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第14章 胶体性质实验(2)

把氯化钠溶液和淀粉胶体各5ml,装入剥离出半透膜的蛋壳中(注意不要洒在外面),把蛋壳浸在盛有少量蒸馏水的小烧杯中,半透膜一定要浸在水面以下。三分钟后,把小烧杯内的液体取出分放在两支试管中。往一支试管中加入少量硝酸银溶液,可见白色凝乳状沉淀生成,说明氯离子可以透过半透膜微孔。另一试管中加入碘水无反应。说明胶体颗粒不能透过半透膜。

植物叶子渗析实验

胶体渗析实验必需选用合适的半透膜,根据植物叶片的结构特点,通过多次实验研究得出:利用植物叶片(如树叶、茶叶等)来制做半透膜,具有原料来源广泛、制做过程简单、实验效果明显的特点。陕西省略阳县一中卢昌柱老师将实验过程介绍如下:

1.半透膜的制作:

选用一片叶面较大无破损且较薄的植物叶片,在沸水中煮1分钟左右,以破坏植物叶片表皮中不易透水的角质层。然后将煮蔫的植物叶片用细棉线固定在玻璃管(可用破底试管改制)的下端,并将其悬于盛有蒸馏水的烧杯中。

2.渗析过程:

从玻璃管口上端加入适量的淀粉胶体和氯化钠混合液,约10分钟左右取出玻璃管。

先向两支试管中分别加入玻璃管内的液体约2ml。向第一支试管中加入AgNO3溶液后,试管中即出现白色沉淀;向第二支试管中加入碘水后,试管中溶液即出现蓝色。从而证明混和液中含淀粉胶体和氯化钠溶液。

再用两支试管分别盛烧杯中溶液约2ml。向一支试管中加入AgNO3溶液后,试管中也出现白色沉淀现象,而向另一支试管中加入碘水后却无反应。说明淀粉不能透过植物叶片,而溶液中Cl-可通过植物叶片。

渗析实验的投影制作

在进行胶体的教学时,需要做渗析的课堂演示实验,按照教材上的方法进行演示,存在这样几个问题:半透膜的制取(无论是用肠衣还是鸡蛋内膜)比较麻烦,实验的操作不方便,演示时用的时间较长,也不容易检验出透过半透膜的钠离子。湖北黄石二中朱文霖老师对此作了一些改进,并用幻灯投影的手段进行演示,以上不足均能克服而且演示效果很好。

1.投影器件的制作:

图一

裁取一长18cm,宽6cm的有机玻璃片为底板,在上面用有机玻璃粘合三个等距离的反应槽,反应槽每边长4cm,高3cm(见图一)。

取三只空的有机玻璃小药瓶(如强力银翘解毒片瓶),截取中间部分,成为高约2.8cm左右的有机玻璃管,上下磨光。另裁取三块每边长4.2cm的有机玻璃片,按截取的药瓶圆管的小头外径打出圆孔,将圆管与圆孔对好并用氯仿粘合。选用包装点心的玻璃纸为半透膜,用玻璃纸包住圆管的下部,用细线捆牢,成为三个半透膜管(见图二)。

图二

2.演示及投影:

将反应槽依次编号为A、B、C,在A机理内盛0.01mol/L的硫氰化钾溶液少许,在B槽内内盛1%的硝酸银溶液少许,在C槽内盛蒸馏水少许。(所盛溶液不可过多,以液面高0.5cm为宜)。

在两个半透膜管内盛少许0.1M的氯化铁溶液,将之分别放入A、B槽内。在另一个半透膜管内盛少许淀粉溶液,放入C槽内在书写投器仪上投影,半分钟后,A槽内溶液出现红色,并逐渐扩散,B槽内出现浑浊,并逐渐扩散。等A、B槽内反应现象明显出现后,再往C机理内加入2~3滴碘水,槽内溶液不显兰色。据此即可说明Fe3+、Cl-均能透过半透膜,而淀粉胶体微粒却不能。

这套反应器件制作简单,课堂演示操作十分方便,省时,投影效果极佳,可以推广使用。如果没有幻灯教学条件的学校,可用试管和小烧杯进行演示:在小烧杯内盛硫氰化钾溶液、硝酸银溶液及蒸馏水,在试管内盛氯化铁溶液及淀粉溶胶,用玻璃纸封住试管口,然后将试管倒立在小烧杯内,同样可以得到令人满意的演示效果。

电泳

在其他条件不变的情况下,电泳速度与两个电极之间的距离成反比,两极之间的距离越大,电泳速度越慢,相反则快。如果用直形玻璃管代替U形管来做氢氧化铁胶体的电泳实验,由Fe(OH)3胶体的直管电泳装置:

①导线。②石墨阳极。

③软木塞。④玻璃管(15×80cm)。⑤0.1%KNO3溶液。

⑥Fe(OH)3胶体。⑦玻璃管(25×40毫米)。

⑧玻璃纸半透膜。⑨橡皮筋。

⑩橡皮塞。石墨阴极。

于两极之间的距离缩短,电泳速度也就加快,使演示的实验现象更为明显,而且有利于在低压条件下进行。

上海师范大学杨启富老师介绍的做法是:

