作者：汤小梅
出版社：浙江大学出版社
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实验中的化学世界试读：
编者的话
这本书介绍的是一些有趣的化学实验，这些实验能告诉我们如何发现食物中潜藏的热量；如何理解物质的一些简单性质；怎样利用升华的特点制得你想要的精油；并合成令人着迷的香水等。我们可以通过实验把很多看不见的物质性质展示出来。
写这本书的念头已经很久了，20年来我一直引导学生用自己的实践探索这个世界，现在终于有这样一个机会，通过这本书把我的实验室展现在更多的学生面前，让它成为另一个绚丽的课堂。
希望所有读到这本的同学们能够跟我一起走进实验室、走进厨房、走进所有能让我们动手探索的地方，用随手可取的材料做我们想做的事情。第一章实验前的准备做实验就像出去旅行，我们总是有很多准备工作要做，这些准备工作对实验会有很大的影响，也许你需要一副保护你眼睛的眼罩，就像夏天的太阳眼镜一样；也许你需要一件耐酸碱的衣服。当然你一定会用到盛放各种化学药品的容器、一些连接仪器的导管等。也许有了这些准备工作，一些有趣的实验甚至可以在实验室里完成，当然也可以在家里完成：围裙是你的工作服，吸管可以制成导管，筷子是玻璃棒，各种花草只要稍加处理就是最简单的酸碱指示剂。如果想试试，那么，看看哪些准备工作是必需的……1.1安全知识1.1.1 酸、碱的使用
实验时，希望你穿上实验服，操作浓酸、浓碱时希望你戴上安全保护镜（见图1-1）。稀释酸碱的时候应该将浓酸碱溶液缓慢注入水中。若有少量酸碱液溅到皮肤上，立即用布擦干，用大量水冲洗；若不小心溅入眼睛，立即用大量水冲洗后，去医院治疗。有机酸不如无机酸那样危险，但石炭酸（苯酚）和草酸有毒，操作时也要小心。图1-1 实验用防护镜（图片为邦士度防护眼罩）1.1.2熟悉化学危险品标识
国际上对化学危险品都规定有特殊的标识，这样人们在看见贴有这些标识的药品前，会更小心。当然你首先要熟悉这些标识，才能更好地保护自己。图1-2就是一些国际上通用的化学危险品标识，如果你想了解更多的危险品标识，也可以自己上网查找。图1-2 一些危险品的国际标识1.2化学药品的用量
在化学实验过程中，对一些常见试剂的浓度要了解，如浓硫酸一般指的是18mol/L以上的硫酸溶液，就是98%以上的硫酸，对皮肤的腐蚀性很强，会引起烧伤；浓硝酸则是指14mol/L以上的硝酸溶液，质量分数约在67%以上；浓盐酸则指的是12mol/L以上的盐酸，质量分数为36%以上，这比你的胃酸强1000倍。这些酸对皮肤都有强腐蚀性，使用时要特别小心。
所有的实验中，如果没有特别标注，希望取用药品时，液体1～2mL，在试管中高度约一指宽；固体粉末刚盖过试管底；块状固体药品量约半颗豆粒大小。
试管中加热液体时，放入液体不要超过1/3，不要对着别人。1.3化学药品的处理
取用过多的药品不要放回原瓶。易挥发物质的使用或制取、加热有特殊气味或少量有毒气体产生的实验时，请在通风橱中完成。尽量处理好实验的尾气，可以保护好自己。某些化学药品在燃烧时会生成致癌的气体，因此，不要将废弃的化学物品扔进火中。
我们不主张在学校的实验室中使用水银。水银蒸气是有毒的，容易被吸入或通过皮肤进入人体而引起中毒，损害神经系统。如果水银从碎裂的温度计中散落，立即用湿抹布或真空水泵收拢起所有的水银并在水银溅落处盖上硫粉（常温下，硫和汞会反应产生硫化汞）。
氧化性物质是支持燃烧的化学物品。如果将它们与可做燃料的物质接触，就有爆炸或起火的危险。氧化性物质包括过氧化物、氯酸盐、高氯酸及盐。如果不注意安全使用，氯酸钾很危险，要使它远离强酸和易被氧化的物质，例如：硫磺、硫化物、磷、蔗糖、酒精和其他有机溶剂、铵盐、金属粉、油脂及粉尘。
不要直接对着试管口吸入气体，用手将气体扇向自己，小心嗅闻。当然，绝对不能在实验室中品尝任何化学药品。1.4仪器的准备1.4.1 玻璃仪器
1．玻璃的切割
玻璃刀（图1-3）可以将玻璃切开，玻璃刀的尖端有一个锋利的砂轮或者是金刚石，“没有金刚钻儿，不揽瓷器活”，就是指用类似玻璃刀的工具切割或在瓷器上钻孔。当玻璃刀以合适的速度和压力划过玻璃，会在玻璃的表面形成一道刻痕，轻轻地用尖端压住刻痕的一边，同时轻拉玻璃，玻璃就会沿着刻痕断裂。图1-3 玻璃刀
2．玻璃管的截割
将玻璃管平放，用三角锉刀同向在玻璃管上锉出凹痕，凹痕应与玻璃管垂直以使截面平整。双手握管，锉痕朝外，拇指放在锉痕的背面朝外推折，两食指同时轻拉玻璃管，待玻璃管断裂后，可在酒精灯上加热截面，使截面更光滑（图1-4）。图1-4 玻璃管的截割和熔光
3．玻璃仪器的洗涤
玻璃仪器因为沾上不同的物质洗涤方法可能会不同，如附着了硫磺的试管用热碱洗，有铁锈附着的试管用盐酸洗，如果是附着酚醛树脂的试管只能用酒精浸泡了。但最终洗干净的标志是，用水冲洗试管等玻璃容器后，倒置，容器内壁形成均匀的水膜，没有水珠挂滴现象出现。1.4.2 自制简易酒精灯
