化學第三章-微型化學儀器與實驗課件

第三章微型化學儀器與實驗第三章微型化學儀器與實驗1一、微型實驗的產生二、微型實驗的內涵三、微型實驗的特點四、微型實驗的發(fā)展情況五、微型實驗儀器介紹六、微型實驗案例選講七、微型實驗的不足一、微型實驗的產生2一、微型實驗的產生

20世紀是化學工業(yè)蓬勃發(fā)展的世紀，化學工業(yè)的發(fā)展對人類壽命的延長、食品的供給、生活質量的提高起著非常重要的作用。

1、人們對環(huán)境質量要求提高呼喚微型實驗的提出一、微型實驗的產生20世紀是化學工業(yè)蓬勃發(fā)展的世紀，化學3一、微型實驗的產生然而，從20世紀50年代起，由于化學品產量的劇增，化工產品種類的增多，其對人類健康的危害和對環(huán)境、生態(tài)的破壞也逐漸暴露出來。江河水流受造紙、農藥廠的污染，大氣受燃煤、汽車排放物的污染，還有塑料制品的白色污染，氟氯烴對臭氧層的破壞，赤潮以及富營養(yǎng)化等等都給人類帶來了巨大的懲罰。

一、微型實驗的產生4

1962年美國女海洋生物學家卡爾松（Rachaelcarson）所著的《寂靜的春天》（SilentSping）出版，書中詳細地敘述了DDT（1874年由德國化學家辛特勒首次利用三氯乙醛與氯苯合成制得的一種有機氯農藥）和其它殺蟲劑對各種鳥類產蛋的影響，說明使用DDT等殺蟲劑后，通過食物鏈使禿頭鷹的數(shù)量急劇減少，同時也危及其它鳥類，使原來百鳥歌唱、葉綠花紅的春天變得“一片寂靜”。此外這些化學制劑通過皮膚、消化道進入人體，使人中毒；并在地球大氣循環(huán)的作用下，被帶到世界各地，甚至在北極的海豹和南極的企鵝體內也發(fā)現(xiàn)了DDT。1962年美國女海洋生物學家卡爾松（Rachaelca5[化學]第三章-微型化學儀器與實驗課件6[化學]第三章-微型化學儀器與實驗課件7這說明“污染”已到了無所不在、無孔不入的地步，地球上已找不到凈土了。此書描述的景象引起了大眾的關心，這本書也被譽為警世之作，使得美國政府著手立法管制污染物的使用與排放。美國從1900年至1960年的60年間，才制定了16項環(huán)保法規(guī)，而從1960年至1995年的35年間，制定了100項環(huán)保法律，可見在20世紀60年代后環(huán)保引起了美國政府的高度重視。這說明“污染”已到了無所不在、無孔不入的地步，地球上已找8其他國家也同美國一樣都日益認識到環(huán)保的重要性。日本的“新陽光計劃”，法國的“為環(huán)境而研究計劃”，英國的“英國綠色化學獎”，等等。

1992年聯(lián)合國環(huán)境與發(fā)展大會提出了人類可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略和新觀念：“人類應與自然和諧一致，可持續(xù)地發(fā)展，并為后代提供良好的生存發(fā)展空間，人類應珍惜共有的資源環(huán)境。”

中國政府在環(huán)境發(fā)展大會后不久，即提出了促進中國環(huán)境與發(fā)展的“十大對策”，其中對策八為“加強環(huán)境教育，不斷提高全民族的環(huán)境意識”。其他國家也同美國一樣都日益認識到環(huán)保的重要性。日本的“新9正是在這樣的國際環(huán)境背景下，一些發(fā)達國家已實現(xiàn)對環(huán)境質量的24小時連續(xù)自動監(jiān)測，任何部門與行業(yè)都必須充分地考慮到環(huán)保概念，學校也不例外。

