校本教材—充满趣味的化学世界 - 吉首市第一中学

校本选修充满趣味的化学世界吉首一中张兴目录第一讲四大发明之火药3第二讲生活中的趣味化学额5第三讲神秘的指纹与密信6第四讲自己动手丰衣足食8第五讲生活不求人9第六讲晶体漫谈10第七讲趣味电化学11第八讲化学“冰箱”与冰袋13第一讲四大发明之火药人类第一个化学发现是什么是对火的认识和利用。火山爆发、雷电袭击、陨石落地、长期干旱都可能产生火。人类的祖先在漫长的岁月中逐渐接触火而认识到火可以带来光明、取暖御寒、烧烤食物、驱走野兽，于是从野火中引来火种，并努力维持火种，使它为人类服务。人类从什么时候开始用火在中国云南元谋猿人遗址，发现了大量的炭屑和被火烧过的动物骨骼，距今可能有百七十多万年，这是已知的人类最早的用火遗迹。在旧石器时期，用火已很普遍。在中国周口店五十万年前的猿人洞穴中，发现了很厚的灰层，灰层中有木炭、烧过的兽骨、熏黑了的石块，这可以说明，它不是野火的迹象，而是北京猿人有意以用火的遗迹。引进、使用和保存天然野火，要受到自然界种种条件的限制。人类在实践中终于发现了摩擦生火，进而发明了钻木取火。对这类取火方法，世界许多民族都有记载。如庄子外物篇有“木与木相摩则然”；韩非子五蠹里有“民食果蔬、蚌蛤，腥臊恶臭，而伤害腹胃，民多疾病；有圣人作，钻燧取火以化腥臊，而民悦之。”钻木取火的方法在中国、埃及、巴比伦、印度都沿用了很长的时期。火的使用使人类自身的体质和大脑得到进一步进化，从而最终把人和动物分开，而钻人取火的发明，第次使人类驾驭了一种自然力。而我国的四大发明之一就与火有关火药的发明【火药简介】中国四大发明之一。人类文明史上的一项杰出的成就。火药又被称为黑火药。是在适当的外界能量作用下，自身能进行迅速而有规律的燃烧，同时生成大量高温燃气的物质。在军事上主要用作枪弹、炮弹的发射药和火箭、导弹的推进剂及其他驱动装置的能源，是弹药的重要组成部分。中国是最早发明火药的国家，黑色火药在晚唐（9世纪末时候正式出现。火药是由古代炼丹家发明的，从战国至汉初，帝王贵族们沉醉於神仙长生不老的幻想，驱使一些方士道士炼“仙丹“，在炼制过程中逐渐发明了火药的配方。唐代炼丹家于唐高宗永淳元年（682年）首创了硫磺伏火法，用硫磺、硝石，研成粉末，再加皂角子（含炭素。唐宪宗元和三年（808年又创状火矶法，用硝石、硫磺及马兜铃（含炭素一起烧炼。这两种配方，都是把三种药料混合起来，已经初步具备火药所含的成分。中国发明了火药首先运用于制造烟火值得一提的是竟然许多人相信中国无科学的说法,什么制火药就用来做烟花,指南针用来看风水，不久后就将其运用与军事,并发明了世界第一根火箭和大炮和火枪特别在宋代中国火药的军事运用已经相当成熟,使得中国的科技遥遥领先于世界【火药的组成】火药由硫磺、硝石、木炭混合而成。很早以前，我们的先人对这个三种物质就有了一定认识。早在新石器时代人们在烧制陶器时就认识了木炭，把它当做燃料。商周时期，人们在冶金中广泛使用木炭。木炭灰分比木柴少，强度高，是比木柴更好的燃料。硫磺天然存在，很早人们就开采它。在生活和生产中经常接触到硫磺，如温泉会释放出硫磺的气味，冶炼金属时，逸出的二氧化硫刺鼻难闻，这些都会给人留下印象。古人掌握最早的硝，可能是墙角和屋根下的土硝，硝的化学性质很活泼能与很多物质发生反应，它的颜色和其他一些盐类区别不大，在使用中容易搞错，在实践中人们掌握了一些识别硝石的方法。