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加入NaOH,生成Cu(OH)2沉淀,化學式是NaOH+CuSO4=Cu(OH)2+Na2SO4。過濾沉淀,沉淀中加入硫酸,生成硫酸銅,就沒有Na離子了,化學式是Cu(OH)2+H2SO4=CuSO4+H2O。
硫酸銅(cupricsulfate),無機化合物,化學式CuSO4。為白色或灰白色粉末。水溶液呈弱酸性,顯藍色。但從水溶液中結(jié)晶時,生成藍色的五水硫酸銅(CuSO4·5H2O,又稱膽礬),此原理可用于檢驗水的存在。受熱失去結(jié)晶水后分解,在常溫常壓下很穩(wěn)定,不潮解,在干燥空氣中會逐漸風化。
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1、硫酸銅的溶解度(以CuSO4計):0 、20、40、60、80、100℃時分別為:14.3、20.7、28.5、40、55、75.4。
2、硫酸銅(cupric sulfate),無機化合物,化學式CuSO4。為白色或灰白色粉末。水溶液呈弱酸性,顯藍色。但從水溶液中結(jié)晶時,生成藍色的五水硫酸銅(CuSO4·5H2O,又稱膽礬),此原理可用于檢驗水的存在。受熱失去結(jié)晶水后分解,在常溫常壓下很穩(wěn)定,不潮解,在干燥空氣中會逐漸風化。
3、硫酸銅是制備其他含銅化合物的重要原料。同石灰乳混合可得波爾多液,用作殺菌劑。也用于電解精煉銅時的電解液。
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關(guān)鍵詞:硫酸銅晶體;結(jié)晶水含量;恒重條件;坩堝;實驗探究
文章編號:1005C6629(2016)10C0051C04 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
硫酸銅晶體結(jié)晶水含量的測定是高中和大學一年級學生無機化學實驗中的一個重要實驗,本實驗的目的是了解結(jié)晶水合物中結(jié)晶水含量的測定原理和方法[1,2],掌握電子天平、沙浴加熱、干燥器等的使用方法,理解恒重操作的含義和方法。
本實驗是將一定量的硫酸銅晶體(m1)置于已灼燒至恒重的坩堝中,260~280℃沙浴加熱至硫酸銅晶體由藍色變?yōu)榘咨缓蟀眼釄逡迫敫稍锲髦?,冷卻至室溫,稱量無水硫酸銅的質(zhì)量(m2),重復加熱、冷卻、稱量,直至兩次稱量之差很?。ū緦嶒炓螃≤1mg),以確定硫酸銅晶體脫水完全,則m1-m2即為結(jié)晶水的質(zhì)量。假設(shè)硫酸銅晶體的化學式為CuSO4?xH2O,根據(jù)
可計算得到x值,從而得到結(jié)晶水的含量。
當然硫酸銅晶體結(jié)晶水含量的測定還有其他方法,林敏[3]用微波加熱使硫酸銅晶體脫水至恒重,陳浩[4]通過色度傳感器運用吸光光度法分析硫酸銅溶液的濃度,從而測出硫酸銅晶體中結(jié)晶水的含量。
按照教材內(nèi)容[5,6],在本實驗中恒重操作是影響實驗成功與否的關(guān)鍵實驗條件之一。它包括兩個方面,一個是恒重坩堝,以保證盛放硫酸銅晶體的坩堝和盛放無水硫酸銅的坩堝質(zhì)量相同;另一個是恒重無水硫酸銅,以保證硫酸銅晶體脫水完全,兩次稱量之差Δm≤1mg。實驗過程中學生需要多次重復加熱、冷卻、稱量,以達到恒重條件的要求,然而有的學生的樣品加熱很長時間仍為淡藍色,不能完全變?yōu)榘咨?,更達不到恒重條件的要求。許多學生在這一步耗費的時間較長,甚至出現(xiàn)比較大的誤差,出現(xiàn)這種情況的主要原因就是溫度和時間沒有控制好。那么恒重操作所需要的加熱溫度和時間到底是怎樣的對應(yīng)關(guān)系?
