中学化学教学法实验

　　　　　　　　　　　绪论

一、中学化学教学法实验的目的和任务
　　中学化学教学法实验是中学化学教学法课程的重要内容之一。它的目的 是使学生在已有的教育学科和化学专业知识的基础上，根据中学化学实验教 学的要求，初步掌握中学化学实验教学的技能，培养学生独立从事中学化学 实验教学的初步能力，为学生毕业后进行中学化学实验教学和实验研究打下 基础。其基本任务是：
　　1.掌握中学化学教学中某些典型实验的教学方法及某些典型仪器在中学 化学实验教学中的应用；
　　2.培养学生进行中学化学课堂实验的准备和演示、以及为中学生实验作 准备实验的初步能力；
　　3.培养学生根据中学化学教学内容的需要和中学化学实验教学的要求， 以及中学现有设备条件的情况，自行设计和改进中学化学实验、装配实验仪 器的初步能力。

二、中学化学教学法实验对学生的要求
　　中学化学教学法实验的性质和任务与其他化学实验课（例如无机化学实 验课、有机化学实验课、分析化学实验课等）有所不同。首先，后者着重帮 助学生认识和掌握本门学科的基础知识和基本技能；而前者则是作为培养学 生的教学能力的一种途径，它以学生已有的化学基础知识和基本技能为基 础，着重训练和培养学生独立从事中学化学实验教学的基本技能（这可称之 为化学教学法实验的“教学性”）。在教学法实验中，如果仅仅满足于了解 实验所涉及的化学知识和掌握这些实验的操作技能，那就远远未能完成本实 验的任务，而与中学生的实验没有多大区别了。再者，由于化学教学法实验 更多地考虑的是实验的“教学法”因素，即如何成功地将化学实验运用于化 学教学。这就经常会遇到设计或选择教学实验的最优化方案，寻求实验仪器、 药品的代用或实验方法的改革等等，因而必须引导学生进行教学实验的设计 及实验改革的探索等。故此，化学教学法实验具有明显的研究和探索的性质
（这可叫做化学教学法实验的“探究性”）。
有鉴于此，我们特对学习本课的学生提出以下几点要求：
　　1.要以教育学、心理学和中学化学教学法的理论作为指导，把教学理论 与所学的化学知识充分结合起来，解决中学化学实验教学中的具体问题。要 时时处处想到自己是“以中学化学教师的姿态”、为了完成某一教学任务在 做实验；
　　2.要深入钻研实验和相应的中学化学教材的内容。切实理解该实验在教 材中的地位和作用，以及实验本身的基本要求，根据教学的需要和实验条件， 认真、细致地设计实验方案，做到目的明确，步骤具体，成竹在胸；
　　3.要认真参阅有关资料。既要善于吸取前人的成功经验，又要大胆改革， 敢于创新，结合具体条件，完成实验任务；
　　4.要严格要求自己。在实验过程中，要注意训练自已实验操作的规范化。 要注意培养保持整洁、勤俭节约、严肃认真的工作作风，和精细严谨、实事 求是、一丝不苟的科学态度；
5.要认真总结经验，珍惜自已的实验成果。每个实验之后，要按照要求

认真完成实验总结，写出书面总结报告。

实验一 “氧气的性质”演示实验的准备

一、实验目的
　　1.了解“氧气的性质”演示实验在相应教材和教学中的地位和作用，掌 握本实验的操作技术，总结实验成功的关键。
2.初步体会教师应该如何做好预备实验，培养准备演示实验的能力。
3.探索快速演示“氧气的性质”的简易仪器装置及方法。

二、实验题目
1.木炭在氧气中燃烧
2.硫在氧气中燃烧
3.铁丝在氧气中燃烧
4.蜡烛在氧气中燃烧

三、实验步骤
　　1.课前写出预备实验计划根据指定的演示实验题目，钻研初中化学课本 中有关的实验内容和相应的课文，以及参考资料（见后）。分析本实验在初 中化学教材和教学中的地位和作用。写出预备实验计划。（要求包括：实验 题目，演示目的，仪器药品及材料的名称、规格和数量，实验步骤、装置及 操作要点等。）并于实验前交指导教师审阅。
2.进行预备实验。在实验室按计划进行实验，细心操作，仔细观察，反
复研究。注意按演示实验的要求总结本实验成功的关键和注意事项。为此， 在实验研究的过程中，应详细记录实验方法及步骤、实际操作条件（如温度， 压力，湿度，仪器规格，药品纯度，浓度和用量等）、实验现象（包括正常 现象和反常现象）和效果，完成实验所需时间等。
在总结出成功的关键和注意事项，并掌握了本实验的操作技术之后，将
必需的仪器、药品和器材，清洁整齐地排列在实验台上，再报告指导教师检 查、考核。在这次考核中，重点要求清洁、整齐、操作规范、现象鲜明，迅 速得出实验结果、不发生安全事故。
3.探索快速演示“氧气的性质”的简易仪器装置及方法。
　　在做好以上预备实验的基础上，进一步为在缺少仪器、药品的条件下能 做出“氧气的性质”演示实验探索简易仪器装置及方法，研究自制仪器、药 品或代用品。
　　首先，利用横口管进行“氧气的性质”实验（操作方法见参考资料，已 有文献介绍自制和使用横口管的经验），研究、总结用横口管代替常用化学 仪器做实验的优缺点。然后本着自力更生、因陋就简而又不失科学性的原则， 提出自己设想的简易仪器装置和方法的合理方案，或提出自制仪器、药品以 及代用品的设计方案。
4.按照下列讨论题目进行总结，写出书面报告。 讨论题目：
　　（1）对上列四个演示实验，分别按直观、简单、安全、可靠的要求，总 结出保证实验成功的条件、关键和注意事项。
　　（2）横口管用在“氧气的性质”演示实验中有哪些优缺点？你在探索快 速演示“氧气的性质”的简易仪器装置和方法以及仪器、药品的自制或代用
　　
等方面有什么设想？
　　（3）试比较教师备课中进行演示实验的预备实验与学生学习中进行的实 验，二者的目的要求有哪些相同点和不同点？

四、参考资料
1.有关实验操作中的一些问题。 在演示氧气的化学性质时，须事前收集多瓶氧气，如要临时充氧气，最
好用贮气瓶，因为用贮气瓶供氧气迅速方便。 各种物质在盛有氧气的集气瓶里燃烧时，反应都比较剧烈，放出大量的
热，以致集气瓶往往容易破裂，所以要选用较大的（250ml）集气瓶；用来燃 烧的物质取量不宜太多（例如硫或磷，约取绿豆粒大小的一粒就够了）；演 示时还要注意不可让燃着的物质以及盛燃烧物质的燃烧匙和瓶壁接触；用来 燃烧铁丝的一瓶氧气，预先装入瓶中的水或细砂铺在瓶底的厚度可约在 2—
3cm 之间。 木炭在氧气里燃烧须事先把木炭燃红。若将木炭放入燃烧匙内在空气里
则很难烧红，以致拖延演示时间。若用镊子夹取一小块木炭在酒精灯焰上烧 红，然后用嘴吹旺，再放入燃烧匙里伸入盛有氧气的集气瓶中试验，则可节 约演示时间。将点燃的物质放进盛氧气的集气瓶里时，必须要从瓶的口部燃 起，慢慢地伸到瓶底，这样做有两个好处：第一，可以使集气瓶的瓶壁受热 均匀；第二，可以利用全部氧气，使燃烧的时间延长，效果明显。鉴定燃烧 生成的二氧化碳要用新制的、饱和的、澄清的石灰水，因为石灰水放置过久， 其中的氢氧化钙会与空气中的二氧化碳起反应而失效。浓度小的石灰水遇到 较多的二氧化碳容易生成可溶性的碳酸氢钙，使开始时出现的浑浊，一会儿 又变得澄清了。
在氧气里燃烧硫、磷、钠等一般都要用燃烧匙。为了防止燃烧匙被烧坏，
并且使用过的燃烧匙易于洗净，在燃烧匙的底部可先铺上一层石棉绒或一块 石棉纸，也可以先放一些砂子。但要注意，如果燃烧的火焰未呈现预期的颜 色，就要考虑燃烧匙中是否混入了影响焰色的杂质。燃烧匙的柄，最好是穿 在一块圆形小木片或厚纸板中央的小孔里。实验时，使小木片或厚纸板盖在 集气瓶口上，这样可以防止燃烧生成的有毒气体大量逸出。磷在氧气里燃烧 时会发出耀眼的光亮、若取用白磷，则将它在水中切取一 5 小块，从水中取出后，须用滤纸将其表面的水充分吸干，然后再放入燃烧匙 内。置于氧气瓶中，再用灼热的玻璃棒头接触使之着火。若白磷附有水，则 在燃烧时常常向四处喷射飞沫，飞沫附着在瓶壁上又燃烧起来，因而容易使 玻璃瓶炸裂。实验完毕后，如果还有燃着的硫或磷，应该立即把它浸在冷水 里，使之熄灭。或者把它拿到通风的地方燃烧完。
　　要使铁丝在氧气里燃烧，用来燃烧的铁丝应相当的细，并须事先用砂纸 擦去铁锈，再把它烧红。但是当铁丝在火焰上烧红后移出火焰时，它就很快 冷却了，为了顺利地做好这个实验，可把一段长 15cm 左右并经擦光的细铁丝 绕成螺旋形，将其一端紧系在一根较粗的铁丝（或木条）上，而另一端必须 连接着一种易燃的物质（用一小团蘸有酒精的棉花、或一小块软木，或一段 火柴梗等都可以）。先把易燃物点燃，待大部分燃完时，再把铁丝伸进氧气 瓶里。当易燃物烧尽，铁丝烧着时，就见有火花向四面飞射。应注意观察生 成物的颜色和状态。
　　
　　蜡烛在氧气里燃烧，要确证有水生成，所用的氧气和集气瓶都应该是干 燥的。因此，这瓶氧气应该用排气法收集，集气瓶也应事先烘干。所用蜡烛 应尽可能短小一些，反应结束后，应注意检验生成物。
2.利用横口管进行“氧气的性质”实验的装置和操作简图。
（1）木炭在氧气中燃烧 药品及用量：
①氯酸钾约 1g、二氧化锰约为氯酸钾重量的 1/3。
②澄清石灰水适量。
③木炭条。
（2）硫在氧气中燃烧 药品及用量：


















