实验化学五个疑难点.ppt

点击实验化学五个疑难点,杨广斌 浙江省丽水中学,问题起源,疑难问题提出,问题解答,拓展视野,目录,疑难问题之二:浸润与毛细现象,疑难问题之一:分液漏斗与放气,疑难问题之三:色谱分析与纸层析,疑难问题之四:热过滤与减压过滤,疑难问题之五:丹尼尔电池与盐桥,疑难问题之一:分液漏斗与放气,问题起源,疑难问题提出,问题解答,拓展视野,问题起源之一,分液漏斗的放气耳熟能详不屑一顾,实验习惯安全意识人命关天,问题起源之一,第4页第6段:(2)用右手压住分液漏斗的玻璃塞，左手握住旋塞，将分液漏斗倒转过来，用力振摇。开始时，振摇速度要慢，振摇几次后，将漏斗上口向下倾斜，下部支管斜向上方，左手仍握住旋塞，用拇指和食指旋开旋塞放气，放气时支管口不能对着人，也不能对着火。经几次振摇并放气后，将分液漏斗置于铁架台的铁圈上，静置片刻。,疑难问题之一,第一问：分液漏斗在开始振摇时为何振摇速度要慢？,第二问：分液漏斗在振摇过程中产生了何种气体？,第三问：为什么要不断放气？不放气有危险吗？,疑难问题之一解答,第一问解答：开始时要慢，主要使两种互不相溶的液体充分接触。,第二问解答：挥发出来的有机物蒸气或溶解在液体中空气在振荡的过程中会从液体中溢出。,疑难问题之一解答,第三问解答：分液漏斗每振摇几次后，就要打开活塞放气，主要原因有两点，一是降低分液漏斗中的压强，防止分液漏斗的活塞和液体喷出来伤人或着火；二是压强偏高会影响液体分层效果。第一点是主要的，主要为了安全着想。,介绍两个案例如果不”及时放气”,可能会出现安全事故高中化学实验过程中,让学生养成使用分液漏斗时”及时放气”的好习惯。,关注实验细节,“为学生未来的发展打好良好的基础”,拓展视野之一,“泰山不拒细壤，故能成其高；江海不择细流，故能就其深。”所以，大礼不辞小让，细节决定成败。,在学生中，想做大事的人很多，但愿意把小事做细的人很少；我们不缺少雄韬伟略的战略家，缺少的是精益求精的执行者；决不缺少各类管理规章制度，缺少的是规章条款不折不扣的执行。我们必须改变心浮气躁、浅尝辄止的毛病，提倡注重细节、把小事做细.,分液漏斗,另类的分液漏斗,刻度犁形分液漏斗,塑料分液漏斗,棕梨形分液漏斗,另类的分液漏斗,具四氟活塞分液漏斗,石英球形分液漏斗,恒压式筒式分液漏斗（具活塞）,疑难问题之二:浸润与毛细现象,问题起源,疑难问题提出,问题解答,拓展视野,自然界中存在:水由低处往高处爬的现象,问题起源之二,毛细现象原理浸润液体在毛细管里升高的现象和不浸润液体在毛细管里降低的现象，叫做毛细现象.,面巾纸吸汗,问题起源之二,第8页：具有细微缝隙的物质或直径很小的细管（称毛细管）与液体接触时，液体沿缝隙或毛细管上升或下降的现象称为毛细现象。在浸润情况下，液体上升，管中液面呈凹面；在不浸润情况下，液体下降，管中液面呈凸面。毛细现象是物质分子间作用力的结果，常见的纸张或毛巾吸水、地下水沿土壤缝隙上升至地表等都是毛细现象。,疑难问题之二,第一问：什么叫浸润？,第二问：什么叫不浸润？,第三问：什么叫毛细管？,第四问：不同种液体在毛细管内的表现各不相同,具体有哪些表现形式？请说明原理.,疑难问题之二解答,第一问解答：液体附着在固体表面上的现象叫浸润。