南北朝时的陶弘景“草木经集注”中就说过“以火烧之，紫青烟起，云是硝石也。”这和近代用火焰反应鉴别钾盐的方法相似（硝石的主要成分是硝酸钾）。硝石和硫磺一度被作为重要的药材，在汉代的神农本草经中，硝石被列为上品中的第六位，认为它能治20多种病。硫磺被列为中品药的第三位，也能治10多种病。这样人们对硝石和硫磺的研究就更为重视。虽然人们对硝石、硫磺、木炭的性质有了一定的认识，但是硝石、硫磺、木炭按一定比例放在一起制成火药还是炼丹家的功劳。火药原理S2KNO33CK2S3CO2N2第二讲生活中的趣味化学额生活中的趣味化学从古至今，化学在人类发展的过程中如影相随。化学又是以实验为基础的学科，实验大多从生活中来，随之运用到生活中。蚊子叮咬后怎样止痒夏天到来后，蚊子随之孳生，尤其是雨季，蚊虫的幼虫在大水中大量繁衍。蚊虫的叮咬使人难以入眠，而且还会传播疾病。可是要想彻底消灭蚊虫，并非易事，被蚊叮咬在所难免。蚊虫叮咬时，在蚊子的口器中分泌出一种有机酸蚁酸，它的化学成分是HCOOH。这种物质可引起肌肉酸在家庭中可用浓肥皂涂抹可迅速止痒。原因是肥皂高级脂肪酸的钠盐。如C17H35COONA。这种脂肪酸的钠盐水解后显碱性，含OH。蚁酸水溶液中含H，显酸性。因为肥皂水中的OH与蚁酸的H中和成H2O因此可迅速消除痛痒。古代宝刀的秘密我国古代很讲究使用钢刀，优质锋利的钢刀称为“宝刀”。战国时期，相传越国就有人制造“干将”、“莫邪”等宝刀宝剑，那真是锋利无比，“削铁如泥”，头发放在刃上，吹口气就会断成两截。当然，传说难免有点夸张，但是“宝刀”锐利却是事实。过去只有少数工匠掌握生产这类“宝刀”的技术。现在我们通过科学研究知道，制造这类“宝刀”的主要秘密就是其中含有钨、钼一类的元素。事实上，往钢里加进钨和钼，那怕只要很少的一点点，比如百分之几甚至千分之几，就会对钢的性质产生重大的影响。这个事实直到十九世纪中叶才被人们所认识，接着大大地促进了钨、钼工业的发展。有计划地往普通钢里加进一种或几种象钨、钼一类的元素合金元素，就能制造出各种性能优异的特殊钢材合金钢。化学必将长期伴随着人类生活的发展，必将不断地探求生活中的各种相关奥秘，也必将应用于人类的生活，从而促进人类发展的进程。采用如此贴近生活的教学手段势必会充分调动学生积极性；会让学生充分体会到化学与日常生活的密切关系；让学生亲手操作来提高他们的动手能力；并能使学生将所学知识理解到位、运用自如。实验对缝衣针的淬火和回火。第三讲神秘的指纹与密信同学们平时都会有看看电视，老师也很喜欢看，不知道你们最近有没有看过一部法证先锋的电视剧它是一部以警察破案为背景的电视剧，而警察破案的方法就是利用对案发现场的物品进行分析鉴定，从而破案的，那现在同学是不是对里面的警察的破案的智慧而非常羡慕呢其实你们都可以做得到的，因为他们所用的分析鉴定方法大部分其实也只不过是一些我们这个学期才学习的化学知识。现在我们就来模拟一下，尝试一下破案的感觉现在我们假设都是一名警察，一名优秀的警察，一名已经破案无数的警察，刚接到通知，在天河车陂的某个小区发生了一宗凶杀案，凶手已逃走，身为警察的我们刚赶到现场。现场的证物都已被收集起来，其中有一张白纸，很白的纸，好，现在我们就以分析处理这张白纸开始。看着这张白纸，大家想到什么呢可能是凶手留下的，可能是凶手碰过的，可能会留下指纹。