①氯酸钾和二氧化锰用量同（1）。
　　②把硫粉粘附在玻璃棒上。方法是：取一支干燥清洁的玻璃棒，在酒精 灯焰上把一端预热，然后插入硫粉中，则硫粉粘附在玻璃棒上，备实验使用
（注意：玻璃棒温度不宜太高，否则硫粉熔融，反而不易粘上）。
③蒸馏水适量。
（3）铁丝在氧气中燃烧 药品及用量：
①氯酸钾和二氧化锰用量同（1）。
②细河沙适量。
③细铁丝。
（4）蜡烛在氧气中燃烧 药品及用量：


①氯酸钾和二氧化锰用量同（1）。
②蜡烛（按需要大小自制小蜡烛）。
③澄清石灰水适量。
（5）氧气的性质连续操作实验 连续操作步骤如下：①如图试验木炭在氧气中燃烧。②取去上面的小横
口管，再将带火星的铁丝插入大横口管中，试验铁丝在氧气中燃烧。③取去
大横口管，再将燃着硫的玻璃棒伸入产生氧气的大试管中，试验硫在氧气中 燃烧。（注意，勿使硫掉入管底）。
注：1.不要使氧气发生得太猛，可用移动酒精灯的办法控制氧气发生的
速度。
2.除用氯酸钾和二氧化锰混和加热产生氧气外，亦可采用高锰酸钾分解 产生氧气。



















参考文献
1 四川师范学院化学系编印，中学化学实验，第一册（1980）。
2 罗彦茹、桂正良、杨盛书、“横口管快速实验法”，化学教育，5，（1980）。
3 卢瑞，“用自制仪器开展化学实验，”化学教学，2，（1980）。

实验二“电解水”实验的准备和演示

一、实验目的
1.掌握“电解水”演示实验的操作技术；
2.探索水电解器（霍夫曼电解器）的代用装置；
　　3.培养学生“以教师的姿态”做好演示实验的预备实验以及进行演示的 初步能力。

二、实验题目
电解水

三、实验步骤
1.课前写出预备实验计划和演示（试讲）计划 钻研初中化学课本中电解水这个演示实验的内容和相应的课文以及本实
验后列的参考资料。根据中学化学教学大纲的精神分析本实验在初中化学教 材和教学中的地位和作用。写出预备实验计划和演示（试讲）计划，于实验 前交指导教师审阅。预备实验计划的要求见实验一，并参阅本实验的步骤 2。 演示（试讲）计划相当于教案中教学过程的一个片段，其内容可包括：演示 和讲授的课题（写出段落标题），如何引入本段课文的讲解（写出引言）， 如何交待演示实验的目的（简述实验目的），如何安装仪器并向学生说明实 验装置的构造和作用（画出装置图，写出讲述要点），如何演示及指导学生 观察（简述操作步骤，列出观察要点），如何根据实验现象分析、归纳得出 结论（写出讲授提纲）等。
2.进行预备实验
　　实验过程中的要求和注意事项同实验一，且特别要注意本实验中各实验 装置、实验条件和实验效果的比较和总结。
（1）实验操作及效果的初步体验
采用霍夫曼电解器作实验装置，以 1：10 的 H2SO4 溶液作电解液，用 6V
的直流电源进行电解实验。观察和记录两极产生气泡的大小及速度、收得可 检验量的氢气（约 15ml）所需的时间、所收得的氢气和氧气的体积比以及检 验氢气和氧气的直观效果、操作是否简便等。
运用上述装置，将直流电压依次升高到 12V 和 18V 分别进行实验。注意
练习实验操作，对比电解速度及直观效果。
（2）实验条件的探索及实验装置的代用试验。
i、按本书图 2—2 的装置，以 1：10 的 H2SO4 溶液为电解液，直流电压
6V，分别用保险丝（或铅棒）、石墨捧（干电池芯）、铜片作电极，依次进 行电解实验。观察和记录的要求同前，并注意相互对比。
ii、仍按上述图 2—2 的装置，以 10％的 NaOH 溶液为电解液，直流电压
6V，用铁钉（或粗铁丝）作电极进行电解实验。观察和记录的要求同前。改 变两只电极之间的距离（由最远移到最近，但两极不可相碰而短路），观察 和比较两电极之间距离的改变对电解速度的影响。
问：如果将电解液稀释，电解速度将如何变化？ 实验装置不变，将铁电极先后换成石墨电极和铜片电极，分别进行电解
实验，按以上同样的要求进行观察和记录。

通过以上各次实验，试讨论小结下列问题：
　　a、是否用任何材料作电极、配以任何溶液作电解液，都适用于电解水（证 明水的组成）的演示实验？
b、影响电解速度的主要因素有哪些？
　　c、在某些实验中，所得氢气和氧气的体积比远远偏离 2∶1，其原因何 在？
　　d、如果让你自行设计一种霍夫曼电解器的代用装置，原则上应考虑哪些 方面的问题？
　　iii、用本书图 2－7 所示的双管电解器（任取一种），以 10％的 NaOH 溶液作电解液，直流电压 6V，进行电解实验。正式实验之前应预先电解一次， 对阳极和电解液分别进行氧化和氧气饱和的处理。正式电解时观察和记录的 要求同前。
　　按直观、简单、安全、可靠等演示实验的基本条件，选择并准备一套电 解水的演示实验装置以及所需的药品和材料，供演示（试讲）之用
3.电解水实验的演示（试讲） 以小组为单位，在小组内轮流演示试讲。小组成员互相观摩，并进行评
议，提出优缺点及改进意见。
4.按照下列讨论题目写出书面总结 讨论题目：
（1）整理实验记录，总结获得电解水的演示实验较佳效果的条件、关键
和注意事项。选择或设计一套较优的霍夫曼电解器代用装置，画出装置图， 简述操作步骤及注意事项，阐明装置的优点或（和）进一步改进的意见。
（2）演示实验的准备与其后的课堂演示之间的关系如何？在进行演示的
过程中，应遵循哪些基本要求？试谈谈你自己的体会。

四、参考资料
　　实验室电解水常用的装置是“霍夫曼电解器”，它是由两支有刻度的玻 璃管和一支球形漏斗管用三通管相联通而组成的。两支刻度玻璃管的上端各 有一个活塞，而其下端均嵌有白金电极。
演示前打开两刻度玻璃管的活塞，往球形漏斗里先倒入浓度为 1.5％的
硫酸溶液，以浸没两个铂电极为度。再倒入清水，待两支刻度玻璃管中的液 体即将升到活塞时，加水的速度应放慢，使液面稍超过两个活塞，然后将活 塞关闭，伸入卷成细条的滤纸吸去超过活塞部分的水。
若用 1∶10 的硫酸溶液作电解液（不再稀释），可加快电解速度。 电解时使用 6—18V 的直流电源，电源的电压较高时，电解的速度也较
快。
　　为了便于检验电解所得的氢气和氧气，须在气体体积大的那支刻度玻璃 管（与阴极相连的那一支）的上端，用橡皮管接上一根弯曲的尖嘴管；而在 另一支刻度玻璃管（与阳极相连的那一支）的上端，用橡皮管接上一个空的 球形干燥管。检验氢气和氧气时，把带余烬的木条伸入空的球形干燥管中， 旋开此刻度管上的活塞，即见木条复燃，证明阳极放出的是氧气。用干燥的 小试管罩在另一支弯曲的尖咀管上，旋开此刻度管上的活塞，用排空气法收 集气体，移至火焰上燃烧，以证明它是氢气。
用霍夫曼电解器电解水所得的氢气和氧气其体积比为 2∶1，用以证明水

的组成是较理想的，但在一般中学，很难找到这种装置。故中学化学教师自 制了多种代用装置，现选列几种，如图 2－1 至图 2—5 所示。











































在所列各装置中，图 2－1 的装置最接近于霍夫曼电解器。图 2—2 和图
2－3 的装置较简单，但在将收集气体的试管放入或取出电解液时，手会被溶 液所粘污而受腐蚀。为了克服这一缺点，可事先将集气管按管口的大小配一 个胶塞，并使胶塞固定在一段粗铁丝的一端，再按需要弯成适当的角度（使 呈钩形）如图 2－6，即得一带柄胶塞。当将集气管放入或取出电解液时，都 事先用此胶塞将管口塞住，以代替手的作用。图 2—4 和图 2－5 装置的特点 是将制得的氢气和氧气用导管导出后再收集。但装置内的空气无法事先排 尽，是其缺点。
　　在各种电极材料中，以铂电极为最好。它不受氧化，氢和氧在铂电极上 的超电压都小。钨、钼电极也较好（用铂、钨、钼做电极材料均采用酸性电 解液）。然而这些材料在一般的中学里不易找到。因而在自制电解器中，多 采用其它金属材料作电极。据验证，当采用 5—10％的 NaOH 或 KOH 溶液作电 解液时，铁钉或粗铁丝、不锈钢片等是较好的电极材料，因为在这种条件下 进行电解，这些电极的阳极表面能形成难溶的保护膜，这就避免了电极材料 在电解过程中不断被氧化、溶解，不至于使生成的氧气又被消耗掉。如果用
　　
1∶10 的 H2SO4 作电解液，则可以用铅棒或保险丝作电极。总之，用非铂材料 作电极时，电极材料与电解液的匹配非常重要。其基本原则是，所选的电极 材料应不与所用的电解液起化学反应，且在电解时能在阳极表面形成不溶于 该电解液的保护膜。例如，铁在碱性溶液中是比较好的电极材料，但在酸性 溶液中则不行。因为一方面铁要与酸反应置换出氢，同时，在电解时，作为 阳极的铁又要不断被氧化而溶解在酸中，使氧气生成的量大大减少。无论采 用酸或碱作电解液，都不宜采用铜或碳棒作电极。前者在电解时其阳极要不 断地被氧化溶解减少氧气的生成；后者的超电压高，对气体的吸附作用强， 产气慢。