,浸润现象:植物茎内的导管能把土壤里的水分吸上来砖块吸水、毛巾吸汗、粉笔吸墨水 若要保存地下的水分,就应当锄松地面的土壤,破坏土壤表层的毛细管,以减少水分的蒸发在农药中则要添加少量的润湿剂，以提高农药对植物表面的润湿性，使药液在叶片表面能形成薄薄的液膜，有效地杀灭害虫。,在洁净的玻璃片上放一滴水，水能扩展形成薄层，附着在玻璃板上。这种液体附着在固体表面上的现象叫做浸润。对玻璃来说，水是浸润液体。,疑难问题之二解答,第二问解答：液体不能附着在固体表面上的现象叫做不浸润。,不浸润现象:有些动物羽毛上能分泌脂肪，水就不浸润羽毛；雨滴落在荷叶上，像晶莹的珍珠滚来滚去；被油浸过的纸不容易沾水；雨衣、雨伞的表面都要用防水试剂进行处理，使其不被雨水浸润。,在石蜡面上放一滴水，水不能附着在石蜡表面上，这种液体不能附着在固体表面上的现象叫做不浸润。对石蜡来说，水是不浸润液体。,疑难问题之二解答,接触角：在液体、固体、空气接触处，作液体表面的切线与固体表面的切线，两切线通过液体内部的角度。，浸润，如图（a）和（c）；，不浸润，如图（b）和（d）；,疑难问题之二解答,是在同种物质内部相邻各部分之间的相互吸引力，只有在各分子十分接近时才显示出来。内聚力能使物质聚集成液体或固体。,附着力是在两种不同物质的接触处所发生 0 的相互吸引力。,设液体分子的分子力作用半径为r，固体分子的分子力作用半径为l，当液体与固体接触时，在界面处液体一侧厚度等于r（当rl时），或等于l（当lr时）的一层液体层，叫做液体的附着层。,如图2-3所示。A为附着层中任一分子，在附着力大于内聚力的情况下，分子A所受的合力与附着层相垂直，指向固体，此时，分子在附着层内比在液体内部具有较小的势能，液体分子要尽量挤入附着层，结果使附着层扩展。附着层中的液体分子越多，系统的能量就越低，状态也就越稳定。因此引起了附着层沿固体表面延展而将固体润湿。,A为附着层中任一分子，在内聚力大于附着力的情况下，分子A受到的合力f垂直于附着层指向液体内部。附着层中的液体分子越少，系统的能量就越低，状态就越稳定，因此附着层就有缩小的趋势，宏观上就表现出液体不被固体所吸附。液体就不能浸润固体了。,疑难问题之二解答,第三问解答：能够产生明显毛细现象的管或内径很细的管叫做毛细管。通常指的是内径等于或小于1毫米的细管，因管径有的细如毛发故号称毛细管。例如，水银温度计、钢笔尖部的狭缝、毛巾和吸墨纸纤维间的缝隙、土壤结构中的细隙以及植物的根、茎、叶的脉络等，都可 认为是毛细管。,疑难问题之二解答,第四问解答：毛细现象是浸润现象发生在毛细管中的表现。液体在毛细管中的表现主要有两种.第一种:如果液体能浸润毛细管器壁，液体上升，在接近器壁处液面向上弯曲呈凹面.第二种:如果液体不浸润毛细器壁，液体下降，在接近器壁处液面向下弯曲呈凸面。,浸润液体在毛细管中的液面是凹形的，它对下面的液体施加拉力，使液体沿着管壁上升，当向上的拉力跟管内液柱所受的重力相等时达到平衡，管内的液体停止上升，毛细管内形成一段高于管外的液柱。同样不浸润液体在毛细管内是凸液面,它对下面的液体施以压力,使液体沿着管壁下降,毛细管内液面低于管外的液面。,毛细管内液柱上升高度h公式是：此处：=表面张力=接触角=流体密度 g=重力加速度 R=细管半径,拓展视野之二,表面张力()是液体表面的分子有一种使其面积缩成最小的力，表面张力的方向总是与液面相切，与分界线相垂直。