1.实验装置

如右图

2.实验步骤

(1)在600ml烧杯中加入200ml蒸馏水,在石棉网上加热至沸,逐滴加入2%的氯化铁溶液12ml,煮沸2分钟后冷至室温,用2~3根橡皮筋将玻璃纸半透膜箍在烧杯口上封住使其不漏液。然后倒放在3000ml蒸馏水中渗析两天左右。渗析好后加入8g分析纯尿素。

(2)取自制25×40mm玻璃管一段,一头配上装有石墨电极(阴极)的橡皮塞,将其固定在铁架台上,并加入0.1%的KNO3溶液,使液面高出石墨电极0.6cm左右。再取自制15×80mm玻璃管一支,在其一头用橡皮筋将玻璃

纸半透膜紧箍在上面使其不漏液,在管中加入3cm高的Fe(OH)3胶体,通过单孔软木塞固定在铁架台上,使其下端浸入25×40mm玻璃管中的硝酸钾溶液中,并使玻璃纸半透膜离石墨阴极0.2cm左右。用滴管沿15×80mm玻璃管的管壁,慢慢加入0.1%的KNO3溶液,使其在胶体液面上的高度为1厘米左右,并使KNO3溶液与Fe(OH)3胶体的液面保持清晰的界面。将石墨阳极的一端插入KNO3溶液中,使其离Fe(OH)3胶体液面0.3cm左右。

(3)接上24伏的直流电源,随即可以看到阳极区的胶体液面向阴极移动,其移动速度1分钟可达0.3cm,3分钟可达0.9cm,5分钟可达1.2~1.3cm,所得实验现象明显。如果这时将上面的阳极改为阴极,将下面的阴极改为阳极(换取时先要切断电源),通电后可看到原来移向阴极的胶体又会自下而上向上升恢复原状。

3.讨论

(1)在直形管与U形管中,用同样的Fe(OH)3胶体(在200ml沸蒸馏水中滴加2%的FeCl3溶液12ml,再煮沸2分钟冷至室温后,置3000ml蒸馏水中渗析2天,然后加入8g尿素)做电泳实验,所得结果如下:

表一

管形电压(伏)胶体在管中高度(厘米)两极之间的距离(厘米)2分钟胶面下降厘米数

U形1805131.7

直形18055.52.7

实验证明,用直管做电泳实验,其电泳速度要比用U形管做的电泳速度快。

(2)影响Fe(OH)3胶体电泳速度的主要因素除两极之间的距离外,还与加在电极上的电压、胶粒所带的电量有关。实验证明,如用200ml蒸馏水煮沸,滴加2%FeCl3溶液12ml煮沸,2分钟后冷至室温,置3000ml蒸馏水中渗析3天的胶体做电泳实验,其电泳速度随电压的升高而加快,具体数据见表二。

表二

电压(伏)24306090120180

1分钟胶面下降的厘米数0.30.40.71.01.31.8

由于电压高不够安全,实验时可采用低压,控制在24伏。

胶粒所带的电量大,则电泳速度快。通过渗析可减少Cl-的影响(Cl-能抵消胶粒所带的正电荷)而增大胶粒的带电量。渗析时间长的胶体其电泳速度要比渗析时间短的胶体的电泳速度快,但渗析时间不能过长,否则要破坏胶粒,电泳速度反而会降低。一般200ml的胶体在3000ml蒸馏水中渗析一到三天即可。

4.注意事项和说明

(1)加尿素是为了增大Fe(OH)3胶体的密度,使加入的KNO3溶液能在胶体液面上形成清晰的界面。

(2)加入KNO3溶液和使用半透膜,是为了防止通电后电极与胶体接触发生反应而影响电泳现象。

(3)教师为了缩短演示时间,提高演示效果,也可以采用较高的电压来做电泳实验。可用4只2CZ84E二极管自制成全波整流器,接在调压变压器的输出端,经过调压可得到0~200V中任一伏数的直流电压。但用时必须注意安全,自制的整流器外面要包绝缘材料,通电后不可用手接触线路和电极,拆装时要先切断电源,以防断电。用低压时也应如此。

(4)直管电泳除电泳速度快这一优点外,还有设备简单、用品易得的优点。装置中的玻璃管可用废旧的25×200mm和15×150mm的试管用熔珠法切割而制得。其中25×40mm的玻璃管还可以用大小相似、透明的剪去底部的塑料瓶代替。石墨电极可从1号干电池中得到。玻璃纸半透膜可从商店购买或利用商品包装纸。

氢氧化铁胶体的电泳演示实验

电泳现象是胶体的一个重要性质,做好电泳的演示实验,可以使学生直观地看到胶粒在分散剂中的运动,这对理解胶粒的带电性,加深对胶体本质的认识很有好处。上海师院化学系曹劲老师介绍了一种效果较好,一般学校都可以做的简易方法——半透膜——缓冲溶液法。

