浅谈化学实验中的实验条件

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  【摘 要】化学实验中的实验条件是物质发生化学变化必不可少的外部因素,物质的性质往往是在一定的条件下才能显示出来。有时,同一实验控制的条件不同,反应的过程或产物可能不同,如:反应物的浓度、纯度;有外界条件如温度、光照、压强、是否用催化剂;试剂方面如状态、用量、顺序;反应介质的控制如酸碱性、导电性等等。实验中可根据实际需要采取一定的条件,以保证反应的成功。
  【关键词】反应条件 浓度 温度 压强 催化剂 光照 溶液酸碱性
  
  本文就针对以上内容进行举例和说明:
  一、反应物方面
  1.浓度的控制。例如实验室制取H2时,一般用稀盐酸或稀硫酸;而Cu与硫酸反应时必须用浓硫酸,实验室制取Cl2时,要用浓盐酸。
  2.纯度的控制。实验室制取H2时用Zn粒与稀盐酸,为了加快反应速率,用含有杂质的Zn粒(利用原电池原理);而在构成Cu、Zn原电池实验时,则还必须选用纯Zn(防止不纯时影响实验现象)。在有机实验时更是如此,烷烃及苯等与卤素的取代反应中必须用纯溴(液溴),否则反应不能发生。而不饱和烃与溴的加成用溴水就可以。
  3.状态的控制。反应物状态的控制主要是为了控制反应的速率,比如实验室制取CO2时,由于粉末状的Na2CO3与稀盐酸反应较快,不易控制,所以要选用块状的CaCO3与稀盐酸反应,这样反应气流比较平稳。而在实验室制取NH3时恰恰相反,为增大反应物的接触面积,提高反应速率,一般将碱石灰研成粉末状,再与NH4Cl混合加热。
  4.用量的控制。化学实验中的量在实验中是很关键的,它可以影响实验的安全性:如碱金属与水的反应,由于反应很剧烈一定要控制碱金属的量,钠取黄豆大小,钾需取绿豆大小,可减少实验的危险性。试剂的用量还可影响实验的误差,如酸碱中和滴定实验中,酸碱指示剂的用量一般控制在2~3滴,太多会因自身的性质使误差增大。化学实验中的量还可以控制产物的产量,对于一些可逆反应,可适当增加反应物的用量,有利于生成物的增加,如制备乙酸乙酯实验中,因乙醇易挥发,通常采用增加乙醇的用量来提高乙酸乙酯的产量。应该提出的是,化学反应反应物的用量并不是越多越好,一是从节省的角度,更重要的是有的反应随着量的不同,产物也有所不同。
  5.先后顺序的控制。典型的强调实验顺序的实验是在配置银氨溶液时,是先在试管里加入2%(质量分数)的AgNO3溶液,后逐滴加入2%(质量分数)的氨水溶液,直到最初产生的沉淀恰好溶解,不能颠倒;实验室乙烯的制备,也是要求先加无水乙醇,后边振荡边慢慢加入浓硫酸的。在先后顺序上,有些实验试剂加入的顺序不同,实验现象也是不一样的,如向AlCl3溶液中逐滴加入NaOH溶液和向NaOH溶液逐滴加入AlCl3溶液,现象不同,反应过程不同,前者是先有沉淀,后溶解,后者是先无沉淀后有沉淀。
  二、反应的外界条件的控制
  1.温度。化学实验中的温度控制有多种方式,有直接加热、间接加热(如垫石棉网)、还有水浴、沙浴等加热方法。有的实验还需要降低温度采用降温方式,如冷凝。通常用于加热的仪器有酒精灯或酒精喷灯。例如实验室制备O2、NH3、CH4、Cl2等气体时都需要加热。银镜反应中乙酯用水浴加热;再如液溴与苯催化制溴苯,石油蒸馏、蒸馏法分离物质则都要采用冷凝控制。
  2.点燃。点燃主要是对具有可燃性的物质来说的,当可燃性物质燃烧时需要达到一定的温度,需要点燃,点燃与加热是不同的。如钠在Cl2中燃烧,镁在氧气中燃烧放热,冒白光。绝大多数有机物都是可燃的,点燃后都可发生燃烧反应。
  3.光照。光照其实属于热的范畴,有些物质间在光照条件下可发生某些反应,如H2与Cl2及CH4与Cl2在光照下可发生化学反应。还有甲苯与液溴在光照条件下可发生甲基上的取代(而在铁粉作催化剂的条件下则发生苯环上的取代)。由于AgNO3、HClO、HNO3等物质会见光分解,保存时需保存在棕色试剂瓶中。
  4.压强。压强在化学实验中所起的作用主要对于有气体参与的反应。如喷泉实验中,气体装置气密性检验,都是通过压强的变化来控制完成的。在研究可逆反应有气体参与的反应中,压强对平衡的影响,都要控制压强增大或减小来观察实验现象,得出结论。另外用分液漏斗向容器内加溶液时,要将塞子打开,使内外大气相通,也是控制压强。
  5.催化剂。催化剂是可以改变化学反应速率的,一般指加快反应速率。常见的化学实验有实验室制O2,H2O2分解都用MnO2作为加快分解反应的催化剂。在制溴苯的实验中,铁粉与溴反应生成了FeBr3,FeBr3起到了催化作用。
  三、反应介质条件的控制
  1.溶液酸碱性。溶液酸碱性的控制主要指一些有机实验,如检验卤代烃中的卤原子时首先是将卤代烃水解后的溶液中先加稀HNO3酸化,再加入AgNO3溶液,否则碱性条件下水解会生成Ag2O褐色沉淀,会干扰实验结果。
  再如醛类物质与新制Cu(OH)2悬浊液反应时,在制备Cu(OH)2时NaOH必须是过量的,否则反应不易成功。
  2.溶剂的控制。溶剂在实验中也是起着很重要的作用的,如HCl气体溶解在有机溶剂苯中是不导电的,而溶解在中则是导电的。典型的卤代烃在两种不同的溶剂中发生了两种不同的反应类型,产生了截然不同的产物。氯乙烷在NaOH溶液中发生水解反应(取代)而氯乙烷在NaOH的醇溶液中则发生消去反应(消去)。
  有时一个反应可同时控制几个条件,既可提高产量,又可提高效率。如工业合成氨选用一定的温度(500℃左右),一定压强(20MPa~50MPa),使用催化剂(铁触媒)有利于氨的生成。总之实验条件是研究化学反应的一个不可忽视的问题,尤其在实际生活和生产中,根据实际需要选择一定的条件,控制一定的反应过程,达到一定的目的。
   (河北乐亭二中;063600)
  
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