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仿真实验室应用实例


应用实例
用《仿真化学实验室》制作课件的一般方法是这样的:首先搭建实验仪器,把我们 需要用到的实验仪器都放置在实验区中; 然后给容器中添加化学药品; 运行一遍实验后, 再编辑容器的属性,调整容器中进行的反应方程式就可以了。 在应用实例中,我们将通过几个典型的例子,增加您对仿真化学实验室的了解,让 您更加熟悉它的操作。 实例 1:Cu(OH)2 沉淀和 Fe(OH)3 沉淀

在这个实验中我们在两个烧杯中分别装入 CuSO4 溶液和 FeCl3 溶液, 在细口瓶中装入 NaOH 溶液。 运行实验后,我们利用胶头滴管把 NaOH 溶液分别滴加在这两个烧杯中, 就会 看到有不同颜色的沉淀生成。 首先从器件箱中创建出两个中烧杯、一个细口瓶和一个胶头滴管。往一个烧杯中添 加 100ml,0.1mol/L 的 CuSO4 溶液

用同样的方法往另一个烧杯中添加 100ml,0.1mol/L 的 FeCl3 溶液; 在细口瓶中添加 50ml,0.1mol/LNaOH 溶液。
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接下来就可以用鼠标点击运行按钮,运行实验了。运行后,用胶头滴管可以吸取溶 液, 只要把滴管的管口放在容器的液面下, 然后点击滴管旁边的“吸取”按钮就可以了。 同样的,点击“点滴”按钮就可以把滴管中的溶液滴入到其它容器中。在这个实验中, 我们用滴管吸取细口瓶中的 NaOH 溶液, 然后把它分别点滴到 CuSO4 溶液和 FeCl3 溶液中。

实例 2:往 Ca(OH)2 溶液中通入过量的 CO2 在这个实验中,我们用 CaCO3 和稀盐酸反应,把反应生成的 CO2 通入到 Ca(OH)2 溶液 中。开始时,Ca(OH)2 溶液中有沉淀生成,继续通入 CO2 后沉淀逐渐消失,溶液又变得澄 清了。 我们做这个实验来展现这个过程, 并利用仿真化学实验室能结合实验数据的特点, 把反应中各物质的量用数值和曲线的方式表现出来。 实验现象与实验数据的结合是仿真 化学实验室的一大特点。 首先我们搭建出如图所示的器件组合。

然后我们在容器中添加药品。在锥形瓶中添加 0.5mol 的 CaCO3(固体)和 100ml 的 H2O(液体)。在分液漏斗中添加 40ml,0.5mol/L 的 HCl(溶液)。在集气瓶中添加 40ml,0.01mol/L 的 Ca(OH)2(溶液)。 接下来我们就可以进行反应了。点击工具栏上的运行按钮 ,运行实验。然后用

鼠标点击分液漏斗,在分液漏斗旁就出现了一排按钮,点击“打开”把分液漏斗中的盐 酸加入到锥形瓶中。这样盐酸就和碳酸钙反应了,生成的二氧化碳被通入到澄清的石灰 水中,石灰水先变混浊再变澄清。 但是这个反应的速度似乎太快了, 我们可以通过修改锥形瓶中的反应速度来调节实 验进行的快慢。首先点击工具栏上的停止按钮 ,停止实验。然后用鼠标右键点击锥

形瓶,在弹出的菜单中点击“属性”,弹出锥形瓶的属性对话框。删除不用考虑的方程 式只保留如图所示的方程式, 并把它的反应速度设置成 0.0002。 并且不要选中“智能处 理反应”这一选项。

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这时您再运行这个实验,把分液漏斗中的液体加入到圆底烧瓶中,可以看到有气泡 生成,Ca(OH)2 溶液先变浑浊,再逐渐澄清;而且实验进行的速度也变慢了。 为了更好的表现这个反应,并分析这个反应,我们需要用到实验数据。首先我们要 为容器中的药品定义变量。例如:我们想在反应过程中知道集气瓶中 CaCO3 的量,就要 为 CaCO3 定义变量。首先弹出集气瓶的属性对话框,现在集气瓶中没有 CaCO3(固体),我 们要在集气瓶中添加 CaCO3(固体),点击“容器中的药品”活页中的“添加”按钮,为集 气瓶添加 0ml 的 CaCO3(固体)就可以了。 现在用鼠标点击容器药品列表中的 CaCO3(固体) 一项,然后点击“定义变量”按钮弹出定义变量对话框。在此对话框中您可以为 CaCO3(固体)的 mol 量定义变量也可以为它的质量定义变量,我们为 CaCO3(固体)的 mol 量定义变量为“caco3”,然后确定就可以了。 要在实验区中显示出这个变量的值,我们需要用到“文字注释”。用鼠标点击实验 区上方工具栏中的 按钮,再在实验区中点击一下鼠标,就会弹出“注释编辑”对话

