上降充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 化学问题的实验探究 组号3：系列化学实验 小组成员：孙密广，吴慧珺，柴云凡，张驰 水中花园（现象) 一.原理： 通过金属盐与硅酸钠反应，生成不同颜色的金属硅酸盐胶体，在 固体、液体的接触面形成半透膜，由于渗透压的关系，水不断渗入膜 内，膜胀破半透膜又与硅酸钠接触，生成新的胶状金属硅酸盐。反复 渗透，硅酸盐生成芽状或树枝状，从而产生水中花园现象 CuCI2+Na2SiO3=====Cusio3(蓝色沉淀)+2NaC MnCl2+Na2SiO3=====MnSiO3(浅红色沉淀)+2NaCl CoCI2+Na2SiO3====CoSiO3(紫色沉淀)+2NaCl 2FeC3+3Na2SiO3=====Fe2(SiO3)3(棕红色沉淀)+6NaCl NiSO4+Na2SiO3=====NiSiO3(翠绿色)+Na2SO4 ZnCl2+Na2SiO3=====ZnSio3(绿黄色、苹果绿色或硫黄色)+2NaCl CaCI2+Na2SiO3=====CaSio3(白色)+2NaCl 二.实验用品： 大烧杯/玻璃瓶/玻璃水缸（用来做容器），白色的小石子，硅酸 钠（或20%硅酸钠溶液），烧杯，滤纸，漏斗，吸虹管（清理） 氯化铜，氯化锰，氯化钴，三氯化铁，硫酸镍，氯化锌，氯化钙 三.实验步骤与预计现象： 1.配置20%的硅酸钠溶液(100g硅酸钠，400ml水，即水玻璃)。固 体的大小应该和黄豆差不多，每一种固体要多准备几粒 2找一只大烧杯/玻璃瓶/玻璃水缸，在烧杯底上（或者玻璃缸底）铺一层 洗净的砂子和白色的小石子，然后在烧杯中加满20%硅酸钠溶液。 3.装满硅酸钠溶液的烧杯或玻璃水缸要放在稳固的桌子上，实验中需 要减少外部的扰动 3.依此加入氯化铜、氯化锰、氯化钴、三氯化铁、硫酸镍、氯化锌和 氯化钙固体。 4.金属盐与硅酸钠的反应很慢，在烧杯底上的各种晶体的顶端上，正 在慢慢地往上生长出各种颜色的"花草"硅酸盐，这些"植物"生长的方 向大都是向上的。 5.半小时后，再去看烧杯或玻璃缸时，烧杯里已经长满了各种颜色的 "植物"：硅酸钴像蓝色的海草；硅酸铜和硅酸像绿色的小丛；有红棕 色的灵芝（硅酸铁）；甚至还有硅酸锌、硅酸锰、硅酸钙组成的白色、 红色的钟乳石柱
化学问题的实验探究 组号 3：系列化学实验 小组成员：孙密广，吴慧珺，柴云凡，张驰 水中花园（现象） 一．原理： 通过金属盐与硅酸钠反应，生成不同颜色的金属硅酸盐胶体，在 固体、液体的接触面形成半透膜，由于渗透压的关系，水不断渗入膜 内，膜胀破半透膜又与硅酸钠接触，生成新的胶状金属硅酸盐。反复 渗透，硅酸盐生成芽状或树枝状，从而产生水中花园现象 CuCl2+Na2SiO3=====CuSiO3（蓝色沉淀）+2NaCl MnCl2+Na2SiO3=====MnSiO3（浅红色沉淀）+2NaCl CoCl2+Na2SiO3=====CoSiO3（紫色沉淀）+2NaCl 2FeCl3+3Na2SiO3=====Fe2(SiO3)3（棕红色沉淀）+6NaCl NiSO4+Na2SiO3=====NiSiO3（翠绿色）+Na2SO4 ZnCl2+Na2SiO3=====ZnSiO3（绿黄色、苹果绿色或硫黄色）+2NaCl CaCl2+Na2SiO3=====CaSiO3（白色）+2NaCl 二．实验用品： 大烧杯/玻璃瓶/玻璃水缸（用来做容器），白色的小石子，硅酸 钠（或 20%硅酸钠溶液），烧杯，滤纸，漏斗， 吸虹管（清理） 氯化铜，氯化锰，氯化钴，三氯化铁，硫酸镍，氯化锌，氯化钙 三．实验步骤与预计现象： 1.配置 20％的硅酸钠溶液（100g 硅酸钠，400ml 水，即水玻璃）。 固 体的大小应该和黄豆差不多，每一种固体要多准备几粒 2.找一只大烧杯/玻璃瓶/玻璃水缸，在烧杯底上(或者玻璃缸底)铺一层 洗净的砂子和白色的小石子，然后在烧杯中加满 20％硅酸钠溶液。 