用自制的水电解器电解水，所收集到的氢气和氧气的体积比往往不等于
2∶1，氧气的体积比理论值要小。其主要原因是：第一，阳极材料被氧化要 消耗一部分氧，第二，在相同温度下，氧气的溶解度比氢气的大。例如，在
20℃时，氧气的溶解度为 31ml/L，而氢气为 18.2ml/L；第三，两极的电流效
率可能不同。改进的方法是：第一，注意电极材料与电解液的匹配，并将两 极固定使用（给阳极套上一段红色塑料软管作为标记）。在正式演示之前先 进行一次电解，使阳极表面氧化而形成保护膜，在正式演示时仍以该极作为 阳极；第二，电解开始后暂不收集，使气体在电解液中饱和。或事先用氧气
使电解液饱和；第三，所用 H2SO4 或 NaOH 等电解质应尽可能纯净。
　　经多年来的使用证明，在各种自制的水电解器中，“双管电解器”具有 易于观察、操作方便、电解速度快、所得氢气与氧气体的体积比接近于 2∶1 等优点。图 2—7 是这种装置的几种形式。
双管电解器 A，是一只直径 1.5—2cm、臂长 15—20cm 的特制 U 形管，其
弯曲处接有三个支管。两侧的支管中各插入一根套有极小橡皮塞（由钻孔时 所得的胶塞芯作成）的大铁钉作电极。中心支管为排液管，其尾端套一段带 弹簧夹的乳胶管。装置应不漏气不漏液。
实验时将电解器夹持在铁架台上。在排液管的下面，放一只空的烧杯。
夹好排液管上的弹簧夹，拔开上口的两只胶塞，向电解器中注入 10％左右的 NaOH 溶液至满，将上口的两只胶塞塞紧，管内应不留气泡。打开弹簧夹，此 时，如果上口的胶塞确实是塞紧了，则由于大气压力的作用，电解器中的溶 液不会自动流出。接通 6V 直流电源，两极上立即有气泡产生，气体分别汇集 于两臂管中，并将溶液由排液管排出，滴入事先放好的烧杯中。约 3 分钟左 右，可得氢气 l2ml，同时得氧气 6ml 左右。停止通电，夹好弹簧夹。先拔开 阳极一边管口的胶塞，用带有余烬的木条伸入管内检验收得的氧气；再用燃 着的木条移近阴极一边的管口，拔开胶塞，点燃以检验氢气。
　　在正式演示之前，应预先进行一次电解，使阳极表面形成保护膜，并将 两极做上标记，以便以后固定使用。同时，将电解液用氧气饱和。这是保证 氢气与氧气的体积比为 2∶1 的必要措施。
双管电解器 B，是用一只 250ml 广口瓶和两支无底的、大小相同的中号

试管（15mm×150mm）装配而成。在瓶口的胶塞上并排地钻两个大小与试管匹 配的孔，把试管的底端插入塞孔，管的下沿不要超过塞子的下底面，以免装 电解液时瓶内留下气泡。用两段粗铁丝从塞面穿入瓶内，并使其下端弯转分 别伸入两支试管内作电极。处于试管以外部分的铁丝应该用胶套管套住，并 用石腊封严，使之不与电解液接触。在塞面上另钻一个小孔，装一根直角玻 璃导管，并联接一段带弹簧夹的乳胶管作为排液管，瓶塞的截面如图 2—8 所示。

























电解前先在广口瓶内装满 10％NaOH 溶液，塞紧瓶口的胶塞，注意瓶内不
能留有气泡。以下的操作与双管电解器 A 的操作完全相同。
　　由于电解器 B 的材料易得，制作简便，电解时可直接摆放在讲台上，勿 须用铁架台，操作甚为方便。
双管电解器 C 的结构与 B 相似，容器部分为一只截去底部的广口瓶作成。

参考文献
　　1.A·A·格拉别兹基著，程观楚译，《化学实验》，上海教育出版社， 第 52—55 页（1959）。
2.费立特著，《中学化学实验的技术和教学法》，人民教育出版社，第
145—147 页（1955）。
　　3.金立藩、马经德编著，《中学化学课堂实验》上册，上海教育出版社， 第 90—97 页（1979）。
4.凌祖颐编著，《中学化学教学中的实验》，上海教育出版社，第 78—
79 页（1962）。
　　5.四川师范学院化学系编，《初中化学教学演示实验》，四川人民出版 社，第 67—72 页（1974）。
　　
实验三“氢气”演示实验的准备

一、实验目的
　　1.掌握氢气的制法和性质实验的操作技术，探讨本实验的鲜明、生动、 直观的演示方法和安全注意事项；
2.探索启普发生器的代用装置；
3.进一步培养学生做好演示实验的预备实验的能力。

二、实验题目
1.氢气的实验室制法
2.用氢气流吹肥皂泡
3.氢气在空气里燃烧
4.氢气和氧气的爆炸实验
5.检验氢气纯度的实验
6.氢气在氯气里燃烧
7.氢气还原氧化铜

三、实验步骤
1.课前写好预备实验计划 在深入钻研实验内容和相应的课文以及参考资料的基础上，写出预备实
验计划（要求见实验一）于实验之前交指导教师审阅。
2.进行预备实验 在实验的过程中，应特别注意总结有关基本操作的规范化，演示效果，
操作中的安全注意事项，以及有关实验的改革方案等。例如，注意启普发生
器的使用、氢气纯度的检验，氢气还原氧化铜实验等有关操作规范化的训练； 氢气在普通玻璃管嘴上燃烧时，其火焰常常为黄色，可用石英玻璃管嘴 或铝质管嘴代替普通玻璃管嘴，这时氢气火焰为淡蓝色，可改善该实验的效
果；
　　由启普发生器中导出的氢气，若直接点火燃烧，假若氢气不纯，可能引 起爆炸事故。可将导出的氢气先通过一个安全燃烧装置，然后再进行燃烧实 验，就不会再有危险；
用铁皮罐头盒做氢、氧混合气体的爆炸实验，常使学生产生畏惧心理。
可将铁皮罐头盒改为纸筒，或将氢氧混和气体鼓入肥皂泡中进行爆炸实验。
3.按以下讨论题目写出书面总结 讨论题目：
（1）系统总结氢气的制法和性质实验的演示技术及安全注意事项。
　　（2）在氢气的制法和性质实验的演示过程中，如何对中学生进行安全与 危险的辩证关系的教育。

四、参考资料
1.启普发生器的结构和用法
启普发生器是由球形漏斗 1，球形和半球形容器 2（又称底座）和导气管
3 等三部分组成（如图 3—1）。容器的球形部分有两个开口，正上方的开口 是球形漏斗插入的孔道，旁边的一个是气体的出口，用橡皮塞连接导气管，

半球部分旁侧的口是倾倒废液用的，用磨砂玻璃塞塞紧。球形漏斗的长颈几 乎伸到半球体的底部，它与球形容器上口的相接处是磨砂的，很密合，以防 漏气。
在使用时应先检查是否漏气。取下球形漏斗和导气管上的玻璃活塞，在 其上的磨砂部位涂上一层薄薄的凡士林，然后照原样塞紧，转动数次，打开 导气管上的活塞，从球形漏斗的上口加入自来水。当水进入容器 2 并封闭球 形漏斗的下口时，关闭导气管上的活塞，再往球形漏斗内加水，使球形漏斗 中的水位高于容器 2 中的水位。静置数分钟，观察球形漏斗中的水位是否下 降，若水位下降，说明漏气。必须找出原因加以纠正。倒出自来水，按原样 安装好。









　　把锌粒装入启普发生器，一般可采用下列手续：先将球形漏斗从容器 2 中抽出，把容器 2 横放在桌上，再把锌粒从上口放进容器 2 的球形部分里， 切勿使锌粒落入容器下部的半球形部分。然后将球形漏斗按原样插回。再把 整个装置直立起来。这时锌粒的大小如果适中，就都嵌在球形漏斗管与容器
2 颈部之间的缝隙的上面。如果此处的缝隙太宽，为了避免锌粒下落，可事
先用一块带小孔的圆环形橡皮垫套在球形漏斗管上（或在容器 2 的颈部填上 一些玻璃棉），当将球形漏斗插入容器 2 时，使橡皮垫（或玻璃棉）恰好盖
（或填塞）在容器 2 的颈部。这样既可阻止锌粒下落，又可以使酸液从小孔
（或缝隙）自由通过。
也有人主张拔开带导气管 3 的橡皮塞，从此处装入锌粒。 为了减少酸的用量，可在容器 2 的半球形部分装入玻璃珠或碎玻璃，用
以占据一部分空间。
制备气体的操作可按下述步骤进行：装好锌粒后，打开导气管的活塞，
将 3mol/L 的稀硫酸由球形漏斗注入发生器，酸液沿漏斗管流入容器 2 的半球 形部分，再升到中间的球形容器里。当酸液刚好浸没锌粒后，停止加酸。这 时锌与酸反应产生氢气，氢气由导气管导出。如果关闭导气管的活塞，生成 的氢气使球形容器里的压强增大，将酸液经底部半球形容器压入球形漏斗 中，使酸与锌粒分开，反应停止。用启普发生器制备气体，有“要用即来， 不用即止”的优点。
　　凡是用块状固体跟液体反应以制备气体，且反应时不需加热者，都可利 用启普发生器。
　　在制取氢气的过程中，如果中途需要添加锌粒，可关闭导气管上的活塞， 当酸液与锌粒脱离接触后，用橡皮塞将球形漏斗的上口塞紧，再拔下带导气 管的橡皮塞。这时由于大气的压力，漏斗中的硫酸不会流入容器 2，所以可 将锌粒从塞导气管的开口处加入。加好锌粒后，塞紧带导气管的橡皮塞，拔 下球形漏斗口上的橡皮塞，即可继续使用（须重新检查氢气纯度）。如果中 途要更换酸液，可在锌粒与酸液分开（方法如前）的情况下，用橡皮塞将球 形漏斗的上口塞紧，然后将启普发生器放在玻璃水槽或废液缸的边沿上，拔
　　
下容器 2 下部侧口的玻璃塞，再慢慢地拔开球形漏斗上口的橡皮塞，用控制 空气进入球形漏斗的速度来控制废酸流出的速度，待废酸放完后，塞上容器
2 下部侧口的玻璃塞，再从顶部加入新酸。
2.有关操作中的一些注意事项 在检验氢气纯度时须特别注意的是，当用试管接向下排空气法收集氢气
检验后，若须再次收集检验，则必须用拇指按住试管口一会儿后再收集，或 者换用另一支试管收集。因为第一次检验之后，试管内可能仍有氢气在燃烧
（它颜色浅淡，不易观察出来），若将它立即拿去再收集氢气，就会将导气 管口的氢气点燃。如果这时启普发生器内的氢气还未纯净，就会引起爆炸事 故。
　　收集氢气可用排水法和向下排空气法。但用排空气法难以判断氢气是否 已经收满，且气流较小时收得的氢气常不够纯净，故无特别要求时，一般以 排水法收集较好。
　　在用氢气流吹肥皂泡的实验中，肥皂液中不能有固态微粒存在。可称取 肥皂或洗衣粉 1g 于蒸发皿中，加蒸馏水 30—40ml，使之充分溶和。为了增 加肥皂液的粘性及肥皂泡膜的坚固性，可再往肥皂液中加入 2—3ml 甘油。 欲要吹出又大又好的肥皂泡，必须用相当强的氢气流。氢气流出口处应 安装特别的管嘴，如尾接管、球形干燥管、毛笔的竹制笔帽等。口径宜稍大， 边缘应平整圆滑。毛笔的竹笔帽是比较理想的管嘴。因它的摩擦系数较大， 吹成的肥皂泡不易在它的上端滑动，而且它一端的孔较小，另一端（与肥皂
泡接触）较大，肥皂液沿管的内壁逐渐扩大，容易吹成气泡，不易破裂。
使肥皂泡很好地脱离管嘴是实验成功的又一关键。这步操作可用手轻轻 向肥皂泡扇动，或用嘴轻吹，或抖动一下管嘴等方法。上述方法如果操作不 当，肥皂泡会因受压不均而破裂。如果用一支尖嘴玻璃管以水平方向对准氢 气泡与管嘴的附着处，轻轻一吹，（如图 3—2）则因泡只有一小部份受到压 力而易于脱离开来，用这种方法吹一个成一个。