用一个有旋的金属盖子的小瓶子，在金属盖的中心打一个小孔，扩大孔径以使一根4cm长的金属管恰好能插入孔中，将管深入瓶中约1cm。用废棉线做灯芯，使其穿过金属管进入瓶中。向瓶中倒入酒精即可。1.4.3 过滤器的准备
化学实验中经常需要分离各种物质，过滤是用于分离固体和液体有效的实验方法。先折好滤纸（图1-5），将折好的滤纸放入漏斗中，并用水湿润，使滤纸紧贴漏斗内壁，然后进行过滤操作。图1-5
当然还有很多分离方法，所用的分离仪器各不相同，都需要进行实验前的准备。我们可以通过查阅资料了解更多分离仪器的准备。1.4.4 常用试纸的制备
1．淀粉碘化钾试纸（白色）
淀粉碘化钾试纸可以检验一些氧化性物质，当遇上氧化性强的物质，能看见试纸由白色变为蓝色。
将3克淀粉与25毫升水搅和，倾入225毫升沸水中，加1克碘化钾232及1克碳酸钠晶体（NaCO·10HO）用水稀释至500毫升，将滤纸条浸入，取出晾干即可。
2．石蕊试纸（红色及蓝色）
红石蕊试纸可定性地检验碱性物质，蓝石蕊试纸检验酸性物质，在检验相应气体时需要润湿。当红石蕊试纸遇上碱性物质时呈蓝色，蓝石蕊试纸遇上酸性物质时呈红色。
先用热的酒精处理市售石蕊，以除去夹杂的红色素。倾去浸液后，再将残渣1份与6份水浸煮并不断搅拌，滤去不溶物。将滤液分为2份，1份加稀磷酸或稀硫酸至变红，另1份加稀氢氧化钠溶液变蓝，然后把滤纸条浸入这两种溶液中，取出后在避光的、没有酸碱蒸汽的房间中晾干即可。
3．酚酞试纸（白色）
酚酞试纸可用于检验碱性物质，碱性物质遇上该试纸呈红色。
将1克酚酞溶于100毫升95%乙醇溶液中，振荡溶液，同时加入100毫升水，将滤纸条浸入，取出置于无氨蒸汽处晾干即可。
4．醋酸铅试纸（白色）
该试纸用于检验硫离子或硫化氢气体。当遇上含硫离子的溶液时，试纸呈黑色。
将滤纸条浸入3%的醋酸铅溶液中，取出后在无硫化氢气体的房间中晾干。
5．热敏试纸（红色）
将氯化钴水溶液加入氯化铵水溶液中，用水稀释至呈淡红色，将滤纸条浸入溶液中后取出晾干。纸条受热时呈亮绿色。第二章基础实验在本章中，我们通过一些简单实验，完成对物质性质的初步探究；并对不同的分散系及其特性作初步的了解，学会从溶液中得到晶体，并能合成一些常见的有机高分子物质，了解一些物质的常见检验方法，为后一章完成复杂实验打好基础。2.1物理变化和化学变化2.1.1 测定沸点、物质的挥发性
在沸腾的液体中形成气泡时，气泡的蒸汽压大于外界的气压。当液体分子之间的作用力很强时，只有少数分子可以挣脱力的束缚进入气相，这类物质的蒸汽压低而沸点高。100℃时，纯水的蒸汽压为101.3kPa。液体的沸点是该液体的蒸汽压与101.3kPa相等时的温度。在化学反应体系中加入沸石可使气泡变得小而均匀以防暴沸。溶液的沸点不同于纯液体。比起纯水，氯化钠的水溶液在较高的温度沸腾，具有较低的凝固点和蒸汽压。凝固点和沸点可用来判断物质的纯度。【实验仪器及试剂】 试管；酒精灯；温度计；蒸馏水；氯化钠晶体；沸石。【实验步骤及现象】 用两支试管取相同体积的水，在一支试管中加入氯化钠，用橡皮筋把两支试管绑在一起放在酒精灯上加热以使它们获得相同的热量。在盛有纯水的试管中水先沸腾。
分别取不饱和和饱和的氯化钠溶液，加热两种溶液至沸腾，记录温度（表2-1），继续加热使它们沸腾5分钟，沸腾状态下记录温度。溶液的温度随溶液不断沸腾而变化。表2-1 不同浓度溶液的沸腾状况
蒸发是在温度低于沸点时微粒从液态到气态的运动，挥发性液体在室温下很容易蒸发。【实验仪器及试剂】 6cm长的滤纸条多张；别针；若干液体如水、酒精、汽油、松节油、煤油、机油、醋、香草精、桉树油和甘油等。【实验步骤及现象】 选择若干液体，如水、酒精、汽油、松节油、煤油、机油、醋。记下液体名称，用各种液体分别浸润6cm长的滤纸条，并用别针将纸条固定在绳子上，前2个小时每10分钟观察一次，第一天中每隔两个小时观察一次，而后2周内每天观察一次。
用类似的滤纸条检验各种香水的持久性，记录香水对人的相对吸引力。你也许就是下一个Thierry Wasser（见图2-1）。图2-1 Thierry Wasser调香师2.1.2 加热有机物质【实验仪器及试剂】 木屑5g；糖5g；纸屑5g；毛（头发）5g；生肉5g；硬质玻管。【实验步骤及现象】 热分解木头成为黑色固体和褐色液体。在硬质试管中加热木屑，观察木材的分解现象。当冒烟后，冷却试管，注意褐色物质附在试管壁，而黑色固体留在试管底部。
将试管底部的黑色物质转移到另一个试管中加热。
分别加热糖、纸、毛、肉，观察试管中留下的黑色物质。思考
黑色物质都是碳的一种形态，那么在加热各种物质时都还会有其他物质出现，它们会是什么？为什么说烧焦的鱼肉不能吃？2.1.3 加热硫单质
