧化硫和浓硫酸的性质
实验原理:二氧化硫还原性和氧化性,二氧化硫的漂白性。浓硫酸的强氧化性。
实验(1):二氧化硫的还原性
实验操作:用亚硫酸钠与较浓的硫酸反应制备的二氧化硫分别通入酸性KMnO4溶液、溴水中,观察现象。
实验现象及结论:酸性KMnO4溶液和Br2水都褪色。说明SO2会被强氧化剂KMnO4和Br2氧化,体现了SO2的还原性。
2KMnO4+5SO2+2H2O==K2SO4+2MnSO4+2H2SO4
SO2+Br2+2H2O== 2HBr+H2SO4
问题:将过量SO2通入澄清石灰水中,有何现象?为什么?将SO2通入BaCl2溶液有何现象?为什么?再向其中滴加H2O2溶液或稀硝酸或氯水,有何现象?为什么?写出有关反应的离子方程式。
实验(2):二氧化硫的氧化性
实验操作:分别收集一瓶二氧化硫和硫化氢气体,将两瓶气体混合,观察现象。
实验现象及结论:集气瓶内壁有淡黄色固体和水生成。淡黄色固体是硫单质,说明SO2氧化了H2S生成S和H2O,体现了SO2的氧化性。
SO2+2H2S==3S↓+2H2O
问题:将过量SO2通入Na2S溶液中,有何现象?为什么?写出有关反应的化学方程式。某溶液中混有Na+、S2-、SO32-、SO42-、H+等离子,能否大量共存?为什么?用离子方程式表示。
实验(3):二氧化硫的漂白性
实验操作:收集一试管二氧化硫气体,验证其水溶性后在试管的溶液中加入品红溶液,振荡,观察现象;再加热试管,再观察现象。
实验现象及结论:品红溶液红色褪去,加热后红色又恢复。说明SO2易溶于水且具有漂白性。
问题:SO2的漂白原理和HClO的漂白原理是否一致呢?为什么?将SO2和Cl2分别通入紫色石蕊试液,有何现象?为什么?如果将SO2和Cl2以体积比通入品红溶液中,有何现象?为什么?请尽可能列举可用来鉴别SO2和CO2气体的方法。
实验(4):浓硫酸的强氧化性
实验操作:将一小片铜片放入盛有浓硫酸的试管中,加热,观察现象。
实验现象及结论:铜片不断溶解,溶液呈蓝色,有刺激性气味气体生成。说明不活泼的金属铜会被浓硫酸氧化生成硫酸铜,硫酸被还原成SO2,体现了浓硫酸的强氧化性。
Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2↑+2H2O
问题:在浓硫酸和蔗糖发生反应的实验中,哪些现象是表明浓硫酸的脱水性?哪些现象是表明浓硫酸的强氧化性?写出有关反应的化学方程式。(变黑是脱水性,因为蔗糖在按照H2O的比例脱水后剩下C,故是黑色的。有刺激性气体生成是SO2,说明浓硫酸被还原了,体现浓硫酸有强氧化性)
10.探究钠、镁、铝单质的金属性强弱
实验原理:钠、镁、铝的金属性强弱顺序是钠﹥镁﹥铝。判断金属性强弱的依据:①单质跟水(或酸)反应置换出氢的难易程度;②最高价氧化物对应水化物的碱性强弱;③单质与盐溶液的置换反应。
实验操作:⑴Na与冷水(水中滴加酚酞试液)的反应。注意:①固体钠的取用;②滴管的使用。
⑵Mg分别与冷水、热水(水中滴加酚酞试液)的反应。注意:①用砂纸擦除镁带表面的氧化膜;②滴管的使用;③液体的加热。
⑶Mg、Al分别与盐酸的反应。注意:①用砂纸擦除镁条和铝片表面的氧化膜;②液体药品的取用。
⑷MgCl2溶液、AlCl3溶液中滴加过量的NaOH溶液。注意:①液体药品的取用;②滴管的使用。
实验现象及结论:⑴Na与冷水剧烈反应,放出无色气体,溶液变红。2Na+2H2O==2NaOH+H2↑,Na的金属性很强,与冷水剧烈反应,生成的NaOH是强碱,能使酚酞试液变红。
⑵Mg与冷水缓慢、与沸水迅速反应,镁带表面有少许气泡,镁带表面变微
红。Mg+2H2OMg(OH)2+H2↑,Mg的金属性不如Na强,要与沸水反应,生成的Mg(OH)2是中强碱,能使酚酞试液变浅红。
⑶Mg、Al与盐酸剧烈反应,放出无色气体,但Mg比Al更剧烈。
Mg+2HCl==MgCl2+H2↑,2Al+6HCl==2AlCl3+3H2↑,Mg为活泼金属,与盐酸反应剧烈;Al的金属性不如Mg强,与盐酸反应不如Mg剧烈。
⑷MgCl2溶液、AlCl3溶液中均生成白色沉淀,加过量NaOH溶液时,AlCl3溶液中生成的白色沉淀又溶解消失。
MgCl2+2NaOH==Mg(OH)2↓+2NaCl,AlCl3+3NaOH==A1(OH)3↓+3NaCl,
A1(OH)3+NaOH==Na[Al(OH)4],根据强制弱的反应规律知碱性强顺序为:NaOH(强碱)> Mg(OH)2(中强碱) > A1(OH)3(两性氢氧化物)。
金属性强弱顺序为:Na>Mg>Al
问题:①以上实验是如何说明钠、镁、铝金属性的强弱?为什么会有这样的递变规律?
