能自燃的金属

【原理】　 有些金属处于极细的粉末状态时，能在空气中自燃。这类活性较强的金属粉末一般要用化学方法制得。例如，能自燃的铁粉，可以用草酸亚铁加热分解制得，反应式是

FeC₂O₄·2H₂OCO↑+CO₂↑+2H₂O+FeO

3FeOFe₂O₃+Fe

4FeOFe₃O₄+Fe

得到的铁粉表面积很大，在室温下遇到空气会发生激烈的氧化还原反应，放出大量的热而燃烧起来，反应式是

4Fe+3O₂=2Fe₂O₃

【准备】

（1）实验室里如没有草酸亚铁，可以自制。配制一定浓度的草酸溶液和亚铁盐溶液（如FeCl₂、FeSO₄），使这两溶液以等摩尔混合，就能得到黄色的草酸亚铁沉淀。然后经过过滤、洗涤、干燥等处理，得到粉末状草酸亚铁，可以装在瓶里长期保存。

（2）为了防止加热时铁粉跟空气接触而发生反应，试管口要配一个单孔塞子，孔里插一段细玻管，用来阻止外面的空气进入反应管。

【操作】

（1）在大试管中加入约4药匙粉状草酸亚铁，塞上带有导管的塞子，再固定在铁架台上（见下图）。

（2）用煤气灯（也可以用酒精灯）较彻底地预热准备好的试管，然后加热试管尾部，使草酸亚铁慢慢地分解。实验时管口如果出现冷凝水珠，可再次在试管前端加热，尽量赶去水分。

（3）加热到发生反应时，试管内粉末会出现翻腾现象，随之黄色粉末慢慢变黑。到试剂呈黑色而不再有翻腾现象时，停止加热，留在试管里的是自燃铁粉。

（4）趁热取下带导管的塞子，重新塞上橡皮塞，让它自然冷却。冷却后再检查一下塞子是否漏气，要保证在演示前没有空气混入。如果存放时间较长，最好用蜡封住塞子和管口的相接边。

（5）实验时先把铁粉堆放在近试管口处，再拔下塞子，立即使铁粉分批轻轻撒出。铁粉在空气中下落时发生自燃，产生一束束火花。

【说明】

（1）在制取自燃铁粉时有大量气体产生，极可能发生冲料现象，所以试管口应向上倾斜。为了防止凝冷水回落而使试管破裂，所用试剂应充分干燥。此外，还应选用硬质试管，同时在反应前对整个试管作较彻底的预热。

（2）撒出的铁粉在空气中自燃的时间较长，不能把它撒在地毯或木质地板上。

（3）做铅粉的自燃实验时，取硝酸铅60g溶于100g水中。再取酒石酸钾钠45g，溶于100g水中。这两种溶液混合后得到酒石酸铅的沉淀。把沉淀洗涤2～3次，再抽滤、干燥，即得粉末状酒石酸铅试剂。用酒石酸铅制取自燃铅粉以及表演铅粉自燃的装置和方法，与上述用草酸亚铁加热制自燃铁粉的实验相同。酒石酸铅受热分解而得到自燃铅粉的化学反应式是

PbC₄H₄O₆Pb+2C+2CO₂↑+2H₂O↑

（4）把草酸镍放在上述装置的试管内，用加热草酸亚铁相同的方法操作，能制得自燃镍粉。自燃镍粉也能在空气中迅速自燃。下面是自制草酸镍的方法。取0.5mol/L硫酸镍（NiSO₄）溶液和0.5mol/L草酸溶液以等体积混合，搅拌后有淡绿色的草酸镍沉淀生成。再将沉淀洗涤、过滤、干燥（当pH达到7时，放在烘箱内在50℃下烘干）即可。由草酸镍制得自燃镍粉的反应式是