3.装满硅酸钠溶液的烧杯或玻璃水缸要放在稳固的桌子上，实验中需 要减少外部的扰动 3.依此加入氯化铜、氯化锰、氯化钴、三氯化铁、硫酸镍、氯化锌和 氯化钙固体。 4.金属盐与硅酸钠的反应很慢，在烧杯底上的各种晶体的顶端上，正 在慢慢地往上生长出各种颜色的"花草"-硅酸盐，这些"植物"生长的方 向大都是向上的。 5.半小时后，再去看烧杯或玻璃缸时，烧杯里已经长满了各种颜色的 "植物"：硅酸钴像蓝色的海草；硅酸铜和硅酸像绿色的小丛；有红棕 色的灵芝(硅酸铁)；甚至还有硅酸锌、硅酸锰、硅酸钙组成的白色、 红色的钟乳石柱
上降充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 化学问题的实验探究 6.一天之后，利用虹吸法抽取水玻璃溶液：把玻璃滴管或吸虹管轻轻 地插入硅酸钠溶液中，将烧杯中的硅酸钠溶液吸出。等硅酸钠溶液基 本上吸完后，再慢慢地沿着烧杯的内壁把清水注入烧杯中。 四.注意事项 1.各种晶体加入时要用镊子或筷子小心轻放，沿瓶壁滑下。 2按照顺序加入物质，一般顺序为铜盐、铁盐、钙盐 桔皮香精油的提取 1.试剂：石灰水、小苏打、硫酸钠溶液、明矾 2仪器：手动压榨机、烧杯、布袋、冰箱、离心机、吸管、滤纸（或 石棉纸滤层的漏斗)、PH试纸 3.实验步骤： 实验流程：石灰水浸泡一一漂洗一一压榨一一过滤一一静置一一再次 过滤一一橘皮油 4.操作要点： (1)将浸泡后的橘皮，用流动的水漂洗，洗净后捞起，沥干.切记一定要 将橘皮彻底冲洗干净.然后将橘皮粉碎至3m大小，放入家用榨汁机 或手动压榨机中粉碎粉碎时加入与橘皮同质量的质量分数为0.25% 的小苏打和质量分数为5%的硫酸钠溶液，并调节pH为7~8. (2)在榨出的油水混合液中加入明矾，然后用布袋过滤，除去糊状残渣 再将得到的混合物，用6000rmin~8000rmin的转速进行高速离心. (3)分离出的香精油往往带有少量水分和蜡质等杂质，为了进一步除 去杂质，可以将分离的产品放在5℃~10℃的冰箱中，静置5~7d, 让杂质与水下沉.然后用吸管吸出上层澄清的油层，再通过垫有滤纸或 石棉纸的漏斗进行减压抽滤，得到黄色油状的橘皮精油. 4.注意事项：
化学问题的实验探究 6.一天之后，利用虹吸法抽取水玻璃溶液：把玻璃滴管或吸虹管轻轻 地插入硅酸钠溶液中，将烧杯中的硅酸钠溶液吸出。等硅酸钠溶液基 本上吸完后，再慢慢地沿着烧杯的内壁把清水注入烧杯中。 四．注意事项 1.各种晶体加入时要用镊子或筷子小心轻放，沿瓶壁滑下。 2.按照顺序加入物质，一般顺序为铜盐、铁盐、钙盐 桔皮香精油的提取 1.试剂：石灰水、小苏打、硫酸钠溶液、明矾 2.仪器：手动压榨机、烧杯、布袋、冰箱、离心机、吸管、滤纸（或 石棉纸滤层的漏斗）、PH 试纸 3.实验步骤： 实验流程：石灰水浸泡——漂洗——压榨——过滤——静置——再次 过滤——橘皮油 4.操作要点： （1）将浸泡后的橘皮,用流动的水漂洗,洗净后捞起,沥干.切记一定要 将橘皮彻底冲洗干净.然后将橘皮粉碎至 3 mm 大小,放入家用榨汁机 或手动压榨机中粉碎.粉碎时加入与橘皮同质量的质量分数为 0.25% 的小苏打和质量分数为 5%的硫酸钠溶液,并调节 pH 为 7～8. （2）在榨出的油水混合液中加入明矾,然后用布袋过滤,除去糊状残渣. 再将得到的混合物,用 6000 r/min～8000 r/min 的转速进行高速离心. （3）分离出的香精油往往带有少量水分和蜡质等杂质,为了进一步除 去杂质,可以将分离的产品放在 5 ℃～10 ℃的冰箱中,静置 5～7 d, 让杂质与水下沉.然后用吸管吸出上层澄清的油层,再通过垫有滤纸或 石棉纸的漏斗进行减压抽滤,得到黄色油状的橘皮精油. 4. 注意事项：