警察面对证物时也是第一时间想到检验指纹，因为我们都知道指纹是每个人都有不一样的，确定了指纹，可以大大减少破案的难度。但是我们怎样才能把这指纹在白纸上显示出来呢办法有很多，尤其是现在有那么多的高科技，高技术，但是万变不离其宗，原理是一样的，今天我们就来用一个简单的化学方法试着把这个指纹显示出来。实验取一张干净、光滑的白纸,剪成长约4CM、宽不超过试管直径的纸条,那首先我们得先制造几个指纹出来，有哪能位同学愿意上来在这白纸上印下他的指纹请一位同学上来在纸上印下他的指纹。讲述好的，谢谢。那现在我们的任务就是把这纸上的指纹弄出来，现在请一位警察上来按照我说的办法，看能不能把这指纹给弄出来。有哪位警察愿意上来演示用药匙取芝麻粒大的一粒碘,放入试管中。把纸条悬于试管中注意摁有手印的一面不要贴在管壁上,塞上橡胶塞。把装有碘的试管在酒精灯火焰上方微热一下,待产生碘蒸气后立即停止加热,观察纸条上的指纹印迹。（老师讲述，同时辅助学生完成操作）约10秒后。同学们现在看看这纸上有什么现象大家知道这是为什么吗（这个因为碘受热时会升华变成碘蒸气。碘蒸气能溶解在手指上的油脂等分泌物中,并形成棕色指纹印迹。）我们的这位警察可是合格的警察哦。然后警察就根据这个指纹来确定犯罪嫌疑人。实验隐形字在电影里我们可能会看到这样的情景间谍为了不泄露秘密，经常用“密信”的形式传递消息，但在别人眼里就只是一张白纸。是你的朋友收到信后，根据你们事先约定的方法就可以把信中的内容显示出来，并且看完后又再让内容消失，不让其它人知道信中的内容。同学们想知道怎样写这个密信吗那我们现在就一起来写一封，现在就请一位同学上来在这白纸上写一些字，制造信的内容。实验先配一小瓶01摩尔升氯化钴溶液，让学生用蘸水钢笔或毛笔蘸上已配好的01摩尔升氯化钴溶液，在吸水性较好的白纸上写好“密信”。（氯化钴的稀溶液是浅粉红色的，所以把氯化钴溶液写在纸上，等纸干了以后，几乎看不出纸上有什么颜色。）演示向同学们展示一下白纸现在你就可以把这封“密信”寄给你的朋友了，当然信封不能用隐显墨水写，你还是用蓝墨水写为好，否则这封信就寄不到了。现在就请另一位同学来帮我们解读一下这封密信。辅助学生把信纸放在酒精灯火焰上微热一下，直到出现字迹。你的朋友在看完信以后，只要往信纸上喷一点水雾，信纸上的蓝字又会消失，仍然可以使信的内容保密起来。这节课你学到了什么其实我们这两个实验都是利用小小的化学知识所完成的，原来检验指纹的方法只是用到那么一点的碘，原来写密信也只需配那么的一个溶液，看密信就用火，毁密信就用水，都是我们平常都经常碰到的东西，但是利用化学知识却可以有如此大的变化和有趣。第四讲自己动手丰衣足食自制汽水汽水是由矿泉水或经过煮沸、紫外线照射消毒后的饮用水，充以二氧化碳制成的。属于含二氧化碳的碳酸饮料。工厂制作汽水是通过加压的方法，使二氧化碳气溶解在水里。汽水中溶解的二氧化碳越多，质量越好。市场上销售的汽水，大约是1体积水中溶有L体积45体积二氧化碳。有的汽水中除含二氧化碳外，还加入适量白糖、果汁和香精。二氧化碳从体内排出时，可以带走一些热量，因此喝汽水能解热消渴。喝冰镇汽水时，由于汽水的温度更低，溶解的二氧化碳更多（0时，二氧化碳的溶解度比20时大1倍），有更多的二氧化碳要从体内排出，能带走更多的热量，所以更能降低肠胃的温度。因此，千万不能大量饮用冰镇汽水，以免对肠胃产生强烈的冷刺激，引起胃痉挛、腹痛，甚至诱发肠胃炎。