硫单质存在多种同素异形体，主要是构成的硫原子的空间排列方式不同（图2-2）。图2-2 硫原子的空间排列方式【实验仪器及试剂】 硫粉；试管；滤纸；烧杯。【实验步骤及现象】 在试管中加入硫粉（斜方硫），均匀加热，硫熔化为金黄色液体（图2-3（a）），继续加热直至在液体上方出现红色蒸汽，冷却试管，在试管壁和底部形成硫沉积。【实验步骤及现象】 制备单斜硫：在试管中放入少量硫，均匀加热直到硫熔化，熔点114.5℃，液体成柠檬黄色，将液态硫倒入一张折叠好的滤纸中，表面形成硬壳后，展平滤纸，滤纸上留下单斜硫的针状晶体（图2-3（b））。
制备弹性硫：按照制备单斜硫的方法开始，缓慢持续加热试管，注意在熔点时，硫从浅黄色变为红褐色液体，红褐色硫变得黏稠，如果倒置试管它不会流出。继续加热，转变为黑褐色液体，加热至445℃，硫沸腾（小心！），将熔化的硫倒入盛有冷水的烧杯中，形成带状硫以展示其弹性（图2-3（c））。图2-3 硫的各种同素异形体2.2物质分类
我们会把一些物质按照自己的习惯、爱好进行归类，你会把自己的衣服按季节分类放置，但是换一个人，也许会按搭配摆放自己的衣服。所以，当你用化学家的眼光看待不同物质时，就知道他们会怎样通过一些简单的实验，将物质分门别类。
你可以收集一些身边的单质或化合物的标本，然后给以一定的描述，注意：（1）室温下的状态——固态、液态、气态；（2）固体的清洁表面是否有光泽；（3）能否用钳子将固体弯曲或扭转，还是使其断裂；（4）将该物质夹在两个作为电路触点的鳄鱼夹之间，它是否导电；（5）将少许单质放入燃烧匙中，用灯焰点燃，观察该物质的燃烧情况，把燃烧产物转移到盛有水的试管中，振荡后用湿润的石蕊试纸检验溶液。2.2.1 软的和硬的物质
比如用钳子扭转固体是为了检测它的硬度，有一种我们称为摩氏硬度的矿物相对硬度标准，是一种利用矿物的相对刻划硬度来划分矿物硬度的标准，是德国矿物学家腓特烈·摩斯（Friedrich Mohs）于1812年提出的。
摩氏硬度标准将10种常见矿物的硬度按照从小到大排序：①滑石，②石膏，③方解石，④萤石，⑤磷灰石，⑥正长石，⑦石英，⑧黄玉，⑨刚玉，⑩金刚石。具体鉴定方法是，在未知硬度的矿物上选定一个平滑面，用上述已知矿物的一种加以刻划，如果未知矿物表面出现划痕，则说明未知矿物的硬度小于已知矿物；若已知矿物表面出现划痕，则说明未知矿物的硬度大于已知矿物。如此依次试验，即可得出未知矿物的相对硬度。若某种矿物的硬度在两种标准矿物之间，则会用“.5”表示，例如黄铁矿的摩氏硬度为6.5。当然摩氏硬度只是一种相对标准，与绝对硬度并无正比关系。
如果在野外，也可以使用其他已知硬度的常见物质对新发现的物质进行摩氏硬度测定。如指甲硬度约2.5，铜币为3.5～4，钢刀为5.5，玻璃为6.5。2.2.2 混合物和纯净物
混合物和纯净物是科学家对物质的最常见的分类，通常混合物没有固定的熔沸点，纯净物在一定压强下有固定的熔沸点，我们也会利用这样的性质对物质进行基本的鉴定分类，也可以通过这样的性质制备一些我们需要的东西。
玻璃是常见的混合物，没有像晶体那样有确定的熔点。
1．制备硅玻璃【实验仪器及试剂】 镍铬丝；碳酸钠固体；硅石粉。【实验步骤及现象】 取一根玻璃棒，绑上一个用镍铬合金线做的小圈，用小圈蘸取少量碳酸钠，再将线圈浸入硅石粉中，取出，放在酒精灯上加热，混合物熔融后形成透明的玻璃球。
2．制备玻璃【实验仪器及试剂】 玻璃棒；干净的砂子；碳酸钠固体；碳酸钙固体；硼砂。【实验步骤及现象】 将玻璃混合料放入坩埚中，在熔炉或喷灯上加热，
玻璃混合料（1）:1.7g干净砂子，4g碳酸钠，2g硼砂；
玻璃混合料（2）:0.6g干净砂子，2g碳酸钠，1g碳酸钙。
3．给玻璃着色222【实验仪器及试剂】 玻璃棒；MnO; CuO; CuO; SnO。【实验步骤及现象】
方法一，将金属氧化物加进玻璃混合料中；
方法二，加热玻璃棒的一段直至红热，浸入粉状金属氧化物中加热到氧化物熔入玻璃中。
使用不同氧化物可得到不同颜色的玻璃，例如：紫色——二氧化锰，绿色——黑色氧化铜，红色——红色氧化亚铜，白色——二氧化锡。
4．建造一座“水中花园”23【实验仪器及试剂】 40%NaSiO；钴、铁、铜、镍和铅的氯化物；铝、铁、铜和镍的硫酸盐；钴、铁、铜和镍的硝酸盐。23【实验步骤及现象】 将硅酸钠（NaSiO）溶于水中制成溶质质量分数为40%的水玻璃，轻轻将盐的晶粒，如钴、铁、铜、镍和铅的氯化物，铝、铁、铜和镍的硫酸盐，钴、铁、铜和镍的硝酸盐，加入到水玻璃中（注意不能摇混），则五彩缤纷的“花”就慢慢地生长起来了。如图2-4所示。图2-4 水中花园2.3各种分散系2.3.1 悬浊液和沉淀