上降充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 化学问题的实验探究 (1)实验中要注意避免石灰水与皮肤接触 (2)为了能将橘皮均匀地浸泡在水中，橘皮可以放入家用榨汁机粉 碎，但要注意安全。 (3)可以将未经浸泡的样品作为对照，探究浸泡时间对出油率的影 响 (4)两次过滤：第一次用布袋，第二次用滤纸。 (5)低温要处理好温度(5~10°C)和时间(5~7d)。 碘钟反应（现象+基本原理实验) 一、实验目的 1、用初速法测定过硫酸根与碘离子的反应速率常数、反应级数级反 应活化能 2、掌握碘钟反应过程及其原理 二、实验原理 在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应： S20+3r=2S0+I5 (1) 事先同时加入少量的硫代硫酸钠溶液和淀粉指示剂，则(1)式中产生 的少量的5会优先和S,0反应而被还原成r: 2S,0+15=S,O6+31 (2) 这样，当溶液中的硫代硫酸钠全部反应掉后，(1)式生成的碘才会和 淀粉指示剂反应，使溶液呈蓝色。由上可知，控制在每个反应中硫代 硫酸钠的物质的量均相同，这样从反应开始到出现蓝色的这段时间即 可用来度量本反应的初速。 当反应温度和离子强度相同时，(1)式的反应速率方程可写为： _dS,O1=kS,0-[V丁r dt (3) 根据(1)式中的反应计量关系，可以认为： _dS,O」_dL51_△1 dt dt △t (4) 根据(2)式的反应计量关系结合硫代硫酸钠的等量假设，可知 △1-2A[S,O] △t △ (5) 根据(3)(4)(5)可知， 2AIS O 1=S,O TUT △1 (6) 移项，两边取对数可得 (7)
化学问题的实验探究 (1)实验中要注意避免石灰水与皮肤接触 （2）为了能将橘皮均匀地浸泡在水中，橘皮可以放入家用榨汁机粉 碎，但要注意安全。 （3）可以将未经浸泡的样品作为对照，探究浸泡时间对出油率的影 响 （4）两次过滤：第一次用布袋，第二次用滤纸。 （5）低温要处理好温度（5~10°C）和时间（5~7d）。 碘钟反应（现象+基本原理实验） 一、实验目的 1、用初速法测定过硫酸根与碘离子的反应速率常数、反应级数级反 应活化能 2、掌握碘钟反应过程及其原理 二、实验原理 在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生如下反应： 2 2 2 8 4 3 S O I SO I 3 2 (1) 事先同时加入少量的硫代硫酸钠溶液和淀粉指示剂，则(1)式中产生 的少量的 3 I 会优先和 2 2 3 S O 反应而被还原成I ： 2 2 2 3 3 4 6 2 3 S O I S O I (2) 这样，当溶液中的硫代硫酸钠全部反应掉后，(1)式生成的碘才会和 淀粉指示剂反应，使溶液呈蓝色。由上可知，控制在每个反应中硫代 硫酸钠的物质的量均相同，这样从反应开始到出现蓝色的这段时间即 可用来度量本反应的初速。 当反应温度和离子强度相同时，(1)式的反应速率方程可写为： 2 2 8 2 2 8 [ ] [ ] [ ] d S O m n k S O I dt (3) 根据(1)式中的反应计量关系，可以认为： 2 2 8 3 3 d S O d I I [ ] [ ] [ ] dt dt t (4) 根据(2)式的反应计量关系结合硫代硫酸钠的等量假设，可知 2 3 2 3 [ ] 2 [ ] I S O t t (5) 根据(3)(4)(5)可知， 2 2 3 2 2 8 2 [ ] [ ] [ ] S O m n k S O I t (6) 移项，两边取对数可得 2 2 2 8 2 3 1 ln ln ln[ ] ln[ ] 2 [ ] k m S O n I t S O (7)