為了更好地指導學生實驗,本文探討了沙浴加熱溫度和時間對硫酸銅晶體脫水的恒重條件、在此過程中加和不加坩堝蓋對恒重條件,以及用酒精燈代替酒精(煤氣)噴燈對空坩堝恒重條件的影響。
1 實驗部分
1.1 試劑和儀器
試劑:硫酸銅晶體為分析純
儀器:酒精燈、酒精噴燈、坩堝、KDM型調(diào)溫加熱套
1.2 恒重坩堝
1.2.1 酒精噴燈恒重坩堝
將一洗凈的坩堝及坩堝蓋置于泥三角上,小火烘干后,用酒精噴燈氧化焰灼燒至紅熱,將坩堝冷卻至略高于室溫,再用坩堝鉗將其移入干燥器中,冷卻至室溫,取出,用電子天平稱量。重復加熱、冷卻、稱量,直至恒重。
1.2.2 酒精燈恒重坩堝
將酒精噴燈恒重過的坩堝重新水洗,在酒精燈外焰上加熱烘干并灼燒,灼燒一定時間后放于干燥器中冷卻至室溫,取出,用電子天平稱量。重復加熱、冷卻、稱量。
1.3 硫酸銅晶體脫水
1.3.1 不同溫度、不同加熱時間坩堝內(nèi)樣品的質(zhì)量變化
本實驗研究了在不同溫度條件下(260~ 300℃),沙浴加熱不同時間(10~60min),坩堝內(nèi)硫酸銅晶體的質(zhì)量變化。在4~5個已經(jīng)恒重的坩堝內(nèi),準確加入1.0000±0.0001g研細的五水硫酸銅晶體,將這4~5個坩堝均放在沙浴上,使其3/4的體積埋入沙中,再在靠近坩堝的沙中插入溫度計(300℃),它的底端應(yīng)與坩堝底部大致處于同一深度。將沙浴慢慢升溫至210℃,然后小心升溫至指定溫度(260~300℃),此時開始計時,10min、20min、30min、40min、60min時,依次取出一個坩堝移入干燥器內(nèi),冷卻至室溫。用濾紙將坩堝外部擦干凈,在電子天平上稱量。
1.3.2 加和不加坩堝蓋對硫酸銅晶體脫水的影響
在280℃的加熱溫度下,按1.3.1的步驟,測量在不同加熱時間下,加和不加坩堝蓋,坩堝內(nèi)樣品隨時間的質(zhì)量變化。
2 結(jié)果和討論
2.1 恒重坩堝
一、解題思路
(1)反復閱讀。要求通閱全題,統(tǒng)領(lǐng)大局。
(2)尋找突破。要求在讀題的過程中找出明顯條件,尋找突破口。
(3)合理推斷。要求從突破口入手將明顯條件與隱含條件相結(jié)合,運用合理的方法進行推斷。
(4)代入驗證。要求將推出的結(jié)果代入題中逐步檢驗。
二、解題方法
(1)順推法。通常以題首為突破口,按照物質(zhì)的性質(zhì)以及變化,包括物質(zhì)間的相互反應(yīng)逐步推斷下去,直至順利解題。
(2)逆推法。通常以題給的結(jié)論或?qū)嶒灛F(xiàn)象為突破口,從題尾入手依次向前逆推,從而獲得問題的答案。
(3)分層法。將整個推斷過程分層進行整理。
(4)剝離法。根據(jù)已知條件把推斷過程中存在有明顯特征的物質(zhì)先剝離出來,再利用其作為已知條件來推斷其他物質(zhì)。
三、尋找突破