NiC₂O₄Ni+2CO₂↑

自燃镍粉封存及表演的方法同上述自燃铁粉实验。　

水面鞭炮

【原理】镁粉和二氧化硅粉在引燃时产生如下反应。

2Mg+SiO₂2MgO+Si

2Mg+SiMg₂Si

上述产物（Mg₂Si）遇盐酸会产生一种叫硅烷的气体。它跟空气里的氧气接触，会自燃和爆鸣，发出火光和“噼啪”声。

Mg₂Si+4HCl=2MgCl₂+SiH₄↑

【准备】取一只100mL烧杯，加入20mL浓盐酸，再加入约20mL水，搅拌均匀，配成约18％的盐酸溶液，冷却后待用。

【操作】

（1）称取5g二氧化硅粉末，放在研钵里。再称取8g镁粉，也放入研钵，使它们尽可能研细混匀。用药匙把混合物装入约30mL的铁质坩埚内，用药匙压紧混合物。

（2）把这坩埚放在铁架台上或砖块上，并置于通风环境中或通风橱内，移开四周的易燃物。取一根长约80mm的镁条，一端插入混合物内，外露一端用火引燃。当燃烧的镁条引燃坩埚中的混合物后，用坩埚钳迅速盖好坩埚盖，避免空气中的氧参与部分反应及坩埚内灼热的物质飞溅。待坩埚冷却后，把坩埚内灰黑色的产物倒入研钵内研碎。

（3）用药匙取上述研碎的产物逐步撒入上述配制好的盐酸溶液中。煤渣一样的上述粉末一旦撒入盐酸中，液面上立即发出噼噼啪啪的爆鸣声，并伴随有点点闪闪的火花，在烧杯上方还会出现一缕缕的白烟。

【说明】

（1）镁粉跟二氧化硅粉反应会放出大量的热。用瓷坩埚作反应容器，坩埚常会破裂，因此要选用铁质坩埚。这反应持续近1分钟，点燃反应物盖上坩埚盖后，不要急于掀盖观察，等反应结束并冷却后再启盖。

（2）制得的硅化镁固体，如果暂时不用，可以封存在试剂瓶中，几月甚至一、两年都不会变质。　

示温涂料

【原理】四碘合汞酸银（Ag₂[HgI₄]）是黄色粉状物质，它的结构为四方晶系。它在常温下呈黄色，加热到40℃以上时，结构转为立方晶系，外观呈橙色。四碘合汞酸铜（CuHgI₄）是红色粉状物质，常温下的结构为四方晶系，外观呈红色，加热到71℃以上，结构也转为立方晶系，外观呈棕黑色。用这两种原料配制成的涂料，能在不同温度下反复显示不同的颜色，因此叫示温涂料。四碘合汞酸银和四碘合汞酸铜在实验室里的制取过程和变色条件可以用下面的简式表示。

【操作】

（1）称取2g硝酸汞，溶于40mL水中。另取4.5g碘化钾，溶于另40mL水中。把少量碘化钾溶液加入到硝酸汞溶液中，稍加搅拌，有橙色的沉淀（HgI₂）生成。继续加入碘化钾溶液，开始橙色沉淀越来越多，以后慢慢减

的无色透明溶液一分为二，分别放在两只烧杯里。

（2）称取1g硝酸银，溶于20mL水中，将硝酸银溶液加入上述的溶液中，烧杯内产生大量黄色沉淀（Ag₂[HgI₄]）。

（3）称取1g硝酸铜，溶于10mL水中，并把它加入上述另一份溶液中，烧杯内产生大量红色沉淀（CuHgI₄）。

（4）把上述产生沉淀的两种混合液各自静置一段时间，然后倒掉上面一层澄清的溶液。再分别用水洗涤沉淀2～3次。方法是在两种混合液里加入较多的水，搅拌后静置约半小时，弃去上层清液。反复2～3次。最后把这两种沉淀物（不必烘干）分别和木工用的白胶或透明胶水（如鹅牌合成胶水）混合，即得到两种示温涂料。用毛笔蘸取这些涂料在白纸上描成图画或写成文字，待它干燥。

（5）把上述描有图画或文字的纸条贴在盛有热水的大烧杯外壁，原来黄色的图画不久变成桔红色，冷却后又变黄色，原来红色的图画不久变成棕黑色，冷却后又变红色。该纸条可以长久反复使用。

【说明】

（1）配制上述试剂溶液及洗涤沉淀物的水都必须用蒸馏水。

（2）选用透明胶水，是为了防止涂料脱落，同时又不遮盖其颜色。胶水用量不必多，按照上述配比，只添加几滴胶水即行。　

示温溶液

【原理】

（1）二氯化钴所含的结晶水受温度和湿度的影响较大，存在如下平衡：

从上述平衡看出，温度越低，蓝色的无水二氯化钴越容易跟水结合而生成红色的六水二氯化钴。在高温、干燥条件下，红色的六水二氯化钴容易变成蓝色的二氯化钴。

（2）铬离子能跟不同数量的水分子形成不同程度的水合异构体。例如，温度较高时形成绿色的五水合铬离子，温度较低时变成蓝紫色的六水合铬离子。

（3）蓝色硫酸铜溶液会跟无色溴离子作用，生成绿色的四溴合铜离子。当温度升高时，该溶液中四溴合铜离子的浓度增大，所以溶液呈绿色。四溴合铜离子在低温下浓度极小，溶液呈硫酸铜的蓝色。