　　要使充氢的肥皂泡能上升，泡宜大，膜宜薄，泡下不挂液滴，氢气中应 不含或少含水蒸气。
　　氢气在空气中燃烧产生淡蓝色火焰，但如果所用的燃烧管嘴是普通玻璃 的，会由于玻璃中的钠离子而使火焰变成黄色。为了避免这一弊病，燃烧的 管嘴可改用石英玻璃管、铝管等，且预先用蒸馏水彻底洗净。为了使罩在火 焰上方的烧杯较快地出现水珠，所用的烧杯宜稍大一些，氢气流不宜过急， 火焰不宜过大，否则因温度迅速升高，水蒸气不易凝结。气温对这个实验的 效果也有很大的影响，炎夏季节的实验效果往往不及严冬时的好。
　　从启普发生器中导出的氢气，如果通过安全燃烧装置后再点火燃烧，就 可避免因氢气不纯而造成的爆炸危险。安全燃烧装置如图 3—2 所示。倒置的 漏斗，其口部边缘正好浸入水面（不可浸入太深）。漏斗口下方的导气管端，
　　
必须较深地浸没在水里，切勿露出水面。当氢气由启普发生器导出来时，它 冒出水面在漏斗中聚集，然后从漏斗管放出。估计漏斗中的空气已经排尽（约
1—2 分钟）后，即可在连接在漏斗管上的尖嘴管口点火燃烧。如果氢气纯净， 自会安静地燃烧；即使氢气不纯，因漏斗中的混和气体量较少，爆炸时可将 封闭漏斗口的水排开也不会发生危险，更不会引起启普发生器爆炸。









　　做氢、氧混和气体的爆炸实验所用的集气瓶应该没有裂痕或擦伤的痕 迹，且一定要用毛巾包裹。在移开玻璃片进行燃点时，必须迅速使瓶口完全 敞开。假如玻璃片盖住半个瓶口，气体爆炸时就可能将玻璃片炸碎而伤人。 在瓷蒸发皿或敞口的金属浅皿中，盛少量肥皂水（约 3—5ml），然后将 氢氧混和气体用一支尖嘴导气管通入其中，皿内就会产生大量的充满氢氧混 和气体的肥皂泡，用火点燃这些气泡，就能听见响亮的爆炸声。这个实验既 安全效果又好。所用的氢氧混和气体最好由电解水而获得，因氢、氧气体的 混和比刚好是 2∶1，爆炸力极强，只需少量就能获得满意的实验效果。制备 氢氧混和气体的装置如图 3—4 所示。接通 6—9V 的直流电源，电解产生的氢 气和氧气在瓶颈部分混和，然后由尖嘴玻璃导管导出。估计瓶颈部分原有的
空气排尽之后（约 1—2 分钟），再将混和气体通入肥皂液中。
用氢气还原氧化铜的实验所用的氧化铜最好少一些。把它铺在试管底成 一薄层。实验开始时必须先通入纯氢，将管内空气排尽后才能加热，以防氢 氧混和气体燃烧爆炸。实验中氢气要足，温度要高。结束时应先停止加热， 并继续通氢，使生成的铜在氢气流中冷却，以免灼热的铜在空气中再行氧化。 生成的铜常为红色粉末状，不易被学生认别，但管壁上有一层赤色的有金属 光泽的铜，则很明显。若事先在氧化铜粉末中加少量水并调成糊状，用玻璃 棒使之紧附于试管内壁（或将试管内壁盛氧化铜处用少量水使之润湿，再加 入氧化铜粉末，使之附着在管壁上），然后再如上法通入氢气使之还原，会 在试管壁上形成光亮的铜镜，现象非常直观。








3.简易启普发生器的自制 根据启普发生器的原理，可以自制多种简易装置，下列几种，是其中的
一部分。
　　图 3—5A 是自制装置中的一种。装置中的有孔橡皮垫不宜放得太高，应 考虑到酸的总用量以不超过长颈漏斗的总容量为宜。
　　在图 3—5 B 的装置中，试管的底部有一小孔。使用时将试管向下插入， 酸自试管底的小孔进入。不用时将试管向上提起，酸液自会流出。在这一装 置中，固定试管的塞子不宜塞得太紧，最好在塞子的边缘留一个缺口，或用
　　
硬纸板固定试管。
　　在图 3—5 C 的装置中，带孔的橡皮垫位置不宜太高，使用时打开弹簧 夹使酸跟锌粒接触，不用时关闭，靠气体的压力把酸压到“U”形管的另一臂 中。
在图 3—5D 的装置中，在干燥管内放一块有孔橡皮垫或一团玻璃纤维， 再将锌粒置于干燥管中。不用时关闭橡皮管夹，产生的氢气将酸从干燥管内 压出，反应就停止了。

























参考文献
1.费立特著，《中学化学实验的技术和教学法》，人民教育出版社第 143
—160 页（1955）。
　　2.金立藩、马经德编著，《中学化学课堂实验》上册，上海教育出版社， 第 97—112 页（1979）。
3.凌祖颐编著，《中学化学教育中的实验》，上海教育出版社，第 76—
77 页（1962）。
　　4.四川师范学院化学系编，《初中化学教学演示实验》，四川人民出版 社，第 72—81 页（1974）。
　　
实验四 “甲烷”、“乙烯”、“乙炔”演示实验的准备

一、实验目的
1.掌握甲烷、乙烯、乙炔的制法和性质实验的成功关键及演示技术；
2.根据有机化学反应的特点，总结演示有机化学实验应注意哪些问题。

二、实验题目
1.甲烷 甲烷的制备 甲烷的稳定性
甲烷的取代反应 甲烷的氧化反应
2.乙烯 乙烯的制备
乙烯的加成反应 乙烯的氧化反应
3.乙炔 乙炔的制备
乙炔的氧化反应
乙炔的加成反应

三、实验步骤
　　1.写出预备实验计划课前按照上列的实验题目，对照并深入钻研高中化 学课本中相应的演示实验内容和有关课文，参阅本实验后列的有关参考资 料，写出预备实验计划（要求同前），交指导教师审阅。
2.进行预备实验
　　在本次实验中，应特别注意甲烷、乙烯、乙炔在制法和性质方面的特点、 共同性及区别。通过实验注意掌握甲烷、乙烯和乙炔实验的演示要点和成功 关键。
3.根据讨论题目写出书面总结
讨论题目：
（1）做好甲烷、乙烯和乙炔实验的演示要点和成功关键。
（2）根据有机化学反应的特点，演示有机化学实验时应注意哪些问题。

四、参考资料
1.甲烷的制备 在制备甲烷的装置中，盛无水醋酸钠和碱石灰的试管其管口必须稍低于
管底，否则，凝聚的水倒流，会使灼热的试管炸裂。 所用的碱石灰必须是干燥的。碱石灰中的消石灰并不直接参加反应，加
入消石灰的目的是为了吸湿，防止氢氧化钠潮解，这样有利于甲烷的生成。 如果没有碱石灰，可以自制。其制法是在铁制容器或瓷蒸发皿中，放入 2 份 重量的生石灰粉末和 1 份重量饱和的烧碱溶液，充分混和然后加热蒸发至 干，再继续煅烧数分钟后，研碎，即得碱石灰。贮于干燥的瓶中备用。或者， 取二份重量的未吸水的块状生石灰，研成粉末，与一份重量的粒状 NaOH 混

和，现和现用，效果很好。 如果实验室只有结晶醋酸钠（CH3COONa·3H2O），可将结晶醋酸钠放在
蒸发皿中加热除去结晶水。结晶醋酸钠的熔点是 58℃，在 123℃失去结晶水。 因此，当加热到 58℃时，开始熔化为液体。这时，晶体容易向外飞溅，操作 时要用玻璃棒不断搅拌，使它受热均匀。当加热到 123℃时开始失去结晶水， 慢慢地由液体变为粉末状的无水醋酸钠。到气泡停止时，应停止加热，但仍 须继续搅拌，至冷却为止，避免结成硬块粘结在蒸发皿内。制得的无水醋酸 钠应研细后贮藏于密闭的瓶中备用。市售的无水醋酸钠也难免吸有水分，使 用的前一天应重新加热进行除水处理，
反应物是否干燥无水，是本实验最重要的成败关键之一。 醋酸钠与碱石灰反应，必须加热才能发生。但过份的强热会发生副反应，
生成丙酮、乙烷、不饱和烃以及二氧化碳等物质。例如：

　　这些生成物。在试验甲烷的性质时，使甲烷的火焰出现丙酮的焰色，以 及使溴水或高锰酸钾溶液褪色等，造成实验现象异常。因此，在制备甲烷时， 最好把生成的气体先后通过碱溶液和浓硫酸的洗气瓶，以洗掉这些杂质，然 后再行使用，或贮存在贮气瓶里备用。2.甲烷的性质试验甲烷的稳定性，可 将甲烷通入高锰酸钾溶液或溴水。高锰酸钾溶液的浓度可以是 0.002mol/L， 溴水以淡黄色为宜。若用溴水，通入的时间不宜过长，否则因溴易挥发，它 可被甲烷气流带走。溶液也会褪色。点燃甲烷之前，必须检查甲烷的纯度。 因为甲烷与空气混和物中甲烷占 5％—15％，或甲烷与氧气混和物中甲烷占
5.4%—59.2％时，都会发生爆炸。欲试验甲烷与氧气混和物的爆炸，甲烷与
氧气混和比以 1∶2（体积）为最好。若为空气，可用 1 体积甲烷与 10 体积 空气混和，但效果不如用氧气好。
3.乙烯的制备
用乙醇与浓硫酸共热脱水来制备乙烯，其反应过程中先生成硫酸氢乙 酯，在 150℃以上硫酸氢乙酯开始分解而产生乙烯：