(1)以物質(zhì)的特征顏色為突破口。黑色的物質(zhì):依次為氧化銅、碳、四氧化三鐵、二氧化錳、鐵粉;紅色的單質(zhì):銅或紅磷;綠色的物質(zhì):堿式碳酸銅(銅綠);紅棕色的物質(zhì)鐵銹(或氧化鐵);藍色的溶液:含有Cu2+的溶液(如:硫酸銅、氯化銅溶液);黃色的溶液:含有Fe3+的溶液(如:氯化鐵、硫酸鐵、硝酸鐵);淺綠色的溶液:含有Fe2+的溶液(如:氯化亞鐵、硫酸亞鐵、硝酸亞鐵);紫紅色溶液:高錳酸鉀溶液;藍色沉淀:氫氧化銅;紅褐色沉淀:氫氧化鐵。常見的白色沉淀:碳酸鈣、碳酸鋇、氫氧化鎂、氫氧化鋁、硫酸鋇、氯化銀。
(2)以物質(zhì)的用途為突破口。一些框圖式、敘述式推斷題往往涉及物質(zhì)的用途等有關(guān)信息,掌握典型物質(zhì)的用途有利于突破此類推斷題的解答。如:氧氣可作助燃劑,二氧化碳可用作滅火劑,一氧化碳、氫氣、碳可作冶煉金屬的還原劑,熟石灰能用來改良酸性土壤以及配制波爾多液,大理石、石灰石常作建筑材料,氯化鈉可用作調(diào)味品,碳酸氫鈉可制作發(fā)酵粉等等。
(3)以典型反應(yīng)條件為突破口。初中化學中所涉及的化學反應(yīng)并不多,有些化學反應(yīng)條件在題中帶有明顯的指向性,例如:“通電”條件就是指水在通電條件下分解;“高溫”①指碳酸鈣高溫分解,②指鐵礦石煉鐵的反應(yīng)等等。
(4)以物質(zhì)的典型性質(zhì)為突破口。這里所指的典型性質(zhì)應(yīng)具有鮮明的個性,例如:濃硫酸的吸水性,溶于水放熱,固體氫氧化鈉能吸水潮解及溶于水溫度升高,生石灰與水反應(yīng)放熱,硝酸銨溶于水溫度下降,氫氣是最輕的氣體,水常溫下為液體,氧氣能使帶火星的木條復燃,無水硫酸銅遇水變藍,二氧化碳通入澄清的石灰水變渾濁等等。
(5)以化學反應(yīng)的特殊現(xiàn)象為突破口。特殊的反應(yīng)現(xiàn)象常作推斷題的突破口,例如:硫在氧氣中燃燒則發(fā)出藍紫色火焰;白磷、紅磷燃燒產(chǎn)生大量的白煙;鐵在氧氣中燃燒火星四射;氨氣能使?jié)駶櫟募t色石蕊試紙變藍;能溶于鹽酸或稀HNO3的白色沉淀有CaCO3、BaCO3、Mg(OH)2、Al(OH)3;不溶于稀HNO3的白色沉淀有AgCl、BaSO4等等。
(6)以物質(zhì)的俗名為突破口。常用于推斷題中的俗名:大理石、石灰石(主要成分:碳酸鈣CaCO3),食鹽(主要成分:氯化鈉NaCl),鐵銹(主要成分:氧化鐵Fe2O3),天然氣、沼氣(主要成分:甲烷CH4),煤氣(主要成分:一氧化碳CO),草木灰(主要成分:碳酸鉀K2CO3),純堿(碳酸鈉:Na2CO3),燒堿、火堿(氫氧化鈉:NaOH),小蘇打(碳酸氫鈉:NaHCO3),生石灰(氧化鈣:CaO),熟石灰[氫氧化鈣:Ca(OH)2]等等。
四、例題解析
例1:下列各組物質(zhì),不用其他試劑,只用組內(nèi)物質(zhì)間的相互作用就能鑒別出來的一組是( ):
A.CuSO4、NaOH、BaCl2、HNO3, B.HCl、Na2CO3、KOH、NaNO3,
C.CaCl2、K2CO3、NaNO3、NaCl, D.FeCl3、Ba(OH)2、KNO3、NaCl.