【操作】

（1）取一粒二氯化钴晶体，放在一支洁净的试管里，逐滴加入95％的酒精使它溶解。这时得到的溶液呈蓝紫色。在溶液里逐滴滴加清水，每滴一滴就振荡均匀，直到溶液刚呈粉红色为止。慢慢加热这试管，不久溶液转为紫色，继续升温，溶液慢慢由紫色变蓝色，即温度越高，溶液颜色越接近蓝色。把溶液冷却到室温，溶液颜色又慢慢恢复到粉红色。

（2）在一只小锥形瓶中加入50mL稀硝酸，再加入4g三氧化二铬，得到蓝紫色的浓度约10％的硝酸铬溶液。给这溶液加热变成绿色，冷却后又变成蓝紫色。这个实验的颜色变化能反复进行。

（3）取一只小烧杯，先后加入15mL0.2mol/L硫酸铜和5mL溴化钾饱和溶液（约5gKBr加5mL热水），混合均匀后得到蓝绿色溶液。把这溶液等量分装在三支小试管中。把第一支试管放在酒精灯灯焰上加热到接近沸点，第二支试管放在冰水中，第三支试管作为对照。这时加热的溶液呈绿色，浸在冰水里的溶液呈蓝色，处于室温下的试管仍呈蓝绿色。　

蓝瓶子、红瓶子

【原理】亚甲蓝（C₁₆H₁₈ClN₃S·3H₂O₂分子量373.90）是噻嗪衍生物，用作观察细菌和组织切片的染色剂，也可用来染丝和用作指示剂。亚甲蓝呈蓝色，容易被还原成无色。被还原的分子也易重被氧化成亚甲蓝。它的可逆性变化可用下式表示。

用符号MB表示亚甲蓝，则上述反应可表示如下：

由上式可知，本实验颜色变化的实质是氧化还原反应。本实验所用的溶液是亚甲蓝、葡萄糖和氢氧化钠的混合液。刚配制时溶液蓝色，放置片刻，蓝色就褪去，这是由于亚甲蓝被葡萄糖还原的结果。当振荡上述无色溶液时，瓶内溶液跟空气接触的表面增大，氧气在溶液中的溶解量也增多，氧气就把无色的H₂MB重新氧化成蓝色的MB。当瓶子静置时，溶液里葡萄糖所起的还原作用渐渐起主导作用，蓝色的H₂MB又被还原成无色。上述操作可以反复许多次，直到瓶内的氧气耗尽为止。

碱性藏花红（C₂OH₁₉ClN₄）也是一种氧化还原型指示剂，它在氧化态时呈红色，被还原后呈无色。用它替代亚甲蓝做变色实验，则在红色和无色之间反复变化，因此又叫红瓶子实验。

【操作】

（1）称取2g氢氧化钠固体，放入250mL锥形瓶中，加入100mL水使它溶解。再加入2g葡萄糖，最后加入几滴亚甲蓝溶液（0.2％）到溶液呈蓝色。溶液静置几分钟后变成无色。

（2）塞上橡皮塞，振荡后溶液变成蓝色，再静置一段时间，溶液中的蓝色又逐渐消失，再振荡溶液，蓝色又出现。溶液的颜色能在蓝色和无色之间反复发生变化。

（3）称取4g氢氧化钠固体，放在250mL的锥形瓶中，加入100mL水使它溶解。再加入2g葡萄糖，最后滴入1～2滴0.5％的碱性藏花红指示液。塞上橡皮塞后按照上述相同方法操作。刚振荡时溶液呈红色，静置片刻变成无色。溶液的颜色也可以反复变化。

【说明】

（1）用葡萄糖作还原剂，溶液应是碱性介质，在酸性介质或中性介质中不会产生变色现象。

（2）为了增加演示效果，可适当增大碱量，这样变色周期短，现象明显。

（3）碱性藏花红试剂用量宜少，只要略显出红色即可。

（4）上述两个变色反应的最佳温度是25℃，所以冬天演示要略加热。