上降充通大粤 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 化学问题的实验探究 因而固定]，以“应对S,0]作图，根据直线的斜率即可求出m;固 定S,0],同理可以求出n。然后根据求出的m和n,计算出在室温下 “碘钟反应”的反应速率常数k。 最后改变温度，测出不同温度下从反应开始到出现蓝色所需的时间 △r,计算出不同温度下的反应速率常数，由Arrhenius公式，以lnk对 T作图，根据直线的斜率即可求出活化能。 三、主要实验仪器及试剂 恒温水浴槽一套；50mL烧杯两个；玻璃棒一支；秒表一只： 0.20MNH,S,O溶液； 0.20MM溶液；0.01MNa,S,O溶液；4%淀粉溶液；0.20Mv0溶液； 0.20MNH,2S0,溶液。 四、实验步骤 1、反应级数和速率常数的测定 按照表1所列数据将每组的NH,hS,O溶液、(WH,hSO溶液和淀粉溶 液放入烧杯A中混合均匀，M溶液、Na,S,O溶液和O溶液放入B烧 杯中混合均匀，并放入恒温水浴锅中恒温10分钟，设置恒温温度为 26℃，然后将两份溶液混合，当混合至一半时开始计时，并不断搅拌， 当溶液出现蓝色时即停止计时。 表1“碘钟反应”动力学数据测量的溶液配制表 序号 1 2 3 4 5 0.20MNH,hSO溶液 10.0 5.0 2.5 10 10.0 /mL 0.20MK溶液/mL 10.0 10.0 10.0 5.0 2.5 0.01MNa,S,0溶液 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 /mL 0.4%淀粉溶液/mL 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.20MvO溶液mL 0 0 0 5.0 7.5 0.20M(WH,hS0,溶液 0 5.0 7.5 0 0 /mL 2、反应活化能的测定 按照表1中第1组反应的溶液配制方案配制溶液，分别在19和33℃ 下按照3.1中的操作步骤测量溶液出现蓝色所需的时间△并记录。 五、实验数据记录 1、反应级数和速率常数测定的数据记录(T=℃)
化学问题的实验探究 因而固定[ ] I ，以 1 ln t 对 2 2 8 [ ] S O 作图，根据直线的斜率即可求出m；固 定 2 2 8 [ ] S O ，同理可以求出n。然后根据求出的m 和n，计算出在室温下 “碘钟反应”的反应速率常数k 。 最后改变温度，测出不同温度下从反应开始到出现蓝色所需的时间 t ，计算出不同温度下的反应速率常数，由 Arrhenius 公式，以ln k对 1 T 作图，根据直线的斜率即可求出活化能。 三、主要实验仪器及试剂 恒温水浴槽一套；50mL 烧杯两个；玻璃棒一支；秒表一只； 0.20M 4 2 2 8 ( ) NH S O 溶液； 0.20M KI 溶液；0.01M Na S O 2 2 3溶液；4%淀粉溶液；0.20M KNO3溶液； 0.20M 4 2 4 ( ) NH SO 溶液。 四、实验步骤 1、反应级数和速率常数的测定 按照表 1 所列数据将每组的 4 2 2 8 ( ) NH S O 溶液、 4 2 4 ( ) NH SO 溶液和淀粉溶 液放入烧杯 A 中混合均匀，KI 溶液、Na S O 2 2 3溶液和KNO3溶液放入 B 烧 杯中混合均匀，并放入恒温水浴锅中恒温 10 分钟，设置恒温温度为 26℃，然后将两份溶液混合，当混合至一半时开始计时，并不断搅拌， 当溶液出现蓝色时即停止计时。 表 1 “碘钟反应”动力学数据测量的溶液配制表 序号 1 2 3 4 5 0.20M 4 2 2 8 ( ) NH S O 溶液 /mL 10.0 5.0 2.5 10 10.0 0.20M KI 溶液/mL 10.0 10.0 10.0 5.0 2.5 0.01M Na S O 2 2 3溶液 /mL 4.0 4.0 4.0 4.0 4.0 0.4%淀粉溶液/mL 1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 0.20M KNO3溶液/mL 0 0 0 5.0 7.5 0.20M 4 2 4 ( ) NH SO 溶液 /mL 0 5.0 7.5 0 0 2、反应活化能的测定 按照表 1 中第 1 组反应的溶液配制方案配制溶液，分别在 19 和 33℃ 下按照 3.1 中的操作步骤测量溶液出现蓝色所需的时间t 并记录。 五、实验数据记录 1、反应级数和速率常数测定的数据记录（T=____℃）