此外，过量的汽水会冲淡胃液，降低胃液的消化能力和杀菌作用，影响食欲，甚至加重心脏、肾脏负担，引起身体不适。在实验室和家庭中也可以自制汽水。取一个洗刷干净的汽水瓶，瓶里加入占容积80的冷开水，再加入白糖及少量果味香精，然后加入2G碳酸氢钠，搅拌溶解后，迅速加入2G柠檬酸。并立即将瓶盖压紧，使生成的气体不能逸出，而溶解在水里。将瓶子放置在冰箱中降温。取出后，打开瓶盖就可以饮用。自制酸碱指示剂实验原理许多植物的花、果、茎、叶中都含有色素,这些色素在酸性溶液或碱性溶液里显示不同的颜色,可以作为酸碱指示剂。实验用品试管、量筒、玻璃棒、研钵、胶头滴管、点滴板、漏斗、纱布。花瓣如牵牛花、植物叶子如紫甘蓝、萝卜如胡萝卜、北京心里美萝卜、酒精溶液乙醇与水的体积比为11、稀盐酸、稀NAOH溶液。实验步骤1取一些花瓣、植物叶子、萝卜等,分别在研钵中捣烂后,各加入5ML酒精溶液,搅拌。再分别用4层纱布过滤,所得滤液分别是花瓣色素、植物叶子色素和萝卜色素等的酒精溶液，将它们分装在3支试管中。2在白色点滴板的孔穴中分别滴入一些稀盐酸、稀NAOH溶液、蒸馏水,然后各滴入3滴花瓣色素的酒精溶液。观察现象。3用植物叶子色素的酒精溶液、萝卜色素的酒精溶液等代替花瓣色素的酒精溶液做上述实验,观察现象。喝弱碱性好水，喝出健康人生第五讲生活不求人自治肥皂与自制固体酒精透明肥皂透明肥皂的制作透明皂外观透明、晶莹，颇受欢迎，它的制作有两类方法一类是采用酒精、糖及甘油等“加入物法”；另一类不加酒精、糖及甘油等加入物，全靠研磨，压条来达到透明的目的，称“研压法”。“加入物法”透明皂宜小规模生产，无需特殊设备，本实验即为该法。酒精除作为“加入物”外，还能增加油脂在碱中的溶解度，大大加快皂化反应注意本实验关键是皂化是否完全，可在皂化后进行检验，取几滴样品往往试管中，注入56ML热蒸馏水，加热，振荡。如完全溶解，皂化完全。实验过程一、药品猪油，蓖麻油，NAOH溶液，酒精95以上，甘油，蔗糖，蒸馏水，香精，着色剂二、仪器烧杯2只，水浴锅1只，温度计1根，搅拌机或玻璃棒一个三、过程1将猪油小火加热融化，保持在80左右，再加入蓖麻油，用搅拌机搅拌2MIN，油温仍维持在80左右2将NAOH与酒精混合均匀，在搅拌下很快地加入猪油和蓖麻油的混合液中进行皂化，此时会迅速生成淡黄色浆状固体。保持温度在75以下，待皂化完全后停止搅拌，加盖静置片刻3把糖溶解在80热水中，后在搅拌下先将甘油加入肥皂中，再加入热的糖液，再加盖放置4待肥皂温度降至60时，加入香精及着色剂，搅匀后把肥皂倒入模具，冷却5待凉到室温再进行打模。固体酒精是怎样制成的近年来家庭或餐馆利用火锅用餐的，以及野外作业和旅游野餐者，常使用固体酒精作燃料。固体酒精是将工业酒精（乙醇）中加入凝固剂使之成为胶冻状。使用时用一根火柴即可点燃，燃烧时无烟尘、无毒、无异味，火焰温度均匀，温度可达到600左右。每250G可以燃烧15小时以上。比使用电炉、酒精炉都节省、方便、安全。因此，是一种理想的方便燃料。固体酒精的配制也很方便。在一个容器内先装入75G水，加热至6080，加入125G酒精，再加入90G硬脂酸，搅拌均匀。在另一个容器中，加入75G水，加入20G氢氧化钠，搅拌，使之溶解，将配制的氢氧化钠溶液倒入盛有酒精、硬脂酸和石蜡混合物的容器中，再加入125G酒精，搅匀，趁热灌注成型的模具中，冷却后即成为固体酒精燃料。