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水是人类赖以生存的重要物质,也是化学实验室中不可缺少的实验用品。本文着重盘点水在化学实验中的重要应用。
一、作溶剂
1、实验室里形形色色的溶液大都需要用水来配制。配制溶液时,一般是将溶质溶解在溶剂中即可。但稀释浓硫酸时,一定要将浓硫酸小心地加入水中,并及时搅拌散热。在配制氯化铝、氯化铁等易水解的盐溶液时,要将溶质先溶解在相应的酸中,再用水来稀释得到所需要的浓度的溶液,以防止盐水解而导致溶液变浑浊。
2、用试纸检验气体的性质时,必须先用水润湿试纸,以便于气体溶于水中形成溶液来显示气体的性质。但使用pH试纸检验溶液的pH时,不可用水润湿,以免溶液被稀释而产生误差。
3、通常用喷泉实验来验证氯化氢和氨气在水中的溶解性,而喷泉实验使用的主要溶剂就是水。
4、除去难溶于水的物质中的易溶性物质的一般方法,就是用水将杂质溶解,再用过滤或分液法分离。
例如,除去碳酸钙中的少量氯化钠,可采用水洗过滤法;除去硝基苯中的少量硫酸和硝酸,可采用水洗分液法。
5、可用水来吸收多余的氯化氢和氨气,以减少对空气的污染。用水来吸收氯化氢和氨气时,要注意防倒吸,方法可用连接倒置漏斗,并使漏斗下沿刚好没入水中,或者将气体通入盛有四氯化碳和水的混合物的烧杯里,导管末端插入四氯化碳层中。
6、利用物质在水中的溶解性不同,用水鉴别一组物质。
例如,下列三组物质均可用水来鉴别。
⑴苯、四氯化碳、酒精:能与水互溶不分层的是酒精,与水不互溶在水上层的是苯,与水不互溶在水下层的是四氯化碳。
⑵硫酸铜、碳酸钙、硫化铝、氯化钠:溶于水溶液呈蓝色的是硫酸铜,不溶于水得到白色悬浊液的是碳酸钙,与水剧烈反应既有白色沉淀,又有刺激性气味气体生成的是硫化铝,溶于水得无色溶液的是氯化钠。
⑶氢氧化钠、硝酸铵、氯化钠:溶于水有明显放热现象的是氢氧化钠,溶于水有明显吸热现象的是硝酸铵,溶于水无明显热效应的是氯化钠。
二、作洗涤剂
1、实验前后,需要用水洗刷仪器,玻璃仪器洗干净的标志是:水在玻璃仪器内壁附着均匀,既不聚成水滴,也不成股留下。
要注意几种特殊仪器的洗涤和保存方法:
⑴滴定管应先用自来水洗涤,再用蒸馏水洗涤,用前还要用待装液润洗2~3次;
⑵酸式滴定管、容量瓶、分液漏斗和带磨口玻璃塞的试剂瓶等仪器用完后,要用水洗干净,凉干后,在磨口塞处缠一纸条,再塞入保存,以防粘结。
2、过滤时,要用水洗涤沉淀,方法是:在过滤器中加入蒸馏水至没过沉淀,让水自行流下,如此重复操作2~3次,即可洗去沉淀表面的残留杂质。
3、实验时,若不慎将酸或碱溶液溅在皮肤上或眼睛里或衣服上,一般的处理方法是立即用大量水冲洗,再针对不同的试剂作一些处理。但若是浓硫酸溅在皮肤上,应先用干抹布拭去,再用大量水冲洗。
4、除去NO气体中的二氧化氮气体可以通过盛有水的洗气瓶。
5、将半透膜袋悬挂在流动的水中可以净化、精制胶体。
三、作指示剂
1、制取气体前检验装置的气密性就常用水作指示剂。检验较简单的气体发生装置是否漏气的方法是:将导管末端插入水中,用手紧握或用酒精灯微热试管或烧瓶,观察导管末端是否有气泡冒出;松开手后,再观察导管中是否有一段水柱上升。对于启普发生器或有长颈漏斗的气体发生装置,常先加入一定量的水使漏斗下端液封,然后关闭导气管活塞,继续向漏斗中加水至漏斗中的某一高度,观察漏斗中的液面是否下降,若液面不下降,则装置气密性良好。