在上列反应中有四个值得注意的问题： 第一，生成硫酸氢乙酯的反应是可逆的，反应混和物中会有乙醇的存在，
当加热时，乙醇会与生成的乙烯一同逸出。在实验中为了尽可能使平衡向正 反应方向移动以减少乙醇的逸出，通常是加入过量的硫酸，使浓硫酸与乙醇 的体积比为 3∶1。
第二，乙醇与浓硫酸的混和物在加热到 130—140℃时，会生成乙醚：


　　因此，应迅速加热，使反应物升温到 170℃，以尽量减少乙醚的产生。 同时，在升温到 170℃以前所产生的气体不要收集。
　　第三、硅土、无水硫酸铝等是硫酸氢乙酯分解成乙烯的催化剂。因此， 在反应器里加一些用盐酸洗净并经干燥处理的砂子，不但可以防止爆沸现 象，而且可起催化作用。
第四、浓硫酸既是脱水剂，又是氧化剂，在反应中它可使乙醇等有机物
氧化最后生成碳、CO 和 CO2（这时反应物变黑）而本身被还原为 SO2 混杂在
乙烯中。将制得的气体通过 NaOH 溶液或碱石灰处理，可以除去其中的 CO2 和
SO2，剩下的 CO 对乙烯的性质实验无多大妨碍。
4.乙烯的性质
　　乙烯与空气形成爆炸性混和物，其爆炸极限是含乙烯 3.4—34％（体 积），且爆炸程度比甲烷更猛烈。在点燃乙烯前必须检验纯度。乙烯燃烧的 火焰比甲烷燃烧的更明亮。
乙烯与高锰酸钾溶液作用（氧化反应），高锰酸钾溶液的浓度应当小些，
例如 0.5％（约 0.3mol/L），有的甚至用 0.002mol/L 的 KMnO4 溶液，并且必
须加稀硫酸充分酸化，以保证紫红色尽可能退尽。例如：





当溶液的酸度不够时，MnO - 可能被还原为MnO 褐色沉淀：


当高锰酸钾的浓度过大时，MnO - 被还原而生成的Mn2 +
的MnO - 发生氧化还原反应而析出MnO ：

又可能与过剩


　　如果反应猛烈，生成的乙二醇可进一步被氧化，导致碳-碳键的断裂，生 成羧酸或二氧化碳等。
乙烯使溴水褪色（加成反应），溴水最好是新制的。
CH 2 ? CH 2 ? Br2 ? BrH 2 C—CH 2 Br
5.乙炔的制备 实验室用电石与水反应制备乙炔，由于反应十分激烈，可用饱和食盐水
代替纯水，并用分液漏斗控制加水的速度，以获得稳定的气流。 乙炔本身是无色、无臭、无味的气体，但用电石与水反应生成的乙炔，
往往常有强烈的刺激性臭味。这是由于电石中含有少量 CaS、Ca3P2、Ca3As2
等杂质，它们与水反应生成 H2S、PH3、AsH3 混在乙炔中之故：
CaS ? 2H 2 O ? Ca (OH) 2 ? H 2 S ?
Ca 3 P2 ? 6H 2 O ? 3Ca (OH) 2 ? 2 PH 3 ?
Ca 3 As2 ? 6H 2 O ? 3Ca (OH) 2 ? 2 AsH 3 ?
　　把制得的乙炔通过盛重铬酸钾的浓硫酸溶液或氯化汞的稀盐酸溶液，或 碱溶液的洗气瓶，就可以除去上述杂质，得到较纯净的乙炔气体。
　　
例如：k2 Cr2 O 7 ? 4H 2SO 4 ? 3H 2 S ? Cr2 (SO 4 )3 ? 3S ? K 2SO 4 ? 7H 2 O
k2 Cr2 O 7 ? 4H 2SO 4 ? PH 3 ? Cr2 (SO 4 )3 ? H 3 PO3
? K 2SO 4 ? 4H 2 O
k2 Cr2 O 7 ? 4H 2SO 4 ? AsH 3 ? Cr2 (SO 4 ) 3 ? H 3 AsO 3
? K 2SO 4 ? 4H 2 O 3
　　6.乙炔的性质与甲烷和乙烯相比，乙炔更易形成爆炸性气体，因为乙炔 与空气的混和物中，乙炔占 3—81％（体积）都能发生爆炸，爆炸极限范围 比其它烃类要大得多。如果当压强超过 1.47×105Pa 时，则爆炸更易发生。 液态乙炔即使未与空气混和，受到震动也会发生分解爆炸，并放出大量的热 量。

一般不要做乙炔与空气或氧气混和气体的爆炸实验，因为爆炸非常猛烈，一 般玻璃仪器不能承受这样大的压力。
在点燃纯净乙炔气体时，为了防止万一，最好预先用布包住气体发生器。 乙炔与高锰酸钾溶液作用，随条件的不同可能发生如下的一些反应：















　　同乙烯与高锰酸钾溶液的反应相类似，应当注意 KMnO4 溶液的浓度及酸 度。
乙炔与卤素、氢卤酸、H2SO4 等的加成反应，与乙烯和这些试剂的加成反
应历程类似，都属于亲电加成反应。乙炔比乙烯更不饱和，似乎乙炔与溴的 加成反应应该比乙烯与溴的加成反应要快。但事实恰好相反。这主要是因为 乙炔中π键的强度比乙烯中π键的强度要大，因而在加成时π键更难断裂， 反应速度就较慢了。这是二者在成键时的杂化轨道不同引起的。乙炔分子中 的σ键，是以 sp 杂化轨道成键的，而乙烯中的σ键则是以 sp2 杂化轨道成键 的。由于 sp 杂化轨道中 s 轨道的成分比 sp2 杂化轨道中的 s 轨道成分多，因 而乙炔分子中碳-碳间的σ键重叠较多，键长（120pm）较短，而乙烯分子中
碳-碳间的σ键重叠较少，键长（134pm）较长。这就意味着乙炔分子中的两
对 p 轨道侧面重叠较多（与乙烯分子中的 p 轨道侧面重迭程度相比），因而 乙炔中π键的强度比乙烯中π键的强度要大。
7.气体的储存 有些气体如能储存备用，要比临时制取来得方便，而且易于控制气流。
正式生产的储气瓶如图 4—1 所示：


　　它由漏斗Ⅰ、有上口和下口的容器Ⅱ和导气管Ⅲ所组成。在收集气体前 要先充满液体，其操作是：塞住容器的下口，打开导气管和漏斗上的活塞， 向漏斗里注入液体（与该气体不起反应，且该气体在其中难溶解的液体—— 通常是水），一直到充满漏斗的颈部，使瓶内不留有空气泡。
　　将气体充入储气瓶的操作是：将储气瓶里充满液体后，关闭导气管和漏 斗上的活塞，把它置于盛有适量液体的水槽中，再拔去容器下口的塞子。这 时容器里的液体受到外部空气的压力不会自动向外流出，但可以被气体排 出。将欲储存的气体用导气管从容器下部开口导入，被气体排出的液体则流 入事先准备好的水槽或水盆中，容器内的液面下降到接近容器下部开口的上 缘时，就要停止充气。取出导气管，塞上塞子（必要时再用绳子捆紧）。欲 将气体从储气瓶中导出时，须向漏斗中加入液体，打开漏斗和导气管上的活 塞，气体即可导出。
储气瓶也有多种自制代用装置。图 4－2A 所示的一种是用两个带有下口
的玻璃瓶装配成的，放在上边的瓶相当于储气瓶上的漏斗，下边的瓶相当于 容器Ⅱ，从图中也很易了解各导管的作用。













　　如果没有带下口的玻璃瓶，也可用两只大号的小口瓶（1000ml 以上的） 如图 4－2B 装配而成。甲瓶的短管上的活塞也可以用安有皮管夹的一段橡皮 管连接在短弯管上来代替。储气时，先在甲瓶里盛满液体，然后把短弯管（或 连在短弯管上的橡皮管）跟气体发生器的气体导出管相连接；使气体进入甲 瓶，而瓶里的液体通过相连的橡皮管被压入空瓶乙里。到甲瓶里剩下少量的 液体，只能浸没长玻璃管的末端时，储气完毕，关闭活塞（或管夹），卸开 气体发生器的导气管。要用气体时，先把储气瓶固定在铁架台上（或自制的 木架上）。使甲瓶在下乙瓶在上，然后开启甲瓶上的活塞，乙瓶里的液体就 因虹吸作用而流入甲瓶，把甲瓶所储的气体排出来。只要使活塞启开或关闭， 就可使气体放出或停止。
　　此外，利用球胆，塑料充气枕芯、游泳圈、铁筒（或大的竹筒）等都可 制成简易储气装置。图 4－3 的装置就是用铁筒做成的。储气前，将螺旋夹打 开，使浮筒全部没入液体中，排尽筒中空气。灌气时，把气体发生器的排气 导管与浮筒上的导管连接起来，气体就进入浮筒，并使之浮起，根据浮起的
　　
高度，判断储气量的多少，若要停止储气，就将螺旋夹夹紧。用气时，打开 螺旋夹，调整浮筒上的重物，结合调整螺旋夹，可以恰当地控制气体流量。 以满足实验需要。













参考文献
　　1.全日制十年制学校高中化学第二册《教学参考书》，人民教育出版社， 第 195—197，219—221，237—241 页（1980）。
　　2.金立藩、钱公达编著，《中学化学课堂实验》下册，上海教育出版社， 第 49—61 页（1962）。
3.凌祖颐编著，《中学化学教学中的实验》，上海教育出版社，第 141
—143 页（1962）。
　　4.湖南省教学物资仪器公司编，《中学化学实验与应用》，湖南人民出 版社，第 224—227 页（1978）。
5.王祖鍫等编，《中学生化学实验指导》，福建人民出版社，第 84—88
页（1981）。
6.吴雪生编，《中学化学实验》，辽宁人民出版社，第 162—170 页（1979）。