[解析]這是一道選擇型的推斷題,以藍色的CuSO4溶液為突破口,運用剝離法進行推斷。分別觀察剩余的三種溶液各自遇到硫酸銅的變化。答案:A
例2:有一包白色固體混合物,可能由硫酸銅、碳酸鉀、硫酸鈉、氯化鋇、氯化鉀中的一種或幾種混合而成,為確定其組成進行如圖所示的實驗:
一、問題的提出
化學用語既是中學生學習化學的重要工具,也是化學基礎(chǔ)知識、基本教學技能的組成部分.充分發(fā)揮化學用語的實效,既能提高學生的學習積極性、學習主動性,又能幫助學生形成良好的化學素養(yǎng).但實際上,初中化學課堂的教學直到面臨中考,也有部分學生不會寫最基本的化學式和化學方程式.許多化學教師絞盡腦汁,想方設(shè)法地提高初中生的化學用語能力.比如讓學生抄寫化學式和化學方程式,然后進行默寫,這種方法過于磨練學生的意志,并且極大地打擊了初中生學習化學的興趣與信心,并不是長久之計.
二、遵循范例教學三大原則
1.范例教學基本性原則
因為化學教學內(nèi)容是化學科目的基本要素,所以要本著范例教學基本性原則進行.范例教學的內(nèi)容應(yīng)當是化學概念、化學原理和化學規(guī)律等,范例教學結(jié)構(gòu)要與化學知識結(jié)構(gòu)吻合,不可選取一些與初中化學無關(guān)、重點不突出的示范材料.例如,單質(zhì)化學式一般用可元素符號表示,比如鉀K、銅Cu、銀Ag、碳C、硫S、磷P等;氣體的單質(zhì)化學式也可以用元素符號進行表示,比如氦、氖、氬等.分子由多個同類原子構(gòu)成,該分子化學式右下角標明原子數(shù)量,如每個氮氣分子由2個氮原子構(gòu)成,所以氮氣的化學式為N2,主要的雙原子分子化學式有氧氣O2、氮氣N2、氫氣H2、氟氣F2、氯氣Cl2、液態(tài)溴Br2和碘I2等.
2.范例教學基礎(chǔ)性原則
因為化學教學內(nèi)容必須從學生身心發(fā)展的角度出發(fā),所以要本著范例教學基礎(chǔ)性原則進行.范例教學著重于學生的智力發(fā)展、知識學習,示范內(nèi)容必須和社會科學、自然科學有實質(zhì)性聯(lián)系,充分開發(fā)學生的智力的化學能力.例如,空氣成分中有78%氮氣,21%氧氣,0.94%稀有氣體,0.03%二氧化碳,0.03%其它氣體與雜質(zhì);會污染空氣的物質(zhì)有NO2、CO、SO2、H2S、NO等.另外,其它常見的氨氣、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、二氧化硫、三氧化硫、一氧化氮、二氧化氮、硫化氫、氯化氫的化學式分別為NH3、CO、CO2、CH4、SO2、SO3、NO、NO2、H2S、HCl.
3.范例教學范例性原則
因為化學教學內(nèi)容要具有代表性,所以要本著范例教學基本性原則進行.范例教學是打開學生視野的一個教學方式,范例性的示范材料有助于拓展學生的知識性,幫助學生在學習中舉一反三.例如離子化合物是由陽離子和陰離子構(gòu)成的化合物,其區(qū)分方法是化合物化學式由金屬元素與非金屬元素組成.但是,銨根是金屬陽離子,(NH4)2SO4也屬于離子化合物.化合物之間的陽離子和陰離子靠離子鍵形成了離子化合物,然后陽離子所帶的正電荷總數(shù)和陰離子所帶的負電荷總數(shù)相等,所以整個化合物呈電中性.因為氯化鈉是由帶正電的鈉離子(Na+)和帶負電的氯離子(Cl-)構(gòu)成的離子化合物,所以NaCl是離子化合物.從離子化合物的空間構(gòu)造來說,比如一塊NaCl晶體,它是由無數(shù)個Na+離子與Cl-離子構(gòu)成的,其中Na+離子與Cl-離子的個數(shù)比恰好是1∶1,也就是最簡整數(shù)比.所以,氯化鈉的化學式是NaCl.