2、收集难溶于水的气体的最好方法是排水集气法,水可以指示出气体是否已经集满,而且使用该法收集到的气体较纯净。收集氯气时,为了减少氯气的溶解量,常用排饱和食盐水法。收集二氧化碳可以用排饱和碳酸氢钠溶液法。
3、在定量实验中,在装置的末端连接一个装满水的试剂瓶,配上双孔橡皮塞,插入两根导管,使短管进气,长管与量筒相连接组成量气装置,可测量难溶于水的气体的体积。
4、在气体反应实验中,为了控制气体的流速,提高气体的反应效率,可以将气体同时通入水中,通过观察气泡产生的快慢来调整活塞来控制气体的流速。例如在实验室模拟工业制氨气或二氧化硫的催化氧化等实验时,均可用如图2所示的装置来控制气体的流速,并使气体充分混合。
5、容量瓶、酸式滴定管和分液漏斗在使用前都要检查是否漏水。容量瓶的检查方法是:在容量瓶中加入少量水,塞好磨口玻璃塞,用左手食指顶住玻璃塞,右手托住瓶底,将容量瓶倒转,观察玻璃塞周围是否有水漏出,若无水漏出,将容量瓶倒转,将磨口玻璃塞旋转1800,后塞紧,再如上述重复操作一次,若不漏水,则容量瓶可以使用。分液漏斗既要检查活塞部位,又要检查上口的磨口玻璃塞。
四、作保护剂
实验室里保存液溴和白磷时,常用水作保护剂,以防止溴的挥发和白磷被空气中的氧气氧化。
五、作导热剂
有些化学反应所需要的温度低于1000C,且要求受热均匀,反应温度相对恒定。应采取水浴加热法。
例如:
⑴硝酸钾溶解度的测定
⑵硝基苯的制取
⑶苯的磺化反应
⑷银镜反应
⑸乙酸乙酯的水解反应
⑹ 蔗糖的水解反应等等。
六、作冷却剂
1、蒸馏装置中通入冷凝管中的冷水即起到了冷却蒸气的作用,注意通水的方向是下口进上口出。
2、将U形管或试管放在盛有冰水的烧杯中冷却产品或分离物质。
例如NO和NO2的分离(常压下NO2的液化温度是21℃,NO的液化温度是-152℃)。
七、作灭火剂
水的汽化热比较大,普通的可燃物着火可用大量水灭火,但酒精、钠、钾等物质着火不宜用水灭火。酒精着火应用湿抹布盖灭;钠、钾等着火应用沙土盖灭。
八、作润滑剂
在装配实验装置时,常需将玻璃管与橡皮管连接在一起,将玻璃管插入橡皮塞中。操作时,应用少量水将玻璃管润湿,然后旋转插入,水起了润滑剂的作用。
九、作催化剂
水可以作液溴或碘粉与金属粉末反应的催化剂。
例如 Zn + I2=ZnI2,将镁粉加入溴水中发生的主要反应是:Mg +Br2 = MgBr2 ,次要反应是:Mg +2HBr = MgBr2 +H2↑。
十、作反应物
1、用水作反应物的重要制备实验有:
⑴用过氧化钠与水反应制氧气;
⑵用水(实际用的是饱和食盐水以减缓反应速率)与电石反应制乙炔。
2、用水作反应物的重要的性质实验有:
⑴钠与水反应
⑵过氧化钠与水反应
⑶钾与水反应
⑷镁与水反应
⑸氨气与水反应
⑹盐类的水解反应
⑺铁与水蒸气
⑻乙酸乙酯、蔗糖、淀粉和纤维素的水解反应等。
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