,在海平面上，=0.0728 J m-2；=20；=1000 kg m-3；g=9.8 m s-2 在半径1m的管中，水上升0.014 mm（因此极不容易被察觉）；在半径1 cm的管中，水上升1.4 mm；在半径0.1 mm 的毛细管中，水上升14 cm。,拓展视野之二,毛细现象是眼泪能够自眼睛不断流出的必要因素。某些材质的运动衣料，会透过毛细现象吸汗。化学家常利用毛细现象来进行薄板层析(薄板色谱分析)和纸层析。,拓展视野之二,疑难问题之三:色谱分析与纸层析,问题起源,疑难问题提出,问题解答,拓展视野,早早孕检测纸,问题起源之三,奥运会兴奋剂检测,问题起源之三,第7页：色谱分析法是20世纪初在研究植物色素的分离时发现的一种物质分离分析方法。它通常用于分离结构相近、物理性质和化学性质相似的物质。纸层析法（简称纸层析）作为一种物质分离的简单方法，也是色谱分析法的一种。,疑难问题之三,第一问：色谱分析法发展历程？,第二问：色谱分析法有哪些特点？色谱分析法有哪些优点？,第三问：色谱分析法如何分类？,第四问：纸层析法的基本原理是什么？,Chromatography,色谱分析法概述,国产气相色谱仪,HP高压液相色谱仪,美国气相色谱仪,疑难问题之三解答,疑难问题之三解答,第一问解答：,俄国植物学家Tswett于1901年发现：利用吸附原理分离植物色素,俄国植物学家Tswett于1901年发现：利用吸附原理分离植物色素,1903年发表文章：On a new category of adsorption phenomena and their application to biochemical analysis1906年Tswett 创立“chromatography”“色谱法”新名词1907年在德国生物会议上第一次向世界公开展示显现彩色环带的柱管,疑难问题之三解答,1930年R.Kuhn用色谱柱分离出胡萝卜素1935年Adams and Holmes 发明了苯酚-甲醛型离子交换树脂，进一步发明了离子色谱1938年Izmailov 发明薄层色谱1941年Martin&Synge 发明了液-液分配色谱1944年Consden,Gordon&Martin 发明纸色谱1952年Martin&Synge 发明气-液色谱1953年Janak发明气-固色谱1954年Ray发明热导检测器1957年Martin&Golay 发明毛细管色谱,疑难问题之三解答,1959年Porath&Flodin 发明凝胶色谱1960年液相色谱技术完善1954年我国研究成功第一台色谱仪,在60年代末把高压泵和化学键合固定相用于液相色谱，出现了高效液相色谱（HPLC）。80年代初毛细管超临界流体色谱（SFC）得到发展，但在90年代后未得到较广泛的应用。而在80年代初由Jorgenson等集前人经验而发展起来的毛细管电泳”（CZE），在90年代得到广泛的发展和应用。同时集HPLC和CZE优点的毛细管电色谱在90年代后期受到重视。,疑难问题之三解答,疑难问题之三解答,色谱法的特点:色谱法是以其高超的分离能力为特点，它的分离效率远远高于其它分离技术如蒸馏、萃取、离心等方法。而各种分析对象又大都是混合物，为了分析鉴定它们是由什么物质组成和含量是多少，必须进行分离，所以色谱法成为许多分析方法的先决条件和必需的步骤。