框。在此对话框中您可以编辑注释,设置注释的字体。注释可以是一段说明,可以是方 程式也可以用于输出变量的值。在这里我们输入:“CaCO3 的摩尔量 = {caco3}”,其 中大括号中的部分是变量名。显示这个注释时会在{}的位置上显示变量 CaCO3 的值。

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这时您再运行实验,就可以实时的看到集气瓶中 CaCO3(固体)的量的变化情况了。 用同样的方法,您可以为集气瓶中的 Ca(OH)2(溶解)和 Ca(HCO3)2(溶解)定义变量。 您可以使用曲线对象绘制变量的曲线图。用鼠标点击实验区上方工具栏中的 按

钮,再在实验区中点击一下鼠标,就可以创建出曲线对象了。用鼠标右键点击这个曲线 对象,在弹出的菜单中点击“属性”,这时会弹出“曲线对象设置”对话框。

按如图所示设置横坐标和纵坐标的比例,在这个实验中我们用横坐标表示时间,纵 坐标表示各物质的量。因为这个实验中物质的量都非常小,所以在设置纵坐标比例时, 我们设置成 0.0001。 再运行实验,您将看到这样的效果。

实例 3:水的蒸发
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仿真化学实验室中,水的沸腾也是通过方程式来实现的,这类方程式我们称之为扩 展方程式。H2O(液体)==H2O(气体)就是水沸腾的扩展方程式。现在我们就来做一个水沸 腾的实验,首先我们从器件箱中创建一个烧杯,在里面添加一定量的 H2O(液体),把这 个烧杯放在铁架台的铁圈上。再创建出一个温度计,把它插在烧杯中。最后再创建出一 个酒精灯,把它放在烧杯的下方。这样就可以运行了。运行后,把酒精灯点燃,您可以 看到温度计指示的温度逐渐升高,在接近 100 摄氏度时水就沸腾了。在《仿真化学实验 室》的方程式库中有关于水沸腾的扩展方程式,这个方程式的条件为:温度>98。

实例 4:氢气还原氧化铜 在这个实验中,我们用硫酸和锌反应制取氢气,把生成的氢气通入到灼热的氧化铜 中,最后把尾气通入到装有无水硫酸铜的 U 型管中。首先搭建出如图所示的实验装置。

然后, 给锥形瓶添加 100 克的 Zn(固体), 150ml 的 H2O(液体)和 0.5mol 的 H2SO4(溶 解)。在玻璃管中添加 30 克的 CuO(固体)。在 U 型管中添加 0.1mol 的 CuSO4(固体)。 现在就可以点击运行按钮进行反应了。随着反应的进行,玻璃管中的固体逐渐由黑 色的氧化铜变成红色的铜, U 型管中的白色无水硫酸铜也逐渐变成了蓝色的五水硫酸铜。 这个反应需要比较多的时间,如果您想比较快的演示整个过程,可以在实验停止后,修 改各个中容器中的方程式反应速度,把它们都设置成 0.01 就可以了。 实例 5:酸碱中和滴定 在这个实验中,我们用三个锥形瓶,每个瓶中都添加 150ml 的 H2O(液体),分别在 三个锥形瓶中添加 0.001mol 的石蕊(指示剂)、0.001mol 的酚酞(指示剂)和 0.001 的甲 基橙(指示剂)。这些指示剂在“添加药品”对话框的“溶质”活页中。
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再从器件箱中创建出一个酸式滴定管,在其中添加 0.01mol/L 的 HCl(溶液)50ml; 创建出一个碱式滴定管,在其中添加 0.01mol/L 的 NaOH(溶液)50ml。 因为指示剂的颜色是根据溶液中 H+(离子)的浓度变化而变化的, 所以在容器中, 我 们需要考虑 HCl(溶解)电离和 NaOH(溶解)电离的离子方程式,还要考虑 H2O(液体)微弱 电离的离子方程式。以其中一个锥形瓶为例,打开它的属性窗体,为了便于搜索到 HCl 电离和 NaOH 电离的化学方程式,我们再给这个容器添加 0mol 的 HCl(溶解)和 NaOH(溶 解)。在“容器中的反应”活页中点击“自动搜索”按钮,弹出“搜索方程式”对话框, 选中“考虑离子反应”一项,然后点击“搜索”按钮。