大學化學系的“三廢”（廢氣、廢水、廢渣）不允許直接排放到空氣中，而是要分門別類地把各種化學廢料收集、處理再送到指定的地點堆放處置。否則，一旦發(fā)現(xiàn)“三廢”排放超過標準，責任單位不僅會受到停水、停煤氣的處罰，而且學生可以憑實驗室空氣污染超標，危害健康為由通過保險公司向學校索賠。正是在這樣的國際環(huán)境背景下，一些發(fā)達國家已實現(xiàn)對環(huán)境質量10而分門別類地處理“三廢”，并非輕而易舉之事，國外某些學校用于“三廢”處理的開支已大于化學系用來購買試劑的廢用，成為沉重的經濟負擔。例如美國的佛蒙特（Vermont）大學用于“三廢”處理的開支1984年為2萬美元，而1988年就上升為16萬美元。而分門別類地處理“三廢”，并非輕而易舉之事，國外某些學校11為了減少“三廢”處理的開支，為了環(huán)境更美好，為了實驗室更安全，于是有人提出了在實驗中減少試劑用量才是根本的措施。為此美國佛蒙特(Vermont)大學Mayo博士與他的同事對有機化學實驗中試劑的用量作了詳細的研究，提出對試劑用量的限制。針對實驗時試劑用量的大幅度降低，必須有相應的儀器與之配套，Mayo博士等設計了一套以他的名字命名的微型有機制備玻璃儀器（共21項26件放于6cm×35cm×25cm大小的塑料盒中）。為了減少“三廢”處理的開支，為了環(huán)境更美好，為了實驗室更12Mayo成套玻璃微型儀器Mayo成套玻璃微型儀器13

從1982年起在美國的Bowdin學院、Bown大學和Merrimack學院的大二基礎有機實驗中采用微型實驗取得成功。在187屆美國化學會年會（1984年）上，他們的經驗受到重視，美國化學教育雜志連續(xù)刊出了他們的系列論文。1986年Mayo博士等編著的《微型有機實驗》出版，與此書配套的Mayo型有機制備儀也由廠家批量生產，于是在美國許多院校掀起了有機化學實驗微型化熱潮。從1982年起在美國的Bowdin學院、Bown大學和M142、科技的進步使實驗的微型化成為可能

縱觀近代化學發(fā)展的歷史，化學實驗的試劑和樣品的用量是隨著科學技術的發(fā)展，實驗儀器精確程度的提高而逐漸減少的。

16世紀以前的化學實驗（準確地說只能算做“試驗”）具有很大的盲目性，還沒有從生產、生活實踐中分化出來，成為獨立的科學實踐。例如早期的制陶、冶金、釀酒和煉丹術等活動，是低級的、缺乏理論指導的，不自覺的實踐活動，這種活動的成功更多的是憑借藝人的經驗、直覺。實驗的藥品的用量并沒有引起人們太多的關注。

2、科技的進步使實驗的微型化成為可能縱觀近代化學發(fā)展的歷15

16世紀中葉人們對藥品的用量開始有所關注，當時化學工業(yè)的前沿——冶金工業(yè)中化學分析的樣品用量為幾千克。1700年Homberg在化學計量關系時，樣品用量為10～100克。

17世紀，近代化學實驗的奠基人波義耳(R.Boyle)與拉瓦錫(A.L.Lavoisier)在實驗時都特別注重藥品用量的研究，把天平作為化學實驗的一項重要工具。19世紀三、四十年代，已制造出靈敏度達0.5mg的分析天平。1900年出現(xiàn)了能夠稱準小數(shù)點后第6位的Kuhlmann天平。次年，F(xiàn)rilzPregl(普萊格爾,奧地利化學家)試驗成功用3~5mg有機物樣品作碳、氫等元素的微量分析。16世紀中葉人們對藥品的用量開始有所關注，當時化學工業(yè)的16與此同時，在化學教學實驗中也存在著逐漸減少試劑用量的趨勢。早在1835年，愛爾蘭教師D.R.Reid就提倡實驗小型化（Small-scale）。