第六讲晶体漫谈晶体具有规则的几何外形、固定的熔沸点、各向异性（如云母的解离性各个方向不同）。其原因是组成晶体的质点（分子、原子、离子）以确定位置的点在空间作有规则的排列，这些点群具有一定的几何形状，称为结晶格子（简称晶格）。每个质点在晶格中所占的位置称为晶格的结点。晶体中含有晶体结构中具有代表性的最小部分称为单元晶体（简称晶胞）。根据构成晶体的粒子种类及粒子之间的相互作用不同，可将晶体分为离子晶体、原子晶体、分子晶体和金属晶体等。常见的盐、味精、雪化、宝石、石英、各种金属及合金制品是晶体，工业中的矿物岩石也是晶体，就连地上的泥土沙石也包含着许多晶体。玻璃、珍珠、沥青、塑料等则是非体晶。那如何才能快速鉴定某种物质是晶体还是非晶体呢一种最常见的技术是X射线技术。如没有X线机，可以根据是否有固定的熔点来判断。当温度升高到某一温度便开始熔解，而在熔解的过程中温度不变则为晶体。晶体是怎么长出来呢自然界中晶体的形成同食盐的结晶过程一样，从溶液中诞生。比如，岩石的裂缝处充满了溶解的液态物质，一些晶体就逐渐沉积在岩石表面。当岩石表面的水蒸发之后，晶体也就随之形成了。许多晶体是在令人难以置信的压力和温度下形成的。比如，钻石就是在地壳深出高温高压的岩桨中产生的，这些钻石因地壳变动和火山喷发而被送到地球表面。但是自然界蕴藏的晶体远远满足不了人们的需要，因此，科学家就师法自然，模拟自然界的成矿条件培育晶体，这就是人工晶体。海水里提炼出的食盐就是人工晶体之一。现在，人们不仅能用人工方法合成出自然界没有的晶体，如水晶、金刚石、人工合成胰岛素等，也能用人工方法合成出自然界没有的晶体，如常见的单晶硅。这些人工晶体不但能满足人们独特的审美需求，还能在工业生产中发挥重要作用。比如，纯净的人工石英晶体（即人工冰晶）是一种优良的压电晶体，它既能把机械能转变成电能；也能把电能转变成机械能。压电晶体被广泛应运在钟表和无线电工业上，遥控器、电子表、手机、声纳等都是利用压电晶体或其他压电材料来实现能量转换的。人们利用闪烁晶体制造的探测器进行高能物理实验和宇宙射线的探测；利用激光晶体（如人造的红宝石晶体、石榴石晶体）制造的激光器产生各种激光。自动化技术的日新月异，电子计算机的更新换代，广播电视的普及与提高，通信事业的迅猛发展等都离不开半导体晶体。追溯人类近百年的历史，我们会发现，人工晶体为现代科技的发展立下了赫赫战功。在第二次世界大战中，石英晶体作为无线电通信中的一个关键元件，开创了无线电通信时代。20世纪50年代，人们发现了硅单晶，导致了电视、电子表、计算机、电话、无线电通信的诞生。硅单晶的发现，表明了电子时代的来临。20世纪60年代，人造红宝石晶体问世，产生了激光，为人类迎来了光电子时代。从某中意义上来说，人工晶体不仅是划时代的标志，还使人类进步与繁荣的阶梯。随着更为神奇的人工晶体的诞生，人类文明将走向一个更加美好的高科技时代。实验自制晶体项链明矾项链第七讲趣味电化学目的和要求了解电流的化学效应。仪器和器材学生电源（J1202型或J12021型）或干电池、蓄电池（J1203型），碳棒两根（从废干电池R20型中取得），烧杯，硫酸铜（胆矾）溶液（30），食盐水、酚酞、导线若干。实验方法一、用硫酸铜溶液实验装置如图321所示，在烧杯内盛有四分之三的硫酸铜溶液。将两根碳棒接上6伏直流电源，插入烧杯内，约数分钟后取出。观察接负极的碳棒上跟通电前比有什么不同。