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33种化学原理动画,让你秒懂化学反应原理!

化学的神奇魅力不仅仅是随口说说,它是惊人的。以下37张动图,在带领你领略化学之美的同时,希望对你理解这些化学现象有所帮助。

1.硫氰酸汞的分解(“法老的蛇”)

原理:硫氰酸汞受热分解,部分产物燃烧。

?2Hg(SCN)2→ 2HgS + CS2?+ C3N4

?CS2?+ 3O2?→ CO2?+ 2SO2

?2C3N4?→ 3(CN)2?+ N2

花絮:硫氰酸汞是1821年德国人合成的,不久后发现了它燃烧的特殊现象。在很长一段时间里,它在德国被作为一种烟花出售,但最终因为多起儿童误食中毒的事故而被禁止。

危险:高。汞化合物有毒,反应产生的硫化汞、二氧化硫和氰化物气体也有毒。没有通风柜和专业指导不要自己尝试!

2.火柴燃烧

原理:火柴头含有红磷、硫磺和氯酸钾。划火柴时产生的热量使红磷和硫磺燃烧,氯酸钾分解成氧气辅助燃烧。

花絮:最早的摩擦火柴只含有硫磺。1826年,英国化学家约翰·e·沃克第一次使用氯酸钾,但是他的火柴非常危险,火球经常掉下来砸到轻薄的衣服和地毯上。

危险:很低,但请不要给孩子火柴,可能会引起火灾。

3.氢遇到火

原理:氢气易燃易扩散,在空气中可发生爆炸燃烧。

花絮:兴登堡号飞艇发生的事情就是这个场景的放大版。

记录者:PRF SLO &;莫博士

危险:中等。因为爆炸可能会伤人,请按图中所示远程点燃。

4.水银和铝锈

原理:铝是一种高活性金属,但其表面的氧化铝层使其无法与空气中的氧气完全反应。水银会破坏这层保护层,让铝很快“生锈”。

这是延时摄影。这个过程真正的长度大概是半个小时。如果画面下移,会看到下面有很多铝锈粉。

花絮:这也是禁止携带水银上飞机的原因之一。传说二战期间,一些美国突击队员携带水银摧毁德国飞机。

危险:中度至低度。水银有毒,不能食用。请在空气流通的地方实验,以免水银蒸气中毒。

5.铁条和硫酸铜

原理:将除锈铁棒放入硫酸铜溶液中,铁比铜更活泼,置换出来的铜形成漂亮的疏松沉淀。

溶液最初是蓝色的(水合铜离子的颜色),随着反应的进行,蓝色逐渐变淡。

花絮:铜离子本身不是蓝色的,无水硫酸铜是白色粉末。水溶液中的蓝色是六水合铜离子。

危险:低。铜溶液有毒,不能食用。

6.气体点火

原理:燃烧需要可燃物与氧气接触,狭窄的瓶口使氧气只能逐渐进入,燃烧面逐渐下移。

危险:中到高。可燃气体处理不当容易导致爆炸。

7.燃烧的镁被放入水中。

原理:镁在常温下其实可以和水反应,但除非是镁粉,否则速度很慢。在高温下,它们会发生剧烈反应,生成氧化镁和氢气。氢气继续燃烧,与燃烧的镁一起,产生炫目的光影效果。

花絮:这个反应是日本设计的一个实验发动机的基本原理。镁和水反应生成的氧化镁在激光的作用下再次分解为镁和氧。整个反应只需要水,激光由太阳光提供动力。不过,这个引擎似乎还很遥远。

危险:中等。镁遇高温燃烧,遇水反应剧烈,可能溅出红热的液态镁,造成灼伤。

8.丙酮“溶解”泡沫

原理:一层很浅的丙酮并不能真正“溶解”整个泡沫。事实上,它只是溶解了聚苯乙烯的长链,让泡沫中的大量空气逸出。而丙酮在长链交联的地方什么都做不了,所以碗底会有残留的聚苯乙烯。

花絮:502胶水滴在泡沫上的情况也差不多。

危险:低。丙酮有一定的毒性和挥发性,应在通风处测试,不宜饮用。

9.血液和过氧化氢

原理:血液中有一种高效的过氧化氢酶,能催化过氧化氢分解成水和氧气,大量的氧气形成泡沫效果。

花絮:过氧化氢酶是一种非常常见的酶,几乎存在于所有需氧生物体内。在细胞中,它的主要功能是催化活性氧生成氧,防止氧破坏细胞。过氧化氢酶也是效率最高的酶之一,每个酶分子每秒可以催化几百万个过氧化氢分子。

危险:低到中等。高浓度过氧化氢腐蚀性很强,但低浓度更安全。没有其他威胁,除非你的血源有问题...