②如何设计实验判断金属的活动性顺序呢?以判断镁、铝、铁、铜的金属活动性顺序为例说明。
③以镁和铝为电极,在酸性或中性介质中构成原电池,镁为负极,铝为正极,若在强碱性介质中构成原电池,则铝为负极,镁为正极。不同的结果对于判断镁、铝金属性强弱是否矛盾呢?为什么?
④请小结可根据哪些实验事实来判断金属性强弱?
11.影响化学反应速率的因素(缺失)
12.化学反应中的热量变化
实验原理:化学反应中的能量变化,通常表现为热量的变化。若反应中有热量放出,则为放热反应;反之,若反应中有吸收热量的,则为吸热反应。
实验操作:①在一支试管中加少量盐酸,在加少量的NaOH溶液,用手触摸试管外壁,用温度计测量温度,记下温度变化。②向一支试管中放入几个锌粒,加入5mL2mol/L盐酸,用手触摸试管外壁,有什么感觉?③在一个小烧杯中加入一定量的Ba(OH)2晶体,再在烧杯中加入一定量的NH4Cl晶体,并用玻璃棒迅速搅拌,使充分反应,用手触摸烧杯外壁,有什么感觉?
实验现象及结论:①试管外壁发热,温度升高,说明反应过程中有热量放出。NaOH+HCl==NaCl+H2O(放热)
②反应产生大量气泡,同时试管外壁发热,温度升高,说明反应过程中有热量放出。Zn+2HCl==ZnCl2+H2↑(放热)
③烧杯外壁发冷,温度降低,说明该反应吸收了大量的热。
Ba(OH)2+2NH4Cl ==BaCl2+2NH3↑+2H2O(吸热)
问题:①常见的放热反应有哪些?常见的吸热反应有哪些?
②大家都感受到了吸热反应和放热反应,在生活生产中有哪些应用?
③化学反应为什么会有能量的变化呢?如何从宏观和微观两个不同的角度加以解释。
13.原电池的工作原理
实验原理:原电池是利用氧化还原反应将化学能转化为电能的装置。原电池的工作原理是将氧化还原反应的氧化反应,还原反应分别在两极上进行,还原剂在负极被氧化,失去的电子通过导线传递给正极,氧化剂在正极被还原,得到电子,从而实现化学能到电能的转化。
实验操作:①将锌片与铜片平行插入盛有稀硫酸的烧杯里,观察发生的现象。②用导线把锌片和铜片连接起来,观察发生的现象。③在导线中间接入一个电流计,观察发生的现象。如图所示。
稀硫酸
实验现象及结论:①锌片溶解,锌片上有气泡产生。铜片上无气泡。因为Zn比Cu活泼,Cu不能和稀硫酸发生置换反应,而Zn可以置换出硫酸中的氢:Zn+H2SO4==ZnSO4+H2↑。
②铜片上有气泡产生。因为Zn比Cu活泼,容易失去电子,发生氧化反应,电子沿导线流向铜片,电子流进铜片后,溶液中的氢离子在铜片上得到电子产生氢气,发生还原反应,因而铜片上有气泡产生。
③电流计指针有偏转。说明导线上有电子流过。
装置中,锌片(负极)发生氧化反应,Zn-2e-==Zn2+,铜片(正极)发生还原反应,2H++2e-==H2↑。电子由负极经导线流向正极,整个电路形成回路,产生电流,化学能转变为电能。这就是原电池的工作原理。
总反应方程式:Zn+2H+==Zn2++H2↑。
问题:①如果将上述实验中的“稀硫酸”改为“CuSO4溶液”,其他不变,能否构成原电池?如果再用比锌活泼的镁代替铜片,再用ZnSO4溶液代替CuSO4溶液与锌片组成原电池,锌片上将发生怎样的电极反应?如果将锌片置于盛有ZnSO4溶液的烧杯中,将铜片根置于盛有CuSO4溶液的烧杯中,分别构成两个电极,外电路仍用导线连接,并通过盐桥将两个隔离的电解质溶液连接起来,能否构成原电池?根据上述实验探究,你认为原电池构成的条件是什么?
②在实验室里,用锌跟稀硫酸反应制取氢气时,为什么粗锌比纯锌反应快?为什么向稀硫酸中加入少量硫酸铜溶液能使制取氢气的反应加快?
③曾经有一位格林太太镶了一颗金牙,但有一次因意外事故,她的金牙旁边的一颗牙齿破碎,牙医为她补了一颗不锈钢牙,可是自那次事故以后,格林太太就留下了“后遗症”:经常头疼、夜间失眠、心情烦躁,拜访了很多当时的名医,使用了当时最先进的仪器,都无功而返,后来,一次偶然机会,她遇见了一位年轻的化学家,化学家很快就解除了她的烦恼,你想知道格林太太到底得了什么“怪病”,年轻的化学家用什么方法解除了格林太太的烦恼吗?
④有一银器因日久其表面生成了硫化银而变黑。现有一旧铝锅和足量的食盐水,你采用什么方法能使银器光泽复原?写出有关反应的电极方程式和电池反应式。(利用原电池原理将银器放在盛有足量食盐水的铝锅中,使之与锅底接触,这样就构成了一个铝为负极,硫化银为正极的原电池,放置一段时间后银器即可恢复光亮。负极:2Al-6e-==2Al3+,正极:3Ag2S+6e-==6Ag+3S2-。电池反应为:2Al+3Ag2S+6H2O==6Ag+3H2S↑+2Al(OH)3↓。)