实验五“中和热的测定”学生实验的准备

一、实验目的
　　1.掌握“中和热的测定”这个学生实验的成败关键及影响实验结果的因 素；
2.培养学生以教师的姿态去准备学生实验的初步能力。

二、实验原理
　　将一定体积的已知准确浓度的强酸和强碱稀溶液，在绝热的量热器中进 行中和反应。假设在反应中基本上没有热量散失，则反应所放出的热量 Q 就 全部被反应后的溶液和量热器吸收。用温度计准确地测出反应前后溶液的最 大温度差Δt，再利用有关数据就可计算出反应所放出的总热量 Q。由参加反 应的稀酸和稀碱溶液的浓度和体积，可计算出反应所生成的水的量 n（mol）。
Q 与 n 的比值，就是酸碱中和生成 1mol 水时所放出的热量，即中和热。

Q
Q中和 ?
n


式中：

? [(m1 ? m2 ) ? W] * C * ?t
MV
1000


? ? ①

m1 和 m2 分别为稀酸、稀碱溶液的质量，单位 g
W 量热器的水当量①单位 g
C 反应后溶液的比热，近似于水的比热单位 J/（g·℃） Δt 反应前后溶液的最大温度差，等于 t 末-t 始单位℃
M 稀酸中的［H+］或稀碱中的[OH-]（以浓度小者计算）单位 mol/L
V 稀酸或稀碱的体积单位 ml

MV
1000

反应生成水的量单位mol

当粗略计算时，可忽略量热器所吸收的热量。即：
(m1 ? m 2 ) * C * ?t

Q中和＝


MV
1000

??????????②

　　测定中和热所用的酸和碱都是稀溶液，反应生成的盐也必然是稀溶液， 其密度和比热都近似地与水的相同。如果用 50ml，1mol/L 的盐酸与
50ml1.1mol/L 的氢氧化钠（过量）中和，反应前溶液的温度为 t1，反应的终
止温度为 t2，则②式变为：









① 量热器的水当量，即在中和反应时，量热器吸收热量的能力，与多少克纯水相当，单位是 g，数值上等于
量热器每升高 1℃时所吸收的热量（即量热器的热容量）。不同的量热器有不同的水当量。中学生对“水 当量”一词，恐较难理解，而对“热容量”则较为熟悉。若要向中学生介绍，可改用量热器的热容量（设 符号为的形式变化为 W’），则公式①的形式变化为：


Q中和＝

(50 ? 50) ? 4.184 ? (t 2 ? t 1 )
1 ? 50
1000

100 ? 4.184 ? (t
?
0.05

2 ? t 1 )


(J)( t


2 ? t1 )? ? ? ? ? ? ? ? ? ③

此即中学化学课本里测定中和热的计算公式。 氢氧化钠常会从空气中吸收二氧化碳而变质。为了保证所用的盐酸能完
全被中和，故加大了氢氧化钠的浓度而使之过量。

三、实验用品仪器 大烧杯（500ml） 1 只 硬纸板（有孔） 1 块 小烧杯（100～150ml） 1 只 带圈玻璃搅拌器 1 支 温度计（100℃，1/10）1 支 碎纸条 1 只 量筒（50ml） 2 只 保温杯 1 只 药品
盐酸（1.00mol/L） 氢氧化钠溶液（1.1mol/L）

四、实验步骤
　　实验之前，应认真钻研中学化学课本中“中和热的测定”这个实验及相 应课文的内容，明确实验的目的、步骤和要求，以便在本预备实验中，以教 师的姿态自觉地为指导好这个学生实验，作好知识、技能、基本操作、重难 点及实验关键的指导等方面的准备。
1.酸碱溶液的配制
（1）1.00mol/L 盐酸溶液的准确配制
　　用标准碱测定用来配制 1.00mol/L 盐酸溶液的浓盐酸的准确浓度。或测 出浓盐酸的密度，从手册中查出其相应的浓度。
根据需要量，取上述已知准确浓度的浓盐酸，在容量瓶中稀释成
1.00mol/L 的盐酸溶液。
（2）1.1mol/L 氢氧化钠溶液的配制及浓度的检查 配制：按需要量在托盘天平上称取氢氧化钠固体，用适量的水溶解，冷
却，稀释成约 1.1mol/L 的溶液。
　　浓度的检查：取配制好的约 1.1mol/L 氢氧化钠溶液 10ml 于小烧杯中， 加酚酞试液数滴使之显红色。然后另取配制好的 1.00mol/L 盐酸 11ml，用胶 头滴管吸取并逐滴加入上述氢氧化钠溶液中，边滴边搅拌，到溶液的红色刚 好消失为止。若消耗的盐酸超过 10ml，则此氢氧化钠溶液合用；否则，此氢 氧化钠溶液的浓度不足，应增大其浓度。
　　2.量热器水当量的测定①①测定量热器的水当量，也可将中和热的理论 值作为已知，采用测定中和热的操作方法，以准确浓度的酸碱稀溶液进行反 应，将有关数据代入①式中算出 W。
　　（1）在 500ml 的烧怀内垫一层绝热材料（例如干燥的纸屑、泡沫塑料、 谷壳、锯木屑等），放入一只干净、干燥的 100—150ml 的小烧杯，按下图装 配成一只简易量热器。
（2）用量筒准确量取 50.0ml 室温下的蒸馏水（冷水），倒入简易量热
器的小烧杯中，用温度计测量温度（读准到 0.1℃），并记录其温度 t1。


（3）准确量取 50.0ml 比 t1 约高 10℃的蒸馏水（热水），量准并记录其
温度 t2 后，小心而迅速地全部倒入上述冷水中。立即上下拉动玻璃搅拌器，
使冷、热水混和均匀，并注意读取和记录混和后的恒定温度 t3。固定温度计
的高度，以后测定中和热时不要改变其高度。
　　（4）倾去小烧杯内的水。将烧杯、温度计和搅拌器用冷风吹干（或仔细 擦干），并使绝热材料散热，冷却至室温。然后再按上述操作步骤重复测定 两次。将有关数据填入表 5—1 中，并计算出量热器的水当量。
3.中和热的测定
　　（1）按上述方法将烧杯、温度计和搅拌器干燥，照图 5－1 装好简易量 热器。
（2）用量筒准确量取 50.0ml1.00mol/L 的盐酸溶液，倒入小烧杯中。准
确测量温度（读准到 0.1℃），并记录其起始温度于表 5—2 中。将温度计上 的酸用水冲洗干净。然后仔细擦干。
（3）用另一只量筒准确量取 50.0ml1.1mol/L 的氢氧化钠溶液，并用温
度计准确测量其起始温度，记入表 5－2 中。

表 5 — 1 测定量热器水当量的数据记录及结果处理
项目 测定次数 第一次 第二次 第三次 冷水的温度 t （℃）
1 热水的温度 t （℃）
2 混和后水的恒定温度 t （℃）
3 冷水吸收的热量 Q =50 × C 水×（ t -t ）(J)
1 3 1 热水放出的热量 Q =50 × C 水×（ t -t ）(J)
2 2 3 Q ? Q
量热器的水当量W ? 2 1 ? C (g)
t ? t 水
2 1 水当量的平均值W

［注］表中的 C 水，即水的比热。

表 5 — 2 测定中和热的数据记录及结果处理




2 1
















（4）把温度计插入小烧杯内的盐酸中，并悬挂固定在原来（测定水当量
时）的高度。将量筒中的氢氧化钠溶液小心而迅速地一次倒入小烧杯里（注 意不要洒到外面），立即上下拉动搅拌器（或用玻璃棒轻轻搅动溶液）。连 续观察混和后溶液温度的上升情况，并准确读取其最高温度，记为终止温度 填入表 5—2 中。
（5）倾去小烧杯中的溶液，将烧杯、温度计和搅拌器用水清洗干净，再
用冷风吹干（或仔细擦干），并使绝热材料尽量散热，冷至室温。重复中和 热的测定操作，并将有关数据一并记入表 5—2 中。
4.实验结果的计算及实验误差的讨论
根据上述测定数据，进行如下的计算和讨论：
　　（1）按照计算公式①，算出计入量热器的水当量时中和热的数值，并以 中和热的理论值（25℃时一元强酸跟一元强碱的中和热为 57.26 kJ/mol）为 基准，计算实验的百分误差，填入表 5—2 中。
（2）按照计算公式③，算出不计入量热器的水当量时中和热的数值，并
以中和热的理论值为基准，计算实验的百分误差，填入表 5—2 中。
（3）取三次测定中和热数值的平均值，将盐酸的浓度数值增大或减小
0.05mol/L，而其它各种数据保持不变，代入公式计算这种情况下的中和热； 并以原来的（未改变盐酸浓度数值时的）中和热数值为基准，计算出百分误 差，填入表 5—2 中。
（4）取三次测定中和热数据的平均值，仅将温度差（t2—t1）的数值增
大或减小 0.5℃（即假定在测定温度的读数中，使温度差的误差达±0.5℃）， 而其它各种数据保持不变，代入公式计算这种情况下的中和热数值，并以原 来的中和热数值为基准，计算出百分误差，填入表 5—2 中。
除以上情况外，分析和估计还有哪些引起实验误差的因素。

五、讨论总结
按照以下讨论题目，总结并写出书面报告：
　　1.列表整理实验记录及计算结果。根据实验结果的分析对比及实验操作 中的亲身体会，归纳总结造成本实验误差的主要因素及避免误差的主要措
　　
拖，指出做好本实验的关键。
　　2.为了使学生能顺利地完成本实验，教师在实验课前应为学生做好哪些 准备，在实验课中应对学生重点指导哪些事项？写出本实验的指导提纲。

六、参考文献
　　1.全日制十年制学校高中化学第一册《教学参考书》上册，人民教育出 版社，第 91—93 页和第 100—101 页（1979）。
2.王希通，“中和热与分子量测定实验”，化学教育，第 1 期（1980）。
3.康力平，“对高一化学中几个定量学生实验的浅见”，化学函授通讯
（西南师范学院化学系，四川师范学院化学系，南充师范学院化学系合编），
第 1 期（1979）。