上游文通大警 SHANGHAI JIAO TONG UNIVERSITY 化学问题的实验探究 序号 2 3 4 5 (NH)S,0,浓度(mol/) KI浓度(mol/) NaS,0浓度(mol/) 时间ts 2、不同温度下反应1时间记录 温度/℃ 19 26 33 时间t5 染料敏化太阳能电池（制备） 1.基本原理： 当入射光照射到电极上时，染料分子(Dye)吸收光子跃迁到激发态，由于 激发态不稳定，释放的电子快速注入到紧邻的Ti02的导带上，进入Ti02导带中 的电子最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。被氧化了的染料分子通过 电解液扩散过来的I-还原回到基态，使染料分子得到再生，I被氧化成I3;同 时电解质中的I3扩散回到对电极被电子还原成Iˉ。然后DSSC电池在光作用下将 进行下一个循环。T02不能被可见光激发，因而要在Ti02表面吸附一层对可见 光吸收特性良好的敏化剂。在可见光作用下，敏化剂分子通过吸收光能跃迁到激 发态，由于激发态的不稳定性，敏化剂分子与Ti02表面发生相互作用，电子很 快跃迁到较低能级Ti02的导带，进入Ti02导带的电子将最终进入导电膜，然后 通过外回路，产生光电流。同时，处于氧化态的染料分子被电解质中的碘离子 还原回到基态，而被氧化为I3ˉ，I3很快被从阴极进入的电子还原成I构成了 一个循环。 TIOz 染料(Dy心) 前电解质(electro1lyte) ·电子(electron) □导电玻离(FT0/ela8s) ☐对电极镀铂导电玻璃(Pt/1as) 二. 实验仪器与试剂：二氧化钛粉(Degussa P25),硝酸或乙酸（乙酰丙酮水溶 液)，导电玻璃，胶带，酒精灯或天然气灯，万用表，新鲜的或冰冻的黑莓、山 莓和石榴籽，铅笔（在玻璃上涂上碳膜），乙醇，夹子，含碘和碘离子的电解质 溶液 三.制作步骤： 二氧化钛膜的制备
化学问题的实验探究 序号 1 2 3 4 5 (NH4)2S2O8浓度(mol/L) KI 浓度(mol/L) Na2S2O3浓度(mol/L) 时间 t/s 2、不同温度下反应 1 时间记录 温度 /℃ 19 26 33 时间 t/s 染料敏化太阳能电池（制备） 1.基本原理： 当入射光照射到电极上时，染料分子(Dye)吸收光子跃迁到激发态，由于 激发态不稳定，释放的电子快速注入到紧邻的 TiO2 的导带上，进入 TiO2 导带中 的电子最终进入导电膜，然后通过外回路产生光电流。被氧化了的染料分子通过 电解液扩散过来的 I-还原回到基态，使染料分子得到再生，Iˉ被氧化成 I3ˉ；同 时电解质中的 I3ˉ扩散回到对电极被电子还原成 Iˉ。然后 DSSC 电池在光作用下将 进行下一个循环。TiO2 不能被可见光激发，因而要在 TiO2 表面吸附一层对可见 光吸收特性良好的敏化剂。在可见光作用下，敏化剂分子通过吸收光能跃迁到激 发态，由于激发态的不稳定性，敏化剂分子与 TiO2 表面发生相互作用，电子很 快跃迁到较低能级 TiO2 的导带，进入 TiO2 导带的电子将最终进入导电膜，然后 通过外回路，产生光电流。同时，处于氧化态的染料分子被电解质中的碘离子 Iˉ 还原回到基态，而 Iˉ被氧化为 I3ˉ，I3ˉ很快被从阴极进入的电子还原成 Iˉ构成了 一个循环。 二．实验仪器与试剂：二氧化钛粉(Degussa P25)，硝酸或乙酸（乙酰丙酮水溶 液），导电玻璃，胶带，酒精灯或天然气灯，万用表，新鲜的或冰冻的黑莓、山 莓和石榴籽，铅笔（在玻璃上涂上碳膜），乙醇，夹子，含碘和碘离子的电解质 溶液 三．制作步骤： ↓ 二氧化钛膜的制备