悬浊液是一种非均相体系，由含大量分子的颗粒悬于液体中形成，例如：水中的粘土颗粒，观察悬浊液中的颗粒，最终会沉降下来，且颗粒的体积越小，沉降所需要的时间就越长。用显微镜观察，悬浊液的颗粒不断进行着布朗运动。
沉淀是在溶液中形成的固体，当溶解的物质的微粒聚集沉降下来时就形成沉淀而离开液相。沉淀可以表现为溶液中的浑浊悬浮物，或是聚集在一起的块状物体。
下面两个实验，可以帮助我们理解悬浊液和沉淀，以及固体颗粒和液相的简单分离方法。
1．振荡粘土与水的混合物【实验仪器及试剂】 粘土；水；量筒；漏斗；滤纸；玻璃棒；烧杯。【实验步骤及现象】 将粘土和水的混合物注入量筒至量筒体积的1/2处，振荡混合物后静置，记录颗粒沉降的种类和顺序（如大小和顺序的相关性）。对于固体颗粒而言，体积越小，沉降所需要的时间就越长。
将上层乳白色浑浊液过滤，滤出一些颗粒，但滤液仍呈浑浊，因为粘土的颗粒可以穿过滤纸。悬浊液中的某些微粒可以悬浮很长时间，因为它们太小。
2．在粘土悬浊液中加盐
在一些热带国家，人们用建在河口附近粘土层的晒盐池结晶盐。【实验仪器及试剂】 粘土；氯化钠溶液；石灰水；明矾溶液；试管两支。【实验步骤及现象】 将粘土悬浮液的滤液分装入两支试管中，一支试管用作比较，在另一支试管中滴加氯化纳溶液，滤液变得澄清。当河流中的粘土浑浊液与海水的盐相遇时就会产生这种效果。
改滴石灰水重复上述操作。
改用明矾重复上述操作。思考
上述各种试剂添加在粘土悬浮液中，在实际生活中有什么意义？
3．用自制离心机澄清悬浊液【实验仪器及试剂】 试管；细绳；粘土；水；硫酸铜溶液；离心机。【实验步骤及现象】 在一支试管中加入粘土悬浊液，将试管系上吊绳，绕头旋转。在旋转中较重的颗粒降到试管底部，颗粒从液相中部分分离出来。
振荡盛有悬浊液的试管后，用离心机离心分离，颗粒与液体分离较快。
用硫酸铜溶液做上述操作，不发生分离现象。2.3.2 溶液
溶液是由溶质溶在溶剂中形成的均一、稳定的体系，其中分散在溶剂中的通常是分子或离子。合金是金属或非金属溶于另一种金属中形成的固体溶液。饱和溶液是指在一定的温度条件下，不能再溶解溶质的溶液。在某一特定温度下，100g溶剂中最多能溶解的某物质的质量（g）称为该物质在该溶剂中的溶解度。气体的溶解度通常随温度升高而减小。
如何了解物质的溶解性？影响物质溶解性的因素有哪些？如何测定物质的溶解度？通过下面的实验我们可以解决这些疑问。
1．物质的溶解性【实验仪器及试剂】 氯化铵、氯化钡、硫酸钡、硫酸钙、硝酸铜、炭酸铜、硫酸铜、硝酸铅、硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、氯化钠、醋酸钠、硫酸钠、碳酸钠等固体各5克；蒸馏水；量筒；试管；酒精灯。【实验步骤及现象】 在实验室中选择几种盐，例如：氯化铵、氯化钡、硫酸钡、硫酸钙、硝酸铜、炭酸铜、硫酸铜、硝酸铅、硝酸钾、氯化钾、硫酸钾、氯化钠、醋酸钠、硫酸钠、碳酸钠等，记录室温，分别在试管中加入5g各种盐和10mL水，剧烈搅拌或振荡，观察混合物的温度是否改变。对上述盐进行分类，可分为可溶、微溶或难溶。
将试管加热到40℃，大部分盐完全溶解。
2．温度对不同盐的溶解度影响——绘制溶解度曲线
大多数离子型化合物的溶解度随温度的升高而增大。【实验仪器及试剂】 蒸馏水；硝酸钠、硝酸钾、氯化钾和氯化钠；烧杯；蒸发皿；铁三角架；坩埚钳；天平；量筒。【实验步骤及现象】 室温下，25mL水中溶解氯化钠，搅拌至固体不再溶解为止，溶液达到饱和。过滤除去未溶的盐，记录饱和溶液1的温度。将一个蒸发皿称重（W），把饱和溶液转移到这个蒸发皿中，2缓慢加热蒸干溶液，冷却后，再称重蒸发皿（W）。溶解了的盐的21质量为W-W，蒸发掉的水量为25mL，室温下，氯化钠在水中的溶21解度为：（W-W）÷25×100（g）。
测定不同温度下不同盐在水中的溶解度，例如：硝酸钠、硝酸钾、氯化钾和氯化钠等。实验完毕后，将重结晶的盐分别放入指定的试剂瓶中并在标签上记下温度和每种盐的溶解度。
表2-1比较了不同温度下各种盐溶解于100g水中达到饱和时的质量。表2-1 不同温度下各种盐的溶解度
将实验结果绘制成溶解度曲线图（图2-5），图中纵坐标表示溶解度，即最多能溶于100g水中的溶质的克数，横坐标表示摄氏温度。图2-5 溶解度曲线
3．颗粒大小对溶解速率的影响
比较颗粒大小不同的硫酸铜晶体的溶解速率。【实验仪器及试剂】 大小相对均匀的硫酸铜大晶粒5g；大小相对均匀的硫酸铜小晶粒5g；蒸馏水；试管。【实验步骤及现象】 取大颗粒和小颗粒的硫酸铜晶体各5g分别加到盛有相同体积水的试管中，同时，相同程度地振荡两支试管，振荡同等次数后，观察每支试管中未溶解的固体量。小颗粒晶体比大颗粒晶体溶解快。
4．蔗糖在水中的溶解度