实验六 “纸上层析”演示实验的准备和探索

一、实验目的
　　1.了解纸上层析的原理、应用以及中学化学课本引进纸上层析实验的意 义。
2.探索做好纸上层析演示实验的技术关键，掌握这个实验的操作方法。

二、实验原理
　　纸上层析是用滤纸作为支持剂（载体）的一种色层分析法，这种方法的 基本原理一般认为主要是利用混和物中各组分在流动相和固定相间的分配比 的不同而使之分离。
　　在本实验中，以滤纸上吸附的水为固定相（滤纸纤维常能吸附 20％左右 的水），有机溶剂如正丁醇或乙醇（都含有一定比例的水）等为流动相，酚 酞、甲基橙混和物或红、蓝墨水混和物为层析试样。把试样点在滤纸的原点 位置上，当流动相溶剂在滤纸的毛细管作用下，连续不断地沿着滤纸前进通 过原点时，试样中各组分便随着流动相溶剂向前移动，并在流动相和固定相 溶剂之间连续发生一次又一次的分配。结果，分配比较大的物质移动速度较 快，移动的距离较远；分配比较小的物质移动速度慢，移动的距离较近。这 样，便把试样中各组分分开聚集在滤纸的不同位置上。这种分离过程叫展开。 因此，流动相溶剂又叫做展开剂。
当分离的物质是有色的，如甲基橙，层析后在滤纸上可以直接看出它的
色斑。当分离的是无色的物质，如酚酞，就必须用显色剂使之显色。无色的 酚酞可以用氨水使之显红色，所用的氨水就是显色剂。
纸上层析可用于化学性质相近的混和物的分离，特别适宜于微量物质的
分离和鉴别。而且使用的仪器简单，操作比较容易，重现性好。目前，纸上 层析已运用到有机化学、无机化学、生物化学及生理学的定性、定量分析中。 例如利用纸上层析法使蛋白质所包含的几十种氨基酸在一张滤纸上全部分离 开；又如在稀有、稀土、放射性元素和核裂解产物等的分离和鉴定上，也用 列纸上层析法，都有较好的效果。
为了扩大学生的眼界，提高学生的兴趣，在中学化学教材中引入了纸上
层析实验，使学生初步了解用纸上层析分离物质的方法，但只要求做出定性 的结果。

三、实验用品
仪器：
大试管（30mm×200mm）（带橡皮塞） 5 支 移液管（10ml） 2 支 大试管架（大孔） 1 个 培养皿（直径 8cm） 5 只 玻璃毛细管（长 8cm） 2 支 剪刀（公用） 小刀（公用）
药品：
酚酞、甲基橙混和溶液：配制法是取甲基橙、酚酞各 0.1g，溶于 10ml60
％乙醇中。

　　氨水的正丁醇饱和溶液：配制法是先用浓氨水配制成 2∶8 稀氨水（2ml 浓氨水∶8 ml 蒸馏水）40ml，慢慢注入 20ml 正丁醇中，充分振荡。静置后 液体分为两层，上层即氨水的正丁醇饱和溶液。
乙醇与氨水的混和溶液：配制法是用乙醇与 1mol/L 氨水按体积比 2∶1
（2 ml 乙醇∶1ml1mol/L 氨水）混和。市售白酒。 氨化市售白酒：配制方法是用市售白酒与浓氨水按体积比 10∶1（10ml
市售白酒：1ml 浓氨水）混和。
红蓝墨水混合液：配制法是用红蓝墨水按体积比 2∶1（2ml 红墨水∶1ml
蓝墨水）混和。 浓氨水。 材料：
　　滤纸：圆形（直径 9cm）慢速、中速、快速定性滤纸各 5 张；长条形层 析滤纸和中速定性滤纸各 5 条。
铅笔（公用）。 小铁钉。

四、实验步骤
　　本次实验使用两种不同的层析混和物，四种不同的展开剂，两种不同的 展开方法和四种不同规格的滤纸作支持剂，进行 10 组（共 25 次）对比实验。 要注意掌握纸上层析的技术，总结本实验成功的条件，探索改进实验的方法。
（一）酚酞和甲基橙混和溶液的纸上层析
　　1.以氨水的正丁醇饱和溶液作展开剂（氨是显色剂。本实验把显色剂加 在展开剂里，配成氨水的正丁醇饱和溶液，目的是为了简化操作手续，便于 使学生直接观察实验现象）。
（1）利用长条形滤纸进行层析（上行展开）
　　分别利用长条形层析滤纸和中速定性滤纸按下列操作进行试验并对比试 验的效果。
i.准备：取一支带橡皮塞（塞子底端中间切有一条缝隙）的清洁、干燥
的大试管（30mm×200mm）。配合大试管的内径和管长，裁取一长条滤纸，纸 条的宽度比试管的内径略窄（约 24mm）；长度按塞子底端到近试管底的距离
（约 180mm）。（裁取时，要求滤纸的纸纹均匀一致而且没有斜纹；纸面要
清洁而平整；纸边要剪齐而无纸毛）。
　　ii 点样：在准备好的长条形滤纸的一端距端边约 2 cm 处的正中，用铅 笔画一个小“×”号表示原点的位置，于此“×”号处用玻璃毛细管点上酚 酞和甲基橙的混和溶液试样，点好的试样斑点的直径以不超过 0.4cm 为宜。 iii 展开：用移液管量取约 10ml 氨水的正丁醇饱和溶液，小心地将溶液 转移到大试管中（注意：勿使溶液溅到试管上部内壁）。将点好试样的条形 滤纸的另一端夹在橡皮塞底端中间的缝隙里，然后小心地将滤纸条伸入盛有 展开剂的大试管中，塞上橡皮塞，使滤纸垂直而两侧不接触试管内壁（否则 会造成展开剂不按水平线平行上升，影响展开效果）；滤纸条的下端浸入溶
液液面下约 1cm（勿使试样斑点浸入溶液之中），如图 6—1。


　　塞好（注意密闭！）橡皮塞后，将大试管静置于试管架上，观察现象。 记录酚酞与甲基橙完全分离开的时间，以及二者分开后的颜色与相对位置（前 后）。
iv 结束：取出滤纸条，立即用铅笔在展开剂到达的前沿处作一记号。
如果酚酞显色不鲜明，这是因展开剂上升到一定高度，水分减少，NH3
在无水情况下不能使酚酞显红色之故。可将取出的滤纸条用水蒸气熏片刻， 然后再用浓氨水熏一下；或将滤纸条倒置（展开剂前沿向下），在展开剂前 沿处滴少许氨水；或事先把滤纸条上部（要控制好上部位置）用水润湿，待 酚酞随正丁醇上升到被水润湿处则可显红色。
（2）利用圆形滤纸进行层析（环形展开或径向展开） 分别用圆形慢速、中速、快速定性滤纸按下列操作进行试验，并对比试
验的效果。
　　i.准备：选好所需规格的圆形滤纸，滤纸的直径应比所用的培养皿（或 其它浅皿）的直径略大。再用宽 1cm 左右的滤纸条卷成直径为 0.15—0.2cm 的滤纸芯。
ii.点样：取一张选好的（直径约 9cm）圆形滤纸，在圆心位置上用玻璃
毛细管点上酚酞和甲基橙的混和溶液，点好的试样斑点直径约 0.5cm，晾干。
　　iii.展开：在试样斑点的中心位置上用小铁钉穿一个小圆孔，小圆孔的 直径约 0.15—0.2 cm。取一段长约 1.5cm 的滤纸芯，垂直插入小圆孔中，使 滤纸芯的上端稍冒出滤纸平面。
量取约 10ml 氨水的正丁醇饱和溶液，注入直径为 8 cm 的培养皿中，将
准备好的圆形滤纸盖在培养皿上，使纸芯下端浸入展开剂中，再罩上培养皿 盖。如图 6—2 所示。






　　静置，观察所发生的现象，记录观察到的现象和酚酞与甲基橙完全分离 的时间。
iv.结束、取下圆形滤纸，其后的操作同（一）-1-（1）-iv。
2.以乙醇和氨水的混和溶液作展开剂（氨是显色剂）。
（1）利用长条滤纸进行层析（上行展开） 分别用长条形层析滤纸和中速定性滤纸进行试验，并对比试验的效果。
除更换展开剂外，操作方法同（一）-1-（1）。
（2）利用圆形滤纸进行层析（环形展开或径向展开）。 分别用圆形慢速、中速、快速定性滤纸进行试验，并对比试验的效果。
除更换展开剂之外，操作方法同（一）-1-（2）。

　　3.以氨化市售白酒作展开剂（氨是显色剂）。（1）利用长条滤纸进行层 析（上行展开）
　　分别用长条形层析滤纸和中速定性滤纸进行试验，并对比试验的效果。 除更换展开剂之外，操作方法同（一）-1-（1）。
（2）利用圆形滤纸进行层析（环形展开或径向展开） 分别用慢速、中速、快速定性滤纸进行试验，并对比试验效果。除更换
展开剂之外，操作方法同（一）-1-（2）。
（二）红、蓝墨水混和液的纸上层析。
1.以市售白酒作展开剂。 用红、蓝墨水混和液作色层分析可不必另行显色。（1）利用长条滤纸进
行层析（上行展开）。 分别用长条形层析滤纸和中速定性滤纸进行试验，并对比试验的效果。
除更换层析混和物及展开剂之外，操作方法同（一）-1-（1）。
（2）利用圆形滤纸进行层析（环形展开或径向展开）。 分别用圆形慢速、中速、快速定性滤纸进行试验，并对比试验效果。除
更换层析混和物及展开剂之外，操作方法同（一）-1-（2）。
2.以氨化市售白酒作展开剂。
（1）利用长条形滤纸进行层析（上行展开） 分别用长条形层析滤纸和中速定性滤纸进行试验，对比试验效果，并注
意与使用未氨化的市售白酒作展开剂的实验效果对比。除更换层析混和物及
展开剂之外，操作方法同（一）-1-（1）。
（2）利用圆形滤纸进行层析（环形展开或径向展开）。 分别用圆形慢速、中速、快速定性滤纸进行试验，对比试验效果，并注
意与使用未氨化的市售白酒作展开剂的实验效果对比。除更换层析混和物及
展开剂之外，操作方法同（一）-1-（2）。 以上实验内容归纳如下表。


“纸上层析”实验内容总表
层
析 混 和 物 滤纸 展开方法
的选 实
择 验次
显色剂 数

展开剂 上行展开 环形展开

第一次

第二次

第一次

第二次

第三次 酚酞、
甲基 橙混 和溶 液 氨水和正丁醇
饱和溶液 氨 长条形层
析滤纸 长条形中速
定性滤纸 圆 形 慢 速
定性滤纸 圆 形 中 速
定性滤纸 圆 形 快 速
定性滤纸 乙醇和氨水的 混和溶液
氨化市售白酒 氨