,疑难问题之三解答,第二问解答：,色谱法的优点:,疑难问题之三解答,第二问解答：,1、分离效率高。2、应用范围广。3、分析速度快。4、样品用量少。5、灵敏度高。6、分离和测定一次完成。7、易于自动化，可在工业流程中使用。,第三问解答：按两相的物理状态分：,“P7课题2 纸层析法分离铁离子和铜离子”属于液液色谱,疑难问题之三解答,第三问解答：,按操作形式可分为纸色谱法(PC)、薄层色谱法(TLC)、柱色谱法。,按原理可分为吸附色谱法(AC)、分配色谱法(DC)、离子交换色谱法(IEC)、排阻色谱法(EC，又称分子筛、凝胶过滤(GFC)、凝胶渗透色谱法(GPC）和亲和色谱法。,疑难问题之三解答,第三问解答：,按使用领域不同对色谱仪的分类,疑难问题之三解答,第四问解答：,流动相或称展开剂,固定相,下行法,在色谱分析过程中，物质的迁移速度取决于它们与固定相和流动相的相对作用力。被较强吸引在固定相上的溶质相对滞后于较强地吸引在流动相中的溶质，随着移动的反复进行与多次分配，使混合物中的各组分得到分离。,上行法,1944年AJP马丁第一次用纸层析分析氨基酸，得到很好的分离效果，开创了近代层析的发展和应用的新局面。70年代以后，纸层析已逐渐为其他分辨力更高、速度更快和更微量化的新方法，如离子交换层析、薄层层析、高效液相层析等所代替。,拓展视野之三,拓展视野之三,毓晴早早孕检测试纸,毓晴早早孕检测试纸￥3.5 产品特点：更早：怀孕仅三天就可以检测出结果更快速：30秒至1分钟测出结果更灵敏：美国纳米新技术，检测尿液中HCG的灵敏度达15mIU/Ml更清晰：试条宽度4mm（普通的3mm以下）更准确：大量试验证实其准确率达99.8%以上更可靠：美国独资企业，试剂专业生产单位，已通过的质量认证：中国GMP、美国FDA、欧洲CE认证。,1、将测试纸有箭头的一端插入尿液标本容器中，至少3 秒钟后取出平放，5 分钟内观察显示结果。2、测试纸插入尿液深度不可超过M A X 标志线。3、结果判断与分析阳性：在检测线位置及对照线位置各出现一条红色反应线。阴性：仅在对照线位置出现一条红色反应线。无效：测试纸无红色反应线出现，或仅在检测线位置出现一条红色反应线，表明实验失败或者检测纸失效。4、本实验主要用于妊娠的诊断。在受孕2-6 天即呈现阳性。,尿人绒毛膜促性腺激素,奥运会、兴奋剂检测、色谱分析法,拓展视野之三,1999年9月9日，“世界反兴奋剂委员会”，简称WADA成立。制定世界反兴奋剂条例、哥本哈根反兴奋剂宣言。,1968 年开始对兴奋剂进行检测以来,色谱分析法便开始使用。40年来，色谱分析法被认为是较为理想的检测手段。,1967 年对于刺激剂系统检测用两种提取方法以气相色谱(GC)、薄层色谱(TLC)进行分离鉴定，使用了4 种GC 填充柱和氢火焰离子化检测器(FID)。1972 年开始使用计算机以来，采用了程序升温技术，并用氮磷检测器(NPD)检测。1976 年已开始使用气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术来检测甾体，用RIA 筛选及GC-MS 确证。1980 年开始使用毛细管气相色谱法检测，到1984 年，这种方法已基本定型，为GC-MS 联用，并且增加了高效液相色谱(HPLC)检测。