蔗糖极易溶于水。【实验仪器及试剂】 蔗糖；蒸馏水；试管；蒸发皿。【实验步骤及现象】（1）在室温下，向盛有水的试管中加入蔗糖并搅拌至蔗糖不再溶解为止，观察蔗糖溶解了多少。用合适的语言进行描述。（下同）（2）加热溶液直至70℃，每间隔10℃，观察蔗糖的溶解量。（3）加热溶液到100℃，把溶液倒入蒸发皿中冷却，观察溶液的冷却情况。注意
制作乳脂糖或块糖。将牛奶或黄油与糖水一起加热，煮沸后继续加热至125℃，将热液体倒入一个纸杯中冷却，同时必须不断搅拌和控制温度。2.3.3 胶体和乳浊液
胶体颗粒比大多数分子要大（1～100nm之间），大到无法通过半透膜，即使如此，它们仍然很小，以至于无法用普通显微镜观察到它们。动物胶和淀粉溶液都是胶体。
乳浊液是含有两种液相的液态体系，一种液体的小液滴悬浮在另一种液体中，例如，油与水可以形成乳浊液。乳浊液可以是浑浊的或不透明的，很像悬浊液，静置后分层。可加入乳化剂保持乳浊液的稳定性，乳化剂能阻止分散相的小液滴互相凝聚，而使液滴悬浮。牛奶就是一种复杂的液态分散系，是不太典型的乳浊液。一般牛奶里含有酪素、乳蛋白、脂肪、乳糖和水分，其中脂肪和水形成乳浊液，酪素和乳蛋白形成胶体，乳糖形成溶液。
1．常见胶体和乳浊液的描述
胶体有一个特别的性质，就是会发生丁达尔效应，当用激光笔或聚光手电筒照射液体时，从垂直于光线的方向观察，可以看见一条光亮的通路。实验室中常用丁达尔效应区分胶体与溶液（见图2-6）。图2-6 聚光手电筒照射的光路穿过溶液和胶体【实验仪器及试剂】 各种液体，如蛋黄酱、胶水、肥皂水、冰淇淋、果汁软糖、蛋清、面霜、色拉油、肉汁、洗手液、鱼肝油等；聚光手电筒；烧杯。【实验步骤及现象】 观察并描述常见胶体的性质，例如蛋黄酱、胶水、肥皂水、冰淇淋、果汁软糖、蛋清、面霜、色拉油、肉汁、洗手液、鱼肝油等。
2．制作面霜乳浊液【实验仪器及试剂】 蒸发皿；玻璃棒；电炉；四硼酸二钠；医用石蜡；蜂蜡；凡士林；香料、色料等。【实验步骤及现象】 将四硼酸二钠加入水中，加热直至溶解，另在电炉上加热医用石蜡、蜂蜡和凡士林的混合物，将热的四硼酸二钠溶液倒入热油混合物中，搅拌、冷却，加香料和色料。
3．制作硅胶
凝胶是三维立体的胶体，如动物胶、果冻。【实验仪器及试剂】 试管；胶头滴管；蒸发皿；硅酸钠；6mol/L的盐酸。【实验步骤及现象】 把硅酸钠加入水中配成20%的溶液，在一支试管中倒入3mL配制好的硅酸钠溶液，用滴管向其中滴加6mol/L的盐酸，搅拌均匀，有白色硅酸凝胶出现。硅酸凝胶含水量高，软而透明，具有弹性。将硅酸凝胶加热脱水，得到硅酸干胶，俗称硅胶，可制成透明或乳白色颗粒，吸湿量达40%左右，耐盐酸、硫酸和硝酸的腐蚀，常作干燥剂。
变色硅胶颗粒的制作：（1）药品：水玻璃、盐酸（化学纯）、0号变压器油（优质0号机油也可）、硬质塑料管（长1.5米直径15厘米）。（2）实验步骤和现象：市售水玻璃浓度大，直接使用不易控制胶凝时间，影响硅胶的成型，故先用水稀释成20%溶液，盐酸配成2mol/L和1mol/L两种浓度备用，硬质塑料管密封一端，另一端在离管口5～6厘米处开一个溢油小孔。油料装在塑料管中。取一个圆形塑料瓶切去上半部后用打孔器在底部打几个孔（作筛杯用），孔径大小由所制硅胶粒度确定。
在不断搅拌下慢慢向水玻璃溶液中加入2mol/L的盐酸，调节溶液的pH值在7～8之间。然后在烧杯中混合定量体积的水玻璃溶液和1mol/L盐酸使混合液pH值刚好在6～6.5之间（一般胶凝显20s左右），马上倒入悬挂在油管上方的筛杯中并不断变换筛杯的位置，油料中便形成了球状胶粒。从油中取出胶粒在室温下陈化1～2天，再用水洗涤，浸泡直到水中Cl一 含量很少为止，在筛子中摊开风干到一定硬度，用很稀的氯化钴溶液着色，干燥后便得到变色硅胶颗粒。如图2-7所示。（3）说明：硅胶在油料中成型时会使油料中含水量不断增大，影响胶粒的形成，油使用一段时间后要除水。
浸氯化钴前胶粒不能太干燥，以防胶粒浸泡时碎裂成不规则小粒。
硅胶在洗涤浸泡时必须把盐分基本上除去，同时用氯化钴浸泡的浓度要稀，时间不宜过长，否则硅胶干燥时不呈光滑透明状，甚至容易碎裂。图2-7 变色硅胶颗粒2.4晶体 聚合物2.4.1 晶体
1．制备大晶体【实验仪器及试剂】 烧杯；表面皿；玻璃棒；细绳；硫酸铜；蒸馏水。【实验步骤及现象】 在水中溶解硫酸铜晶体的微粒直至不再溶解，过滤饱和溶液，并将滤液盛放在烧杯中，用一根线系一颗比较规则的硫酸铜小晶体，悬挂在溶液中，盖上实验器皿使其不受干扰静置，定期用放大镜观察，会发现：几周后，小晶体逐渐长成一块大晶体。如图2-8所示。图2-8 硫酸铜大晶体
2．制备硫代硫酸钠晶体【实验仪器及试剂】 试管；洗瓶；硫代硫酸钠晶体；蒸馏水。【实验步骤及现象】
方法一：在一支试管中加入硫代硫酸钠晶体，并注入少量水，用温火加热直到晶体全部溶解。将制成的饱和溶液冷却，在溶液中加入一粒硫代硫酸钠晶种，晶体开始生长并迅速在溶液中扩展。