这个方法的主要特点是碳棒电极用半透膜包扎后直接插入胶体,并且在胶体中加入HAc—NaAc缓冲溶液。半透膜能允许离子通过而不允许胶粒通过,这就阻止了电极与胶粒的接触而又保持了通电。但是通电后电解H2O产生的H+和OH-离子仍然能够进入胶体溶液,这些H+离子的导电能力特别强,在系统中担负了大部分的导电任务,从而大大降低了胶粒的移动速度。而OH-离子能中和Fe(OH)3胶粒所带的正电荷而产生絮状沉淀。加入HAc—NaAc的目的就是消除H+和OH-离子的作用。

一般说,电解质溶液会使胶体聚沉,如果离解出来的离子电荷数越大,那么聚沉能力也越大。这里由于HAc的电离度很小,基本上以分子的形式存在,而Na+带正电荷,没有聚沉作用,Ac-只带有一个单位电荷,且本身体积较大,所以聚沉作用较小。实验表明,在Fe(OH)3胶体中加入适量的HAc—NaAc溶液,几天时间也不会产生聚沉。

1.电极的制作

将4~5根碳棒并列扎牢,底部用玻璃纸包扎好。固定电极的橡皮塞上要开一个气孔。

2.胶体的制备

在50ml煮沸的蒸馏水中滴加2%(无水)三氯化铁水溶液3ml,得红褐色胶体。停止加热,冷至室温。然后滴加冰醋酸2~3ml,6NNaAc溶液1.5~2ml,摇匀。

3.操作步骤

在直径为25mm的U形管中注入制好的Fe(OH)3胶体,高度为5cm~6cm,如有气泡可用滴管吸掉。然后在U形管两端插入制好的碳棒——半透膜电极,碳棒底刚好与胶体液面接触,接上36V电源,1~2分钟后阳极处胶体上端出现一个浅色薄层,形成界面。以后浅色层以平均每分钟1mm的速度增厚,同时阴极端胶体的颜色稍有加深(半透膜也可用牛皮纸)。

4.实验结果和注意事项

(1)半透膜——缓冲溶液法由于电阻小,电压利用率高,所以同样电压下,其电泳现象比其他方法来得快而且明显。能适用于条件较差的中学。

(2)本法的关键是加缓冲溶液的量要适当。加入NaAc量太少,实验现象不明显,太多了,会使胶体溶液混浊。如果通电后阴极一端出现混浊,可以多加一些冰醋酸。此外,在U形管许可的范围内,电极尽可能粗,使它与胶体的接触面尽可能大,这样也能提高电泳速度。

Fe(OH)3胶体电泳改进实验

1.实验装置图

①白纸板②石墨③Fe(OH)3溶胶④琼脂凝胶

2.实验操作

(1)实验前的准备工作

①Fe(OH)3溶胶的制备和提纯将0.3gFeCl3·6H2O先溶解于10ml蒸馏水中,待全部溶解后,将其逐滴加入正在煮沸的100ml蒸馏水中,冷却后即得红褐色的Fe(OH)3溶胶。取部分Fe(OH)3溶胶,通过渗析可得到净化的Fe(OH)3溶胶。根据实验条件,电泳时所用的Fe(OH)3溶胶,可以是未经提纯的。

②电极最好用铂丝,也可用石墨、电炉丝或镍铬丝代用。

③电泳管选取10×100U型管洗净备用,也可用8~10mm玻管自制成管距2cm内的U型管。

④准备少量琼脂和1张白色硬板纸。

(2)演示实验操作

①在U型管中装入热的琼脂溶液,高度约2cm左右,待冷凝后分别向U型管两边加入等量的Fe(OH)3溶胶(高度2~3cm),按图示装置,将U型管固定在铁架台上。

②在图示白纸板上画下Fe(OH)3溶胶与琼脂的分界面位置。

③分别在U管两边插入电极,与“24V”直流电源连接。

④接通电源,约2分钟后可看到阳极区红褐色的Fe(OH)3溶胶越过分界面向琼脂凝胶中缓慢移动,而阴极区的Fe(OH)3溶胶不向琼脂凝胶中移动。5分钟后现象更为明显。

3.改进实验的优点

(1)装置简单,便于操作,背景颜色与Fe(OH)3溶胶颜色有很强的反差,易观察实验现象。

(2)按课本实验,常因Fe(OH)3溶胶在阴极还原而产生Fe2+(可用赤血盐加以证实),反而使阴极区颜色变浅。通过本实验完全可以说明胶体的微粒在外加电场的作用下作定向移动。

(3)整个实验演示过程可控制在5分钟左右完成,实验成功率高,可优化课堂教学。

4.本实验的关键

(1)琼脂凝胶的量不宜太多,电泳管管距不宜太大,否则将增大电路的电阻,影响电泳速度。

(2)电压一般可控制24V左右,电压过低,将延长实验时间,且现象不明显。

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