,拓展视野之三,在2000 年悉尼奥运会上，采取了血检和尿检相结合的方法检测血红细胞生成素（EPO）。在2004年雅典奥运会上，希腊解决了生长激素的问题。展望在2008年北京奥运会上，中国能否在兴奋剂检测的基础上能够有一些新的成果、新的亮点。（基因兴奋剂）。,拓展视野之三,疑难问题之四:热过滤与减压过滤,问题起源,疑难问题提出,问题解答,拓展视野,第14页：为了加快过滤速度，得到较干燥的沉淀，可进行减压过滤（也称抽滤或吸滤）。减压过滤装置示意图1-8所示。装置中抽气泵给吸滤瓶减压，造成瓶内与布氏漏斗液面上的压力差，从而加快过滤速度。吸滤瓶用于承接滤液。第15页第三段：课题方案设计（竖排）固体溶解蒸发、热过滤冷却、减压第93页：减压过滤，用滤液淋洗锥形瓶，直到所有晶体被收集到布氏漏斗中。抽滤时用少量冷水洗涤结晶几次，继续抽滤，尽量将溶剂抽干。然后将粗产物转移至表面皿上，在空气中风干。,问题起源之四,第一问:什么是热过滤？热过滤需要哪些仪器？热过滤如何操作？第二问:什么是减压过滤？什么是布氏漏斗和吸滤瓶？抽气泵的工作原理？,疑难问题之四,第一问解答：热过滤就是保证溶液在较高温度下通过滤纸的过滤。趁热过滤主要为了避免降温有晶体析出。在普通过滤器外套上一个热滤漏斗，热滤漏斗是铜制的，具有夹层和侧管。夹层内盛水，漏斗上沿有一注水口，侧管处用于加热。热滤漏斗内的玻璃漏斗其大小应与热滤漏斗相匹配，且应为短颈（比热滤漏斗的底端稍长）。,疑难问题之四解答,疑难问题之四解答,疑难问题之四解答,热滤漏斗,普通漏斗,热滤漏斗或保温漏斗,热过滤主要有三个步骤：第一步：从注水口处向热滤漏斗夹层中注水，水不可盛得过满，以防水沸腾时溢出第二步：将过滤器准备好后，开始加热漏斗侧管，使漏斗内的水温达到要求。过滤前还应把玻璃漏斗在水浴上用蒸气加热一下。第三步：过滤过程中若有结晶析出，应待过滤结束，将滤纸上的晶体再用溶剂溶解，然后用新滤纸重新过滤。,疑难问题之四解答,第二问解答：减压过滤也称抽滤、吸滤或真空过滤，其装置由布氏漏斗、抽滤瓶、安全瓶及水泵组成，如下图所示。装置中抽气泵给吸滤瓶减压，造成瓶内与布氏漏斗液面上的压力差，从而加快过滤速度。,疑难问题之四解答,布氏漏斗,吸滤瓶,安全瓶,抽气泵,第二问解答：布氏漏斗是用于减压过滤的一种瓷质仪器（如下左图）布氏漏斗的规格以斗径和斗长表示，常用为2060 mm，2565 mm、3275 mm。吸滤瓶又叫抽滤瓶或布氏烧瓶，是实验室中使用的一种玻璃器皿，为烧瓶的一种（如下右图）.发明者为1907年诺贝尔化学奖获得者爱德华.布希纳.,疑难问题之四解答,第二问解答：抽气泵的工作原理:抽气泵也称水流抽气管、又称水流泵、射水泵，俗名水吹子，是利用高压水经喷嘴高速流造成的负压吸水的水泵。,疑难问题之四解答,扩压室能量交换,混合室动量交换,吸入室,喷嘴0.31.5MPaV=50m/s,引射流体,工作流体,喷射泵的结构和工作原理,常用的过滤方法有：常压过滤、减压过滤、热过滤三种方法。吸滤瓶的发明者德国生物化学家爱德华毕希纳,酵素化学的开拓者，无细胞发酵的发现者。1907年诺贝尔化学奖获得者.,拓展视野之四,爱德华毕希纳:1860年5月20日生于慕尼黑。1884年进入慕尼黑大学学化学。先在贝耶尔实验室学有机，后去植物生理学院学植学。19世纪中期学术界对发酵本质争论激烈。