方法二：制备硫代硫酸钠的过饱和溶液。在试管中加入硫代硫酸钠晶体，用温火加热干燥晶体，晶体熔化并溶解在自己的结晶水中。冷却试管，冷却过程中，不要振荡或搅动试管，溶液中没有晶体生成，此溶液是过饱和的。把一粒硫代硫酸钠晶体放入溶液中，溶液中有晶体生成。
3．制备硬脂酸晶体【实验仪器及试剂】 硬脂酸；玻璃载物片；玻璃盖片；酒精灯；镊子；放大镜。【实验步骤及现象】 在玻璃载物片上放上硬脂酸，放在火焰上加热至固体熔化，将盖片盖在熔融物上，冷却，用放大镜观察晶体的生长，晶体可以从几个点上生长，相遇处形成界面（见图2-9）。图2-9 硬脂酸晶体显微镜照片
4．制备阿司匹林晶体【实验仪器及试剂】 试管；酒精灯；烧杯；滤纸；阿司匹林片；酒精。【实验步骤及现象】 将阿司匹林片溶解在热酒精中，制成饱和溶液。将容器放在热水中加热，过滤热溶液，除去淀粉，冷却，得到阿司匹林晶体。
5．制备晶体簇
晶体簇是晶体在生长过程中相互结合而形成的不规则晶体集合体。固体物质在水中的溶解度随温度下降而减小，因此当热饱和溶液冷却后，溶质便从溶液中以晶体簇的形式析出。如图2-10所示。图2-10 晶体簇【实验仪器及试剂】 小石块；氯化钠固体；重铬酸钾固体；蒸馏水；细绳；扣子；硬纸片。【实验步骤及现象】（1）制作“晶体花”：将几块小石块浸入氯化钠的饱和溶液中，适当加热以减少水量，放置，冷却，在小石块上逐渐生长出白色的“晶体花”。（2）制作“晶体绳”：在一段棉线上系上一颗扣子，垂吊浸泡在饱和氯化钠溶液中，适当加热浓缩溶液，放置，冷却，在棉线和扣子上生长出氯化钠晶体，取出棉线和扣子，悬挂风干，用火柴烧掉棉线，而氯化钠晶体不被点燃，仍保持绳状，可以悬挂扣子。（3）制作“晶体皇冠”：将一个剪成“皇冠”状的硬纸片浸入重铬酸钾饱和溶液中，加热使水尽快蒸发，自然冷却并静置一夜，在“皇冠”上会生长出针状的橙红色晶体。注意（1）重铬酸钾在低温时溶解度较小，制备饱和溶液时，适当加热使其尽量多地溶解在水中。（2）制备饱和溶液时，应过滤除去未溶的固体，以保证溶液的单相性。（3）为加快水的蒸发速率，可适当加热，但应该用滤纸盖住烧杯口以防污染溶液。2.4.2 结晶水
1．检验结晶水的存在【实验仪器及试剂】 试管、试管夹；氯化钴试纸；酒精灯；五水硫酸铜晶体、七水硫酸亚铁晶体、硼砂、食盐、泻药、芒硝、海波、洗涤碱、皓矾等固体。【实验步骤及现象】（1）在试管中加热五水硫酸铜晶体使其失去结晶水成为白色粉末状的无水硫酸铜，失去的水以液滴的形式出现在试管的内壁上，使用蓝色氯化钴试纸检验液滴中的水的存在。（2）在试管中加入七水硫酸亚铁晶体，温火加热，观察现象，晶体失水，水蒸汽在试管口的较冷的部分冷凝成液滴，此时，晶体失去原有的形状和颜色。（3）加热硼砂、食盐、泻药（硫酸镁晶体）、芒硝、海波（硫代硫酸钠晶体）、洗涤碱（碳酸钠晶体）、皓矾（硫酸锌晶体）。用蓝色氯化钴试纸检验水的存在。
2．结晶水含量的测定42【实验仪器及试剂】 MgSO·7HO晶体；硫酸铜晶体；坩埚、泥三角、铁三脚架、坩埚钳、石棉网；干燥器；天平。【实验步骤及现象】42（1）MgSO·7HO的相对分子质量为246.47。取少量晶体，称重，1质量为W，加热晶体，再称重，继续加热，再称重……直到所称质量2不再发生（两次称量之差不超过1%），此时的质量为W，则结晶水121的质量=W-W，水合晶体的物质的量：n=W÷246.47，在每摩水合12晶体中，结晶水的物质的量为：（W-W）/18n=7。（2）用五水硫酸铜等其他晶体重复上述实验。注意
晶体必须在干燥器中冷却下来后再称量。
3．密信【实验仪器及试剂】 六水氯化钴溶液；蔗糖溶液；淀粉溶液、碘水；硫酸铁铵溶液；氯化钠饱和溶液；儿童画笔或火柴；酒精灯；6B铅笔。【实验步骤及现象】 用儿童画笔或折断头的火柴棍蘸以下几种“墨水”在纸上书写，要显现密信内容时，可用加热法，或用相应的显字剂。（1）用六水氯化钴溶液作“墨水”，加热烤干书写好的密信时，字迹呈蓝色，用水再写一遍时，字迹又消失了。（2）用蔗糖溶液作“墨水”，在一张纸板上书写，在读密信时，取两张纸烧成灰，把纸灰抹擦在书写好的纸板上，有蔗糖的地方，纸灰被粘住，显现出灰黑色的字迹。（3）用淀粉溶液作“墨水”，首先用碘水检验纸张是否含有淀粉，用不含淀粉的纸张书写信件，要读信时，将纸浸在在碘水中，字迹呈现出蓝色。（4）用硫酸铁铵溶液作“墨水”，加热烤干密信时，字迹呈黄褐色。（5）用氯化钠饱和溶液作“墨水”，用软铅笔蘸上“墨水”在纸上书写，加热烤干后，在纸上析出一层氯化钠白色晶体，铅笔字迹显得更加清晰、突出。2.4.3 聚合物