氨 同上

同上 同上

同上 同上

同上 同上

同上 同上

同上 红、蓝
墨水 混和 液 市售白酒 同上 同上 同上 同上 同上 氨化市售白酒 同上 同上 同上 同上 同上

五、讨论总结
　　根据以下讨论题目，总结写出书面报告。并附交一份你这次实验中较好 的层析作品。
　　1.根据你在以上各次纸上层析实验中的操作条件（包括层析混和物、展 开剂、显色剂、滤纸的选择、展开方法等）及实验效果（包括混和物分离的 时间、分开后的颜色和相对位置等），列表（自行设计）整理实验记录，对 比总结两种展开方法的优缺点，分析选择出较佳的实验条件。你认为做好纸 上层析演示实验应注意哪些事项？
　　2.根据你自己实验的体会，对中学化学课本中所述纸上层析演示实验的 步骤和操作方法提出你的看法。
　　3.本实验把显色剂加在展开剂中，对实验效果有无影响？（可进一步实 验验证）。
　　4.你认为在中学演示纸上层析实验时，还可采用其它哪些层析混和物、 展开剂、显色剂、更为简便易行并得到良好的效果。

六、参考文献
1.中小学通用教材化学编写组编，全日制十年制学校初中课本《化学》，
（试用本）人民教育出版社，第三章第五节（1978）。
　　2.中小学通用教材化学编写组编，全日制十年制学校初中比学全一册（试 用本）《教学参考书》，人民教育出版社，第 176 页—186 页（1978）。
3.汪葆濬、程寰西、高华寿等，《分析化学》中册，人民教育出版社，
第 327 页 331 页（1961）。
　　4.华中师范学院、东北师范大学、陕西师范大学编，《分析化学》，人 民教育出版社，第 570 页—572 页，第 593 页—596 页（1981）。
5.武汉大学等五校编，《分析化学》，人民教育出版社，第 534 页—536
页（1979）。
6.［日］柴田村治、寺田喜久雄著，《纸色谱法及其应用》，增订1 ǎ
?蒲С霭嫔纾*1978）。
　　7.《色层分析法译文集》（及其在农业科学上的应用），上海科学技术 情报研究所（1976）。
8.陈梁波，“纸上层析实验”，中学理科教学，第 4 期（1978）。
9.金立藩、马经德，《中学化学课堂实验》上册，人民教育出版社，第
150 页—153 页（1979）。
10.徐贵荣，“纸上层析”，新教育，第 12 期（1978）。

实验七 “阿佛加德罗常数的测定（单分子膜法）”学生实验的准备和 探索

一、实验目的
　　1.“探讨单分子膜法测定阿佛加德罗常数”实验在中学化学教材中的地 位和作用。
　　2.探索做好“单分子膜法测定阿佛加德罗常数”实验的关键，掌握这个 实验的操作方法和技能。
　　3.学习单分子膜法测定阿佛加德罗常数的原理和实验数据的测定及计算 的讲解方法。

二、实验原理
　　本实验是根据硬脂酸能在水的表面上形成一层单分子膜的性质而设计 的。
　　硬脂酸易溶于苯，难溶于水，而苯又难溶于水且易挥发，当把极稀的硬 脂酸的苯溶液逐滴滴入圆形水槽中的水面上时，硬脂酸的苯溶液就在水面上
向四周扩散，同时苯不断挥发，留下来的硬脂酸分子（C17H35COOH）随即在水
面作定向而整齐的紧密排列。硬脂酸分子中亲水的极性基团（羧基—COOH） 这一端向下插入水面，分子中疏水的非极性基团（烃基—C17H35）作为另一端 直立向上，从而在水面上形成硬脂酸单分子膜的覆盖层，如图 7—1 所示。 根据本实验所配硬脂酸苯溶液总体积 V（ml）中含有硬脂酸的质量 mg， 本实验测得形成单分子膜时滴入硬脂酸苯溶液的滴数 d 和每滴的体积 Vd
（ml），以及圆形水槽的内径 D（cm），又已知每一个硬脂酸分子的截面积 A
（A=22×10-16cm2）和 1mol 硬脂酸分子的质量 M（M=284.47g），就可按下列 公式计算出 1mol 硬脂酸所含的分子数，即阿佛加德罗常数 NA
D
284.47 ? V * ? * ( ) 2

N A ?

2
?16

? mol ?1

22 ? 10

? m * Vd * (d ? 1)


图 7—1 硬脂酸分子在水的表面层上定向排列形成单分子膜的示意图 此计算公式可从下列分步计算推导得出。
1.计算水槽里水面上形成的单分子膜中所含硬脂酸的分子个数（n）。
硬脂酸单分子膜的面积
n = 每个硬脂酸分子的横截面积
覆盖在水槽中整个水面上的硬脂酸单分子膜的面积，相当于水槽中水的
表面积S（cm2 ），可由本实验测得水槽内径D计算出：S ? ? * ( D ) 2 。
2
又已知每一个硬脂酸分子的横截面积 A=22×10-16cm2



S
故：n ? ?
A

?·( D) 2
2
22 ? 10?16

2.计算水槽里水面上形成的单分子膜中所含硬脂酸的质量 W W=每滴硬脂酸苯溶液所含硬脂酸的质量×（滴数-1）。

m
W ? V
Vd


·(d ? 1) ?

m·Vd ·(d ? 1)
V

　　（从总滴数中减去 1，是因为最后一滴没有扩散，也就是没有参加形成 单分子膜。）
3.计算每一个硬脂酸分子的质量 W′。
D
?·( )2

W
W' ? ?
n

m·Vd ·(d ? 1)
V
?16

? 2
22 ? 10 ?16

即W' ?

22 ? 10

? m·Vd ·(d ? 1)
D
V·?·( )2
2

4.计算 1mol 硬脂酸所含的分子数（NA）。
16

M
N A ? ? 284.47 ?

22 ? 10

? m·Vd ·(d ? 1)

W' V·?·( D )2
2



即N A

D
284.47 ? V·?·( ) 2
? 2 (mol ?1 )
22 ? 10?16 ? m·V ·(d ? 1)

　　将“阿佛加德罗常数的测定”实验选入高中化学课本，目的在于使学生 通过实验，了解阿佛加德罗常数的一种测定方法和原理，从而能更深刻地认 识阿佛加德罗常数的意义和自觉地运用这个常数去理解有关的化学基本概念 并进行化学计算。同时，也有助于提高学生的分析推理能力和学习定量地研 究化学的方法。

三、实验用品
仪器
分析天平 一台 称量瓶 一只 烧杯（50ml） 一只 玻璃棒 一根 容量瓶（250ml） 一只 胶头滴管（60—80 滴/ml），或移 液管（5ml、带刻度、带胶头） 一支 胶头滴管（＞130 滴/ml），或 一支 医用注射器（10—20ml）
玻璃水槽（圆形、直径约 33cm 左右） 一只

培养皿（直径 9cm） 一只 直尺 一把 卡尺 一把 量筒（5ml 或 10ml，0.1ml 刻度） 一只
药品
硬脂酸（分析纯） 苯（分析纯，经过无水氯化钙处理）

四、实骤步骤
　　1.硬脂酸苯溶液的制备在分析天平上用 50ml 小烧杯称取约 50—100mg 硬脂酸，以少量苯溶解后，注入 250ml 容量瓶中，用苯冲洗烧杯数次，洗涤 液均倒入容量瓶中，最后再往容量瓶中加苯至刻度，配成 250ml 硬脂酸苯溶 液。
2.准确测定每滴硬脂酸苯溶液的体积取一支清洁干燥的胶头滴管（60—
80 滴/ml），吸入硬脂酸苯溶液，往小量筒中滴入 100 滴，读出它的体积数
（估计到小数点后两位）。并计算出一滴硬脂酸苯溶液的体积 Vd（ml）。再
重复操作两次，取三次结果的平均值。滴时要注意使滴管垂直，并避免空气 回吸。
3. 准确测定圆形水槽中水的表面积往圆形水槽中加水至水槽高度的
1 1
? ，并把它放平。在水面的位置做上标记，然后用卡尺沿水面从三个
2 3
不同方位准确量出水槽内径，取其平均值 D（cm）。计算出水槽内水的表面 积：
D
S ? ?·( )2 (cm2 )
S
　　把水槽中的水倒掉，用去污粉（必要时用碳酸钠）擦洗水槽内壁，用清 水冲洗干净后，重新往水槽中注入清水至标记处。
4.准确测定在水面上形成硬脂酸单分子膜需要滴入硬脂酸苯溶液的滴
数。
　　用上述胶头滴管吸取硬脂酸苯溶液，使滴管垂直，保持在水槽的中心位 置上方，且管尖离水面约 5cm 高，往水面上滴入一滴硬脂酸苯溶液。仔细观 察，待滴到水面上的硬脂酸苯溶液全部扩散和苯已挥发而看不到珠滴时（不 得用嘴吹），再滴入第二滴。如此逐滴滴入，直到滴入一滴后，硬脂酸苯溶 液在水面上不再扩散而呈透镜状油珠，并在半分钟内都不消失时，表示硬脂 酸单分子膜已经形成并完全覆盖水面，遂停止滴入。记下滴入的滴数 d。
　　在每次吸取硬脂酸苯溶液后，要立即盖上盛硬脂酸苯溶液的试剂瓶的瓶 塞，避免苯挥发使溶液浓度发生变化。滴液时，捏胶头的力要均匀，避免空 气回吸。
重复测定：把水槽中的水倒掉，用 Na2CO3 粉擦洗水槽，洗去粘在水槽上
的硬脂酸（为什么一定要洗去？），用清水仔细冲洗干净后，再往水槽中注 入清水至标记处。重复以上操作，再做两次实验，取三次结果的平均值。
5.数据处理 根据测得的数据，算出阿佛加德罗常数。

　　6.用一支每 ml 大于 130 滴的胶头滴管（或注射器）和上面实验用的圆形 水槽重复实验步骤 2—5，进行实验。
7.用一只较小的客器（如培养皿），分别用每 ml60—80 滴的胶头滴管和
每 ml 大于 130 滴的胶头滴管（或注射器）重复做这个实验，探讨容器的大小 和每滴硬脂酸苯溶液体积的大小对实验结果的影响。
实验记录及数据处理结果可填入下表。

单分子膜法测阿佛加德罗常数实验记录表
m= （ g ） V= （ ml ）
实验次数
　　　　　　容器名称 测定项目 一 二 三 四 五
Vd
（ ml/滴） 第一次
第二次 第三次 平均
D （ cm ） 第一次
第二次 第次 平均
d （滴） 第一次 第二次
第三次 平均 D 2
284.47 ? V?( )
N A ? 2
22 ? 10?16 ? m * V * (d ? 1)
d
( mol ?1 )