这说明电流在通过硫酸铜溶液时，发生了什么变化即表明电流有什么效应提示硫酸铜溶液通电时发生电解，与电源负极相连的碳棒上有铜析出。二、用食盐水将两根碳棒插入食盐水中，通电后可见两极冒出气泡。注意观察接负极的碳棒周围冒出的气泡多还是接正极的碳棒周围冒出的气泡多。你知道这两个碳棒周围冒出的各是什么气体吗实验通电前在与电源负极相连的碳棒附近滴几点酚酞溶液，通电数分钟后，这根碳棒附近变成什么颜色你知道是为什么吗提示这个实验实际是电解食盐水，与电源负极相连的碳棒附近冒出的是氢气，另一碳棒附近冒出的是氢气。氢气是由于钠离子与水化合生成氢氧化钠（烧碱）而析出的，氢氧化钠溶液能使酚酞变红。注意事项1、用硫酸铜做实验时，电极不能用铁钉代替。因为铁比铜活泼，即使不通电，在铁钉上也会附上一层铜。这是铁在硫酸铜溶液中发生的置换反应，而不是电流的化学效应。2、丙碳棒与导线应接触良好，并且在溶液中不能相碰。参考资料一、电解除锈将3节干电池串联起来，在电源正极连接一枚生有薄锈的铁钉，负极连接一根从废干电池中取出的碳棒。将铁钉和碳棒插入食盐水溶液中（勿相碰），接通电源后，碳棒上产生大量的气泡。经过数分钟后，取出铁钉，用纸擦去残液污物，铁钉光亮如新。二、电画图、写字在碘化钾溶液中加入一些淀粉，搅拌均匀后将一块布浸入，待布浸透后，取出布子铺在一块金属板上（金属板先用砂纸擦光亮）。将6伏直流电源负极接在金属板上，正极用软导线接在一根作画笔的金属棒上。然后用手握金属棒在布上缓慢地画图或写字，凡是笔过之处，会显示出蓝色的字或画。这是碘化钾溶液在通电后发生化学变化，碘能使淀粉变成蓝色。自制水果电池。实验器具土豆或番茄、铜片、锌片、电线、接触电键、小电珠、灯座、万用电表实验方法选出12个土豆，放在干燥的玻璃台板上，在每个土豆上刻两道刀痕，中间相距1厘米，然后分别插入铜片和锌片。用电线将每个土豆上的铜片与另一个土豆上的锌片连接起来，把12个土豆串联在一起，中间再串联一个接触电键，作为开关用。见右图。仔细检查电路和接触点，不使松动和脱焊，保证接触良好和串联接法正确。然后按下接触电键，电珠亮了，“土豆电池”实验成功了。土豆换上番茄半生熟，用上述方法串联起来，就成了“番茄电池”。如果用灵敏伏特计万用电表代替小电珠，效果更明显。实验原理由于锌比铜活泼，因此在上述的铜锌电池中，锌片是负极，土豆中的细胞液可以做为溶液起作用，锌不断失去电子变成锌离子进入溶液土豆细胞液，同在锌极上聚积了大量的电子。ZN2EZN2铜片是电池的正极，在正极上氢离子要获得电子变成氢气，铜片上就缺少电子。2H2EH2当导线一接通按下按键开关，锌片上的电子就向铜片流动，产生了电流，一个土豆电池产生的电流电压较小，12个土豆串联起来以后，就足以点亮小电珠了。第八讲化学“冰箱”与冰袋炎炎夏日，自带清凉背景知识现代家庭离不开电冰箱，尤其在夏天，储存食物可以长期不腐败。但外出与郊游时，需要保鲜食品或致冷饮料就成了难题，本实验使用化学试剂制冷技术，可在夏季形成05低温小环境，食物一天不变味，饮料随时取用都凉爽可口。实验一实验原理无机盐溶于水的过程包括两个部分，首先是在水分子作用下破坏原有无机盐的离子晶格，使无机盐的组成离于进入水溶液，这个过程需吸热；然后离子与水分子化合形成水合离子，这个过程放热。无机盐溶解于水时总的热效应就由这两部分的综合效应来决定。硝酸铵等少数盐类溶解时吸热特别强烈，因而是常用的化学制冷剂。实验用品硝酸铵NH