聚合物是由许多称为单体的小分子聚合而成的，例如，氨基酸是蛋白质的单体，乙烯是聚乙烯的单体。用作塑料的合成聚合物，是聚合和缩合反应生成的。现有的聚合物的高分子链的几何形状大致有三种：线型、支链型、体型（见图2-11）。高分子链与链之间的排列和堆砌结构也比较复杂。线型和支链较少的高分子聚合物属于热塑性聚合物，因为它们受热软化，可以塑造成一定的形状，冷却后变硬，再加热又可以软化，再被利用，但这些聚合物的燃烧会产生有毒气体。线型的聚合物能溶解在有机溶剂中。而体型的聚合物属于热固性塑料，硬化定型后，再加热时，不会软化，同时在有机溶剂中会发生溶胀现象。图2-11 高分子结构
1．对天然聚合物的描述
天然聚合物以透明玻璃状的树胶和树脂形式存在，也以多糖形式存在于淀粉或纤维素中。天然橡胶是异戊二烯的聚合物，与硫共热（硫化）时变硬。如图2-12所示。图2-12 天然树胶样品
2．对加聚物的描述
当单体在高温、高压以及催化剂存在的条件下彼此连接时，就发生了加聚反应，参加反应的活性官能团多数为碳碳之间的不饱和键。以乙烯为单体的聚乙烯高分子产物，是一种分子量很大的化合物，但没有确定的化学式。这种聚合反应为加聚反应。
收集、观察并描述不同的加聚物：22（1）聚乙烯，简称PE，单体乙烯（CH=CH），通过加成聚合反应生成。手感似蜡，具有优良的耐低温性能（最低使用温度可达-70～-100℃），化学稳定性好，能耐大多数酸碱的侵蚀（不耐具有氧化性质的酸），常温下不溶于一般溶剂，吸水性小，电绝缘性能优良。主要用来制造薄膜、容器、电线电缆、日用品等，并可作为电视、雷达等的高频绝缘材料。（2）聚氯乙烯，简称PVC，由氯乙烯在引发剂作用下聚合而成的热塑性树脂。本色为微黄色半透明状，有光泽。随助剂用量不同，分为软、硬聚氯乙烯，软制品柔而韧，手感粘，硬制品在屈折处会出现白化现象。常见制品：板材、管材、鞋底、玩具、门窗、电线外皮、文具等。（3）聚苯乙烯，简称PS，是指由苯乙烯单体经自由基加聚反应合成的聚合物，是一种无色透明的热塑性塑料，具有高于100℃的玻璃转化温度，因此经常被用来制作各种需要承受100℃开水温度的一次性容器，如一次性泡沫饭盒等。（4）聚甲基丙烯酸甲酯，以丙烯酸及其酯类聚合所得到的聚合物统称丙烯酸类树酯，相应的塑料统称聚丙烯酸类塑料，其中以聚甲基丙烯酯甲酯应用最广泛。聚甲基丙烯酸甲酯简称为PMMA，俗称有机玻璃，是迄今为止合成透明材料中质地最优异、价格又比较适宜的品种。它常作为透镜的玻璃代用品，也可以被制作成光学实验中的光栅、静电实验中的绝缘棒以及超级胶水。（5）聚丙烯腈，也是聚丙烯酸类塑料，是由单体丙烯腈经聚合反应而得到的。它主要用于制聚丙烯腈纤维，聚丙烯腈纤维（俗称晴纶）的强度不高，耐磨性和抗疲劳性也较差。聚丙烯腈纤维的优点是耐候性和耐日晒性好，并耐化学试剂，特别是无机酸、漂白粉、过氧化氢及一般有机试剂。（6）聚丙烯，简称PP，由丙烯为单体聚合而制得的一种热塑性树脂。通常为半透明无色固体，无臭无毒。由于结构规整而高度结晶化，故熔点高达167℃，耐热，制品可用蒸汽消毒是其突出优点。密3度0.90g/cm，是最轻的通用塑料。耐腐蚀、抗张强度、强度、刚性和透明性都比较好。具有良好的电性能和高频绝缘性不受湿度影响，但低温时变脆、不耐磨、易老化，适于制作一般机械零件，耐腐蚀零件和绝缘零件。常见的酸、碱、有机溶剂对它几乎不起作用，可用于食具。（7）聚四氟乙烯，简称PTFE或F4，被称“塑料王”，是由四氟乙烯经聚合而成，具有优良的化学稳定性、耐腐蚀性，是当今世界上耐腐蚀性能最佳材料之一，除熔融金属钠和液氟外，能耐其他一切化学药品，在王水中煮沸也不起变化，广泛应用于各种需要抗酸碱和有机溶剂的场合。它密封性好、高润滑不粘性、良好的电绝缘性和抗老化能力、耐温优异（能在+250～-180℃的温度下长期工作）。
3．对缩聚物的描述
缩聚反应通常是由两种不同的单体相互结合成链形成聚合物，同时生成小分子（如水、氨等分子），与酯类或淀粉的生成过程相似。
收集、观察并描述不同的聚合物，如尼龙、氨纶、酚醛树脂、涤纶和环氧树脂等。（1）聚酰胺，简称PA，俗称尼龙，是美国DuPont公司最先开发用于纤维的树脂，于1939年实现工业化。它具有良好的综合性能，包括力学性能、耐热性、耐磨损性、耐化学药品性和自润滑性，且摩擦系数低，有一定的阻燃性，易于加工，适于用玻璃纤维和其他填料填充增强改性，提高性能和扩大应用范围。（2）氨纶，简称PU，是聚氨酯纤维（Polyurethane）。它具有高度弹性，能够拉长6～7倍，但随张力的消失能迅速恢复到初始状态，其分子结构为一个像链状的、柔软及可伸长性的聚氨基甲酸酯，通过与硬链段连接在一起而增强其特性。弹性纤维分为两类：一类为聚酯链类；一类为聚醚链类。聚酯类弹性纤维抗氧化、抗油性较强；聚醚类弹性纤维防霉性、抗洗涤剂较好。（3）涤纶，一种聚酯纤维。它是以对苯二甲酸（PTA）或对苯二甲酸二甲酯（DMT）和乙二醇（EG）为原料经酯化或酯交换和缩聚反应而制得的成纤高聚物——聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET），经纺丝和后处理制成的纤维。涤纶纤维结实耐用、弹性好、不易变形、耐腐蚀、绝缘、挺括、易洗快干，合成工艺也是三大合成纤维中最简单的一种。（4）酚醛树脂，也叫电木，是无色或黄褐色透明物，耐弱酸和弱碱，遇强酸发生分解，遇强碱发生腐蚀。它不溶于水，溶于丙酮、酒精等有机溶剂中。它由苯酚与甲醛缩聚而得。因选用催化剂的不同，可分为热固性和热塑性两类。酚醛树脂具有良好的耐酸性能、力学性能、耐热性能，广泛应用于防腐蚀工程、胶粘剂、阻燃材料、砂轮片制造等行业。
