關(guān)于硫酸銅晶體的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

王永剛

（山東輕工業(yè)學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250353）

關(guān)于硫酸銅晶體的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

王永剛

（山東輕工業(yè)學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院 山東 濟(jì)南 250353）

嘗試在化學(xué)教學(xué)中運(yùn)用微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。基于硫酸銅晶體設(shè)計(jì)了兩個(gè)微型實(shí)驗(yàn)：重量法測(cè)定硫酸銅晶體中水的含量、比色法測(cè)硫酸銅溶液的濃度。

微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)；重量法；比色法

有些中學(xué)生認(rèn)為化學(xué)難學(xué)，化學(xué)似乎離自己很遠(yuǎn) ，費(fèi)了好大勁卻沒(méi)有取得好成績(jī)。這正反映了化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足，說(shuō)明我們沒(méi)有通過(guò)實(shí)驗(yàn)為學(xué)生開啟化學(xué)之門，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中得到啟發(fā)與樂(lè)趣。

重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)首先應(yīng)從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容上下功夫。實(shí)踐證明微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)可以提高中學(xué)生的化學(xué)能力［1］，是豐富化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的良好途逕。為學(xué)生設(shè)計(jì)出更多更好的微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)老師的責(zé)任，也是微型化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)成敗的關(guān)鍵。作為交流探討，本文介紹兩個(gè)基于硫酸銅晶體［2］設(shè)計(jì)的關(guān)于化學(xué)計(jì)量的微型實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單貼近生活，但道理深刻，兩種重要的化學(xué)計(jì)量方法在此得到了通俗化的闡述。

一、重量法測(cè)硫酸銅晶體中結(jié)晶水的含量［3］

1.實(shí)驗(yàn)方法

取一根25mL移液管，截取底部細(xì)長(zhǎng)部分，并稱其重量記作M1；然后在截取的細(xì)管中裝入硫酸銅晶體并稱其重，記為 M2，則晶體的質(zhì)量為 M＝M2－M1。把玻璃管放到石棉網(wǎng)上，用小火加熱，并不斷轉(zhuǎn)動(dòng)以防玻璃管破裂，使水分得到很好地蒸發(fā)。待藍(lán)色消失后，稍冷卻幾分鐘稱其重為 M3，則水的質(zhì)量為 M′＝M2－M3。水分子的含量很容易算出。

2.討論

看似簡(jiǎn)單的一個(gè)實(shí)驗(yàn)，要用到不少化學(xué)基本操作：如玻璃管的加工，小火加熱操作等。既讓水分子完全蒸發(fā)又不使水冷凝回流炸裂玻璃管，不容易。同學(xué)們對(duì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)很有興趣，操作也很認(rèn)真。實(shí)驗(yàn)結(jié)果是一分子硫酸銅結(jié)合約5.2分子水，與課本上的數(shù)據(jù)很接近。更重要的是他們覺(jué)得得出個(gè)結(jié)論并不難，只要用腦子、多實(shí)驗(yàn)、勤摸索就能發(fā)現(xiàn)一些東西。通過(guò)實(shí)驗(yàn)同學(xué)們看到隨著水分子的失去，晶體的顏色也由藍(lán)色變成了乳白色粉末，看到了硫酸銅的真實(shí)顏色。由此看出晶體的藍(lán)色是一個(gè)硫酸銅分子結(jié)合5個(gè)水分子的結(jié)果。乳白的硫酸銅粉末，和水結(jié)合就變成了漂亮的藍(lán)色，的確是個(gè)奇妙的化學(xué)現(xiàn)象，同學(xué)們肯定有興趣將來(lái)做探討。

那么硫酸銅“溶液”顏色的深度是由硫酸銅的量決定的還是由水的量決定的？還是二者共同作用的結(jié)果？我們看下個(gè)實(shí)驗(yàn)。

二、比色法測(cè)硫酸銅未知液的濃度

1.實(shí)驗(yàn)方法

稱取15.0g硫酸銅晶體溶解在10mL水中，微熱加速其溶解。取兩個(gè)比色管，分別裝入管深三分之一高度的硫酸銅溶液，然后把其中一個(gè)比色管加滿水。從側(cè)面觀察，很明顯兩個(gè)管的顏色深度是不一樣的，現(xiàn)在問(wèn)，從上往下看兩個(gè)比色管顏色的深度會(huì)有什么變化？

很多同學(xué)說(shuō)加水后顏色變淡了，像果汁中加入水顏色變淺一樣。是這樣么？讓我們看一下吧！在兩個(gè)比色管下面襯白色的紙，在明亮的燈光下觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩個(gè)比色管中的顏色深度是一樣的。為什么？因?yàn)榱蛩徙~的總量沒(méi)有變，管的底面積又是一樣的，從上面看到的單位面積上方硫酸銅的量是相同的。由此我們可進(jìn)行以下推理：兩者所含硫酸銅分子數(shù)一樣，即N1＝N2，或c1V1＝c2V2（N、c、V分別為物質(zhì)的量、濃度和體積）。又因其底面積相等，可轉(zhuǎn)化為c1H1＝c2H2（H為管內(nèi)溶液的高度）。這樣就把溶液的濃度和溶液的高度聯(lián)系起來(lái)，只要有一種已知濃度的參比液，便可以測(cè)得未知液的濃度。c1、H1代表參比液的濃度和高度，c2、V2代表未知液的濃度和高度。c2＝H1c1/H2，這樣未知液的硫酸銅濃度就可以求得。

以濃度為0.10M的硫酸銅溶液作參比液，取10mL加入一比色管中，同樣取10mL未知液于另一比色管中，小心向顏色深的一個(gè)比色管中加水，對(duì)比兩個(gè)比色管，使兩管中硫酸銅溶液顏色深度從上往下看相同。只要量出兩個(gè)管中溶液的高度便可解決問(wèn)題。

2.討論

我們常用的比色測(cè)定法是配制一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液 （當(dāng)然要在待測(cè)液的濃度范圍內(nèi)）作參比，根據(jù)顏色的深度，找出與待測(cè)液最接近者。本文所用的方法不同，但道理一樣。加水調(diào)節(jié)使二者顏色的深度相同，在相同顏色深度下比較溶液高度，簡(jiǎn)單易操作，問(wèn)題通俗化。往比色管中加水，從上而下觀察，顏色深度沒(méi)有改變，從中可以看到溶液的顏色深度是由硫酸銅的量決定的，與水的量無(wú)關(guān)。讓學(xué)生從兩個(gè)不同的側(cè)面觀察比色管：從側(cè)面與我們生活中的感性認(rèn)識(shí)相同；而從上面觀察就是個(gè)新的視角，可以總結(jié)出一個(gè)好的分析方法。

［1］楊志華.探究微型化學(xué)實(shí)驗(yàn) 提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)［J］.化學(xué)教與學(xué)，2011，（4）：65－66

［2］李梅君.無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)（第四版）［M］.北京：高等教育出版社， 2007：124－127

［3］林敏.硫酸銅晶體水含量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)［J］.化學(xué)教學(xué)2010，（1）：13－14

1008-0546（2012）03-0090-01

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10.3969/j.issn.1008－0546.2012.03.040