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第12章 氨的喷泉实验的操作和改进

氨的喷泉实验

氨的喷泉实验是中学化学中的常见实验。用注射器进行微型喷泉实验,节省药品,容易操作。苏州大学化学化工学院沈理明老师介绍现行中学化学教材中喷泉实验的装置略作改动,可以使喷泉实验与溶液密度以及化学发光实验结合进行,增加实验的综合性及趣味性。

微型喷泉

取一支中号试管,配上橡皮塞。取一支20mL干燥注射器,活塞上涂上凡士林。配上一枚16号注射针。将注射针穿刺入橡皮塞,装配成-氨气的收集装置。打开橡皮塞,向试管中加入05克氢氧化钠固体,滴入5滴浓氨水,塞上橡皮塞。产生的氨气自动将活塞慢慢向上推。收集20mL氨气。

取下注射器,用另一橡皮塞套住注射器喷嘴。用一根12号注射针刺穿橡皮塞,插进注射器。针头浸入酚酞溶液中。轻轻拉动活塞,使注射器内吸入几滴水,红色喷泉马上形成。用手握住活塞。约有16mL的水喷入注射器内。

说明:①注射器活塞上涂凡士林,目的是为了使装置气密性更好;②喷泉刚形成时,活塞骤然被向内拉动,能直接体验到注射器内部压强的降低。此时一定要固定活塞,以免实验失败;③本实验中制得的氨气是比较干燥的。若氢氧化钠固体的用量增加,制得的氨气更干燥,喷入注射器内水的体积增加。

双色喷泉

取一只400mL烧杯加入585克氯化钠固体及250mL水,搅拌至固体全部溶解。滴入4mL01%酚酞溶液,搅拌均匀,得无色透明的溶液1,在另一400mL烧杯中加入250mL水及4mL01%酚酞溶液,搅拌均匀,得无色透明的溶液2。用一250mL烧瓶收集满干燥氨气,备用。

架成装置。B和C处的橡皮管分别夹上螺旋夹(A处的橡皮管不用夹)。挤压滴管的胶头,使少量水进入烧瓶。旋开B处的螺旋夹,溶液1喷入烧瓶,这时百里酚酞遇氨形成蓝色喷泉。烧瓶内吸入约100mL溶液1后,拧紧B处的螺旋夹。旋开C处的螺旋夹,这时溶液2喷入烧瓶,酚酞遇氨形成红色喷泉。烧瓶内充满两种溶液,下层是密度较大的蓝色溶液,上层为密度较小的红色溶液。两层溶液的交界处呈紫色。

说明:1溶液1中加入氯化钠的目的是增大溶液的密度。本实验中氯化纳浓度为4mol·L-1,与溶液2能较好地分层。若实验装置不移动,有色溶液层可以保持几天不变;2实验结束后,发现上层红色溶液的上部颜色极浅,几近无色。经取样分析,其中氨水浓度小。推测可能是烧瓶内大部分氨已溶于先期喷入的溶液中,所以喷射接近结束时的溶液中溶入的氨较少。

萤光喷泉

用一只250mL烧瓶收集满氨气,备用。

将1克无水碳酸钠溶于15mL蒸馏水中加入005克鲁米诺(Luminol),搅拌溶解。再依次溶解6克碳酸氢铵,02克碳酸氢铵及01克胆矾,用水稀释至250mL,得蓝色透明的溶液1。

将13mL3%过氧化氢用蒸馏水稀释到250mL,得无色透明的溶液2。

架成装置。A处的橡皮管夹上螺旋夹(B和C处不用夹)。使室内光线转暗,挤压滴管的胶头,使少量水进入烧瓶。旋开A处的螺旋夹,溶液1及2在T形管处混合后喷入烧瓶内,产生明亮白色萤光喷泉。该溶液发光可达数分钟。

说明:1化学发光剂鲁米诺为氨基苯二酰一肼。它在碱性条件下被过氧化氢氧化产生萤光(Cu2++等对该反应有催化作用);1及2混合即能产生萤光,实验中氨气对化学发光没有影响。这里主要利用氨溶于水产生的负压,使溶液1及2被同时吸入,混合后进入烧瓶;3本实验中产生的萤光为蓝白色,若向250mL溶液1中滴入10mL01%萤光染料的乙醇溶液,萤光的颜色会发生改变。例如:滴入曙红丫,发出青莲色萤光;滴入萤光黄,发现黄绿色萤光;摘入罗丹明B,发出玫瑰红色萤光。

有趣的三种颜色的氨喷泉

为了提高学生学习的兴趣,为了有助于学生学习氨的性质,我们希望同时制得三个氨喷泉;一个红色的,一个蓝色的和一个白色的。红色的和蓝色的容易制得:酚酞和百里酚酞在碱性的氨溶液中就能产生所期望的颜色;可是白色的却不那么容易制得。我们考虑没有适当的能产生白颜色的酸-碱指示剂,因此我们注意到了沉淀反应。最后,我们采用硝酸铅(Ⅱ)溶液接触气体氨,从而产生我们所期望的白颜色氢氧化铅(Ⅱ)。不过,硝酸铅(Ⅱ)的浓度是十分重要的。溶液太稀,产生的白色微弱;溶液太浓,就会产生不合乎需要的凝乳状沉淀物。经过多次试验后,我们发现002MPb(NO3)2溶液同气态氨在氨喷泉中混合时,会产生十分明显的并且沉淀得不太快的Pb(OH)2沉淀。结果表明是完全符合我们的愿望的。

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