4．将聚合物分解为小分子【实验原理】
加热可以使聚合物分解成小分子。【实验仪器及试剂】 铁架台、铁夹；单孔、双孔橡胶塞若干；试管、烧杯、U型管、双通硬质玻管；酒精灯、酒精喷灯；有机玻璃碎片；蒸馏水；溴水；碱石灰；氧化铜；无水硫酸铜固体。【实验步骤及现象】 如图2-13安装仪器。在试管中加入极少量有机玻璃或其他线型塑料的碎片，将导管插入一支接收的试管中，接收试管用冷水冷凝。缓慢加热装有有机玻璃的试管，聚合物熔化分解形成的蒸汽收集冷凝在接收的试管B中。若将B装置与C装置相连，可以检验某些分解得到的小分子成分。图2-13 实验装置注意
聚合物熔化分解形成的烟气有毒，反应必须控制加热程度以便使反应释放的所有烟气能够全部冷凝在接收试管中。同时反应可以在通风橱中进行。
5．制取酪蛋白塑料
酪蛋白是一种磷蛋白质的热塑性聚合物，可用来制绝缘体、扣子、把手、粘合剂和绘画用的底漆。【实验原理】 脱脂牛奶与醋酸反应可以得到酪蛋白。+2+
酪蛋白钙盐+2H—→酪蛋白+Ca【实验仪器及试剂】 冰醋酸；蒸馏水；脱脂牛奶；福尔马林溶液；烧杯；温度计；抽滤装置（布氏漏斗、吸滤瓶、水泵）；砂纸。【实验步骤及现象】 将1mL冰醋酸加入10mL水中，制得约10%的醋酸溶液。
将乳脂从牛奶中分离出来或直接使用脱脂牛奶。向500mL烧杯中加入200mL脱脂牛奶，加热到50℃，保温40～50℃，边搅拌，变向牛奶中滴加醋酸溶液，待醋酸溶液全部滴完后，继续搅拌片刻，静置，直至酪蛋白凝乳分离完全，溶液成为清液，有块状物析出。抽滤并洗涤块状物，将块状物用小勺压实后，用滤纸吸干，塑压成型，放在空气中干燥1～2天。将干燥后的酪蛋白放入福尔马林溶液（40%甲醛溶液）中浸泡一天以使塑料硬化，用砂纸将硬塑料打磨光滑。
将氨水加入酪蛋白中可制成胶水。
6．制取脲醛树脂
脲醛树脂颜色浅，因此可将其染色，具有热固性，不能燃烧，可用于生产纤维玻璃和黏合剂。【实验原理】 传统理论认为，脲醛树脂的合成主要分为两个阶段：第一个阶段羟甲基脲生成，为加成反应阶段；第二阶段树脂化，为缩聚反应阶段。（1）加成反应阶段
尿素与甲醛在中性或弱碱性介质（pH7～8）中进行羟基化反应。22222
HN-CO-NH+CHO—→HN-CO-NHCHOH
然后再与甲醛反应生成二羟甲基脲22222
HN-CO-NHCHOH+CHO—→HOHCHN-CO-NHCHOH
还可以生成少量的三羟甲基脲、四羟甲基脲，但是到目前为止还未分离出四羟甲基脲。
一羟甲基脲、二羟甲基脲和三羟甲基脲的反应速度比为9∶3∶1。（2）缩聚反应阶段2
羟甲基脲中含有活泼的羟甲基（—CHOH），可进一步缩合生成聚合物。由于在碱性条件下缩聚反应很慢，只有在微酸介质（pH 4～6）中，生成的一羟甲基脲和二羟基脲在高温下羟甲基脲还未反应的尿素、羟甲基与羟甲基之间进行亚甲基化反应，形成各种缩聚物的中间体。反应基本上有5种形式，其中有这样的典型反应：
一羟甲基脲与相邻分子胺基上的氢缩合脱水形成亚甲基键。2222
HN-CO-NHCHOH+HN-CO-NHCHOH—→2222
HN-CO-NHCHNH-CO-NHCHOH+HO
中间体形成后，进一步缩聚形成以亚甲基和二亚甲基为主体或少量以醚键连接的线型或支链型的低聚物。【实验仪器及试剂】 尿素；福尔马林溶液；脱脂棉花；盐酸；烧杯；玻璃棒。【实验步骤及现象】 将尿素与2倍其质量的福尔马林（40%甲醛溶液）在烧杯中混合均匀，在通风橱中加热，直至溶液由澄清变浑浊，这时树脂生成，停止加热，加入少量纤维（脱脂棉花），与树脂混合均匀，同时滴加稀盐酸，搅拌至树脂开始固化，最后得到白色的脲醛树脂。注意
甲醛有强烈的刺激性气味，且反应十分剧烈，加热不到5分钟，溶液开始沸腾，所以实验一定要在通风橱中进行。
7．制取尼龙聚合物2
尼龙的结构很像长链的蛋白质，是有一个分子的氨基（—NH）和另一个分子的羧基（—COOH）缩合而成，如尼龙-66是由1,6-二氨2262222基己烷HN（CH）NH，与己二酸（CHCHCOOH）缩合而成的尼龙。尼龙具有热塑性，可用来制作尼龙绳、线、牙刷毛、齿轮、衬
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]