20世紀中期，在教學中使用半微量有機合成、半微量定性分析出現(xiàn)了一個高潮。在1955年維也納舉行的國際微量化學大會上，他建議用毫克作為微量實驗的試劑用量單位，后被廣泛采用。長期積累的半微量有機制備的實踐經驗為微型實驗在20世紀80年代的脫穎而出提供了堅實的基礎。與此同時，在化學教學實驗中也存在著逐漸減少試劑用量的趨勢17隨著現(xiàn)代精密儀器的廣泛使用，促使許多化學實驗將合成與鑒定融為一體，從而使化學微型實驗的可行性、必要性更加突出。例如，氣、液相色譜、核磁共振、色質聯(lián)機等先進手段與微型實驗的聯(lián)姻，把微型實驗方法推向了科學研究的前沿。

現(xiàn)代教學媒體的使用，使實驗的可見度也大大增強，使微型實驗成為教師演示實驗成為可能，不用再擔心可見度的問題。例如，采用實物投影的放大功能，教室里的每位同學都能清楚地看到“Zn+HCl”反應中鋅片上的氫氣泡的放出。可見，化學實驗小型化、微型化的趨勢是化學實驗改革的必然趨勢，是歷史的必然選擇。目錄隨著現(xiàn)代精密儀器的廣泛使用，促使許多化學實驗將合成與鑒定18迄今為止,國際上關于微型化學實驗的名稱、定義和試劑的用量界限還沒有一致的說法。其常見的英文名稱有三個,分別是：

microscalechemicalexperiment(微型化學實驗)

microscalechemistry(微型化學)

microscalelaboratory（ＭＬ）(微型實驗)可以定義為“在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗,其試劑用量比對應的常規(guī)實驗節(jié)省90%左右”。二、微型實驗的內涵目錄迄今為止,國際上關于微型化學實驗的名稱、定義19三、微型化學實驗的特點■儀器?。弧?/p>

節(jié)省藥品；■

節(jié)省時間；■

安全性增加；■

減少污染。目錄三、微型化學實驗的特點■儀器小；20■

微型化學實驗，是80年代首先從美國發(fā)展起來的一種化學實驗方法。由Mayo博士和他的同事自1982年開研究試用的一種新型的實驗方法，并獲得成功。很快引起世界各國化學界的重視，并得到迅速推廣。在美國、澳大利亞、南非、瑞典、德國、英國、法國、加拿大、瑞士、日本等發(fā)達國家和地區(qū)微型化學實驗研究已從化學實驗本身擴展至整個化學領域，提出了綠色化學，綠色實驗概念。成立了微型實驗中心。１、國外微型化學實驗發(fā)展概況四、微型實驗的發(fā)展情況■微型化學實驗，是80年代首先從美國發(fā)展起來的一種化學實驗21■

研制生產了相應的有機化學、無機化學、普通化學和中學化學的微型化學實驗儀器?！?/p>

編著出版《微型有機化學實驗》、《常規(guī)與微型有機實驗》、《普通化學微型實驗》等書?！?/p>

20世紀90年代以來舉行的歷次國際化學教育大會（ICCE）和IUPAC學術大會都把微型實驗列為會議的議題，這也充分說明了一個全球范圍的采用微型化學實驗的潮流已經出現(xiàn)?！鲅兄粕a了相應的有機化學、無機化學、普通化學和中學化學的22２、國內微型化學實驗發(fā)展概況■1989年微型化學實驗課題研究協(xié)作組成立?！?992年教育部頒布的全日制中學化學教學大綱中特別指出“可通過微型化學實驗來完成教學任務”?！?995年國家教委已將微型化學實驗儀器列入中學理科教學儀器配備目錄；2000年配備目錄又增加了塑料儀器?！?999年正式成立全國微型化學實驗中心?！鼍幹霭媪舜罅课⑿蛯嶒灂??！鼋逃?001年頒布的全日制義務教育化學課程標準和2003年頒布的高中化學新課程標準提出了開發(fā)與利用建議。目錄２、國內微型化學實驗發(fā)展概況■1989年微型化學實驗課題研23■湛江師范學院研制的中學化學微型儀器五、微型實驗儀器介紹■湛江師范學院研制的中學化學微型儀器五、微型實驗儀器介紹24■Mayo成套玻璃微型儀器■Mayo成套玻璃微型儀器25■