这样可以搜索到以下这些方程式。删除如图所示的方程式,只保留 HCl 电离、NaOH 电离和 H2O 电离的离子方程式。 其中 H2O 的电离是一个可逆反应, 它的默认平衡度是 H2O 在 20 摄氏度时的电离平衡度。另外 H2O 电离的方程式要放在方程式列表的最后,用鼠 标按住列表左侧方程式的序号不放,上下移动鼠标可以改变方程式在列表中的位置。注

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意不要选中“智能处理反应”这个选项。最后点击“确定”按钮。用同样的方法,为其 它两个锥形瓶也制定这样的反应。

现在就可以运行实验了。运行后请您把滴定管中液体慢慢的点滴到锥形瓶中,您会 发现指示剂的颜色发生了变化。

更进一步,我们还可以用注释动态的表示出溶液的 PH 值。首先点击停止按钮,停 止运行中的实验。溶液的 PH 值是溶液中 H+(离子)摩尔浓度的负对数,所以我们要先计 算出溶液中 H+(离子)的浓度。以其中一个锥形瓶为例,我们弹出它的属性对话框,为容 器中 H2O(液体)的质量定义变量为 a1;为 H+(离子)的摩尔量定义变量为 b1。

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确定对容器属性的修改后,再从主菜单中点击[程序]——[变量编辑器],弹出“变 量编辑器”对话筐。我们需要自定义一个变量:ph1,来表示这个容器中溶液的 PH 值。 按如下图所示,输入变量名:ph1,设置初始值:7,然后点击添加按钮就可以完成变量 的添加了。添加完成后,点击“关闭”按钮,关闭变量编辑器。

再从主菜单中点击[程序]——[程序编辑器],弹出“程序编辑器”对话框。在此对 话框中,我们输入以下程序。然后点击“确定”按钮。

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最后,创建一个注释对象,用它来动态的表示变量 ph1 的值。

再运行实验,往锥形瓶中滴加酸或碱时,您就可以看到锥形瓶中溶液 PH 值的变化 了。 实例 6:一道化学习题 《仿真化学实验室》能够很好的辅助化学习题的讲解,是因为它不但制作课件十分 简单、方便,而且更能紧密的结合化学学科的特点。这里我们用一个例子来说明这个问 题。 有一道化学题:用相同质量的锌和铁分别与足量的稀盐酸反应。纵坐标表示生成氢 气的质量,横坐标表示反应时间,请绘制大致的坐标曲线,并解释其原因。

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制作这个课件比较简单,但要注意几个问题: 1.在添加 Fe(固体)和 Zn(固体)时,按质量添加,并添加相同的质量。 2.添加药品时,要使盐酸过量。 3.运行一遍后,需要调整容器中的反应速度,要设置锌与盐酸的反应速度快于铁与 盐酸的反应速度。 例如:设置锌与盐酸的反应速度为 0.01;铁与盐酸的反应速度为 0.007。 4.因为容器中生成的氢气会释放到空气中,所以不能准确的度量出生成氢气的量。 我们分别为 FeCl2(溶解)和 ZnCl2(溶解)的摩尔量定义变量来代替氢气生成的量,并用 曲线对象关联这些变量。 总结 通过以上的这些实例,我们已经可以清晰的了解《仿真化学实验室》制作课件或实 验的一般过程。制作的过程一般是这样的:首先搭建实验仪器,把我们需要用到的实验 仪器都放置在实验区中;然后给容器中添加化学药品;运行一遍实验后,再编辑容器的 属性,调整容器中进行的反应方程式就可以了。我们还可以使

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