布赫纳用实验说明了发酵主要是酵素而不是酵母细胞起作用，从而发现了酒化酶。他的主要著作有无细胞发酵。（1897年）酒化酶发酵（1903年）等。1907年获诺贝尔化学奖。第一次世界大战，他中断研究去服役，1917年8月24日，中弹受伤后死亡，终年57岁。,疑难问题之五:丹尼尔电池与盐桥,问题起源,疑难问题提出,问题解答,拓展视野,问题起源之五,第62页第二段：铜锌原电池（如图5-1）也称丹尼尔电池。这种电池用金属锌和铜作电极，锌电极放入ZnSO4溶液中，铜电极放入CuSO4溶液中，两个电解质溶液之间用盐桥连接起来，两个电极用导线连接起来，并串联一个电流计以便观察电流的产生和方向。,第一问:丹尼尔电池简介？什么是液接电势和接触电势？第二问:盐桥在原电池中起什么作用？盐桥的工作原理。第三问:如何制作盐桥？,疑难问题之五,疑难问题之五解答,第一问解答：丹尼尔电池：由铜、锌两个可逆电极组成的电池，由英国化学家丹尼尔提出。它可表达为(+)Cu/CuSO4/ZnSO4/Zn(-).电池内部存在液体接界(CuSO4/ZnSO4)。正向反应时主要是Zn2+迁入CuSO4溶液，逆向反应时主要是Cu2+迁入ZnSO4溶液。常用盐桥联接两液相以“消除”液接电势。,接触电势：当两种金属或其它电子导体紧密接触时，用于两固体的电子互相渗透的能力不同（逸出功不同），平衡时，在两相界面间形成的电势差叫接触电势，又称伏打电势。液接电势(或称扩散电势):两种不同溶液直接接触时所产生的相间电势。它产生的原因是正负离子的迁移速度不同，而产生的浓差扩散，从而在界面两边分别产生了过剩的正电荷或负电荷形成了双电层结构。因此在液接界处产生了电势差:Ej=E有液接-E无液接。它影响电极电势的精确测量。一般可达几十毫伏。常在二液相间插入盐桥，可消除其大部分，但仍会残留几毫伏。在精确的电化学测量中应避免采用有液接界的电池。而用盐桥只能降低液接电势而不能完全消除液接电势。,疑难问题之五解答,第二问解答：盐桥在原电池装置中的作用：盐桥起到了使整个原电池装置构成通路的作用，同时能消除液接电势。,疑难问题之五解答,盐桥的工作原理：Zn棒失去电子成为Zn2+进入溶液中，使ZnSO4溶液中Zn2+过多，带正电荷。Cu2+获得电子沉积为Cu，溶液中Cu2+过少，SO42-过多，溶液带负电荷。当溶液不能保持电中性，将阻止放电作用的继续进行。盐桥的存在，其中Cl-向ZnSO4 溶液迁移，K+向CuSO4 溶液迁移，分别中和过剩的电荷，使溶液保持电中性，反应可以继续进行。,盐桥的工作原理：盐桥中离子的定向迁移构成了电流通路，盐桥既可沟通两方溶液，又能阻止反应物的直接接触。由于盐桥中电解质的浓度很高，两个新界面上的扩散作用主要来自盐桥，故两个新界面上产生的液接电位稳定、再现，又由于盐桥中正负离子的迁移速度差不多相等，故两个新界面上产生的液接电位方向相反、数值几乎相等，从而使液接电位减至最小以致接近消除。,第三问解答：固态U型盐桥的制作：方法1：3g琼胶+100ml饱和氯化钾溶液，在水浴上加热制成溶液，趁热用吸气球吸入U型玻管中充满，冷却冻结。,疑难问题之五解答,方法2：将配制好饱和硝酸钾水溶液中加入洋菜粉（5g/250mL），并回加热之，趁热倒入U型管中冷却而得。,丹尼尔电池,平面丹尼尔电池,另类盐桥,祝同事们新学期快乐!让实验化学带给大家好运！谢谢大家!,