Williamson成套玻璃微型儀器■Williamson成套玻璃微型儀器26■南非生產的成套塑料微型儀器■南非生產的成套塑料微型儀器27■杭州師范學院生產的塑料微型實驗儀器■杭州師范學院生產的塑料微型實驗儀器28■天長市千玻教學儀器有限公司生產的微型實驗儀器目錄微型化學實驗制備儀（有機部分）■天長市千玻教學儀器有限公司生產的微型實驗儀器目錄微型化學29

水的電解和氫氣的爆鳴六、微型實驗案例選講水的電解和氫氣的爆鳴六、微型實驗案例選講30濃硝酸、稀硝酸跟銅反應實驗裝置濃硝酸、稀硝酸跟銅反應實驗裝置31氯氣的制備及性質實驗氯氣的制備及性質實驗32碳酸鈉與碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性比較實驗裝置碳酸鈉與碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性比較實驗裝置33

二氧化錳的催化作用與氧氣的制備和性質實驗MnO2KClO3石灰水12FeSPC331.側泡具支試管2.導氣膠管3.燃燒匙二氧化錳的催化作用與氧氣的制備和性質實驗MnO2KClO334一氧化碳的制備及性質實驗裝置一氧化碳的制備及性質實驗裝置35堿式碳酸銅受熱分解產物驗證實驗裝置CuSO4+5H2OCuSO4·5H2OCa(OH)2+CO2CaCO3↓+H2OCu2(OH)2CO32CuO+CO2↑+H2O△CuO+H2Cu+H2O△堿式碳酸銅受熱分解CuSO4+5H2O36二氧化硫的制備及性質實驗裝置二氧化硫的制備及性質實驗裝置37[化學]第三章-微型化學儀器與實驗課件38銅的原子量測定微型實驗

1號穴（鋅粒）；2號穴（空穴，緩沖作用）；3號穴（飽和Pb(Ac)2溶液）；4號穴（0.1mol.l-1的KMnO4溶液）；5號穴、6號穴（無水CaCl2）。銅的原子量測定微型實驗1號穴（鋅粒）；2號穴（空穴，緩沖39微型化學實驗（簡稱ML）是綠色化學新理念在中學化學實驗中的應用。下圖是某同學設計的NH3的催化氧化（附著在玻璃纖維上的Cr2O3作催化劑）并檢驗反應生成的酸性物質的微觀裝置（圖中必要的鐵架臺、鐵夾、微型酒精燈等均已略去），反應時需加熱的部位是A、B、C。實驗可提供的藥品有：①NH4Cl、Ca(OH)2的混合物；②氨水；③KClO3和MnO2；④蒸餾水；⑤0.5mol/LNaOH溶液；⑥酚酞試液；⑦濃H2SO4；⑧6mol/LNaOH溶液。高考題——微型化學實驗（簡稱ML）是綠色化學新理念在中40目錄試完成下列問題：（1）微型叉形管中液態(tài)物質A是_____________，固體物質B是_____________。（2）C處發(fā)生反應的化學方程式是_______________________________________。（3）混合物D是為了檢驗酸性物質的生成而放入的，其組成是_______________，實驗過程中的現(xiàn)象是_____________。（4）F處的棉花應蘸取的物質是_____________。目錄41任何事物都有兩面性，有其自身的缺點，微型實驗也不例外，它自從誕生之日起便具有一些不足之處：①現(xiàn)象不如常規(guī)實驗明顯，不便于在課堂演示實驗中使用。②實驗操作的技巧要求較高。例如攪拌、控溫加熱、過濾、萃取、分液等等相對于常規(guī)實驗來說難度加大，這對于初學化學的學生來說不便使用。③實驗中由于生成物量少，相對誤差加大。④微型儀器的洗滌