三、在初中化學用語教學中應(yīng)用范例教學
范例教學必須達到舉一反三、發(fā)人深省的教學效果,使學生掌握化學中的同一類知識和化學規(guī)律.
以《化學式的書寫與讀法》教學為例:
引入:請同學們仔細看一下投影,分辨投影里面,哪些展示的是氯氣分子、氮氣分子與氯化氫分子?誰知道它們的模型如何搭出,我們各組之間做一個競賽.
提問:氯氣、氯化氫、氮氣用化學式如何表示,氮氣是用N3表示嗎?
提問:請你們仔細觀察投影上的微觀示意圖,誰可以寫出鎂和氯化氫的化學式?
講解:氯氣Cl2、氮氣N2、氯化氫HCl、鎂Mg、硫酸銅CuSO4,其中Cl2、N2、HCl、Mg、CuSO4分別是氯氣、氮氣、氯化氫、鎂、硫酸銅的化學式.請各位同學仔細觀察Cl2、N2、HCl、Mg、CuSO4有什么特點?
提問:HCl代表著什么?
講解:有的物質(zhì)是由分子構(gòu)成,化學式可以表示一種物質(zhì)、物質(zhì)的組成、一個分子、分子的結(jié)構(gòu),而HCl表示的就是氯化氫的組成和結(jié)構(gòu).
提問:Cu表示什么?Cu是元素符號,還是化學式?Ne表示的是什么?氖氣由那些粒子構(gòu)成?Ne是否屬于元素符號?鎂含有那些粒子?
講解:有些物質(zhì)是由原子構(gòu)成的,化學式可以表示一種物質(zhì)、物質(zhì)的組成,也能表示出一種元素跟一個原子.金屬與稀有氣體都是由原子構(gòu)成,所以Cu、Ne也是化學式.另外,氟氣是由分子構(gòu)成的物質(zhì),一個氟分子由兩個氟原子構(gòu)成,所以書寫氟氣的化學式時,其右下角要標上“2”,其實單質(zhì)氣體都是如此,包括氫氣、氮氣等.
提問:NaCl是氯化鈉的化學式,你們能總結(jié)出化學式的含義嗎?
講解:有些物質(zhì)是由離子構(gòu)成的,化學式可以表示一種物質(zhì)、物質(zhì)的組成、物質(zhì)中離子的最簡個數(shù)比,如氯化鈉.
請同學們自主練習一下:①2H,②2H2,③H,④H2,⑤H+,有什么含義.
然后示范化學用語的讀法與書寫:
三氧化二鐵Fe2O3,二氧化碳CO2,一般如果是由兩種元素組成的化合物,從后往前讀,讀作:“某”化“某”,有數(shù)字的把數(shù)字帶上去.
練習:現(xiàn)在請同學們寫出下面4個化學式.
①二氧化碳 ②四氧化三鐵 ③三氧化硫 ④一氧化氮
講解:每一種純凈物都有固定的組成,其化學式是唯一的.所以化合物也有固定組成,其形成過程中,每種元素的原子構(gòu)成的數(shù)目是固定的,化學上就用“化合價”表示原子相互化合的數(shù)目.
提問:已知的化學式如何命名,請讀出CuSO4、MgCl2、SO2、CO、BaCO3等化合物的名稱.
然后歸納教材中簡單化合物的中文命名原則.