10.大象牙膏

原理:这个反应的核心和前一段的血液反应一样,是双氧水的分解。将30%的双氧水与洗手液混合,加入一些食用色素,加入碘化钾作为催化剂。少量的双氧水可以产生大量的氧气,氧气在肥皂的作用下形成气泡。

更安全的版本是使用低浓度(3%-6%)过氧化氢和干酵母作为催化剂。原料比较容易得到,但是反应没有那么激烈。

花絮:反应结束后,瓶内会聚集大量氧气。你可以试着关掉灯,然后扔一根火柴进去观察燃烧的情况。当心火灾。

危险:低到中等。强双氧水有腐蚀性,处理时请戴手套。

P.S .还有一种方法可以做这个实验(来源还没找到):

11.灯泡里的宇宙

原理:这是一个闪光灯泡,里面充满了锌丝和氧气。通电后会点燃,只能使用一次。面包外层有一层塑料薄膜,以防灯泡坏了。在现代电子闪光灯出现之前,它是主要的闪光道具,达到全亮度需要更长的时间,但燃烧的时间也更长。

这张图在网上传播的时候,很多人说这是灯泡烧坏的瞬间。可惜,普通的钨丝灯泡,到了寿命,只会慢慢褪色。

花絮:早期的闪光灯泡用的是镁丝,不如锌亮。更早的时候,镁粉和氯酸钾混合,在开放的环境下点燃。这就是“聚光灯”一词的由来。

此外,还有不少网友表示,“这就是我们的宇宙”。

危险:低。灯泡用后会很烫,不要马上用手摸。

12.五盏灯和十个铯

原理:铯是一种活性碱金属,与水发生爆炸性反应生成氢气。高速摄影需要极其强烈的光线,光线产生的高温使得铯无法保持固态,因此实验中使用安瓿瓶来盛装液态铯。当小锤击碎安瓿时,铯液滴涌出,与空气中的水蒸气和氧气反应,留下痕迹,大块的铯入水后发生爆炸反应。

花絮:网上有这样一个钓鱼帖,“...爱迪生等得不耐烦了。他拿起铯块,蘸水,把溢出的水倒进量杯里,量出体积,就知道了铯块的体积。”也许这才是爱迪生耳聋的真正原因?

危险:高。铯和水反应非常剧烈,注意防护。

13.锌火

原理:此液体为二乙基锌。它是一种高度易燃的有机锌化合物,接触氧气时会自燃。真正的二乙基锌是如图所示的蓝色火焰,但网上流传最广的视频/动画来自2008年的诺丁汉大学,他们拍摄到了黄色火焰——根据他们自己的说法,是钠污染造成的。

花絮:二乙基锌发现于1848,是第一个有机锌化合物。它被广泛用于有机合成,也被早期的火箭研究人员用作液体燃料。

危险:高。很少有好东西能自燃,更不用说是液体。

14.火山喷发

原理:外层红色粉末为重铬酸铵,不稳定。受热分解时,可产生大量深绿色灰烬(三氧化铬)和鲜红色火焰。

(NH4)2Cr2O7?(s)?→?Cr2O3?(s)+?N2?(g)+ 4?H2O?(g)

这种效应非常类似于火山爆发。

里面藏的是上一期介绍的硫氰酸汞“法老蛇”。

花絮:重铬酸铵因为有效果,有个外号叫“维苏威火山”。它在烟火和早期摄影中有应用。把它和硫氰酸汞配在一起就像召唤克苏鲁一样...

危险:高。重铬酸铵和所有六价铬一样具有毒性和刺激性。在密闭容器中加热可能会导致爆炸。关于硫氰酸汞,请参考上一期。

15.铝遇到溴

原理:铝是一种非常活泼的金属,由于其表面有一层致密的氧化层,所以在空气中很稳定,但会与许多其他氧化剂发生剧烈反应。溴就是其中之一。三溴化铝溶于水反应也会放出热量,可能导致爆炸。实验结束后,试管必须冷却,然后用温和的水流慢慢溶解。清洗后,应添加硫代硫酸钠溶液以减少任何残留的溴。

花絮:“三溴化铝”真正的存在形式其实是Al2Br6,非常稳定,即使气化后,也只有一部分会分解成AlBr3。

危险:高。溴具有挥发性和腐蚀性,吸入后有毒,因此需要采取保护措施。反应剧烈,喷溅,请一定要少量开始!

16.黑暗之柱

原理:黑咖啡不会变成这个东西。杯子里是对硝基苯胺和浓硫酸的混合物,加热后会发生非常复杂的反应——其实我们并不完全知道反应的详细过程。最终得到的黑色泡沫的原子比为c6h3n 1.5s 0.15o 1.3,几乎可以确定是用对硝基苯胺交联的聚合物。整个反应有时被称为“爆炸聚合”。膨胀到如此大的长度是由于产生气体如二氧化碳的反应。

花絮:这种反应是由美国国家航空航天局的研究人员在20世纪70年代发现的。他们当时考虑用它做灭火剂——因为产生的黑色泡沫非常稳定,隔热性能极佳。

危险:中到高。对硝基苯胺有毒,浓硫酸也有危险。该反应还产生氮氧化物和硫氧化物。

不要联想到p.s .最后的实验。

17.红色和黑色

原理:这是“碘钟反应”的变种。加入实验中使用的三种无色透明溶液(从前到后):

1,可溶性淀粉和焦亚硫酸钠

2.氯化汞

3.碘酸钾

其中,反应包括:

1,焦亚硫酸钠与水反应生成亚硫酸氢钠?Na2S2O5+ H2O?→ 2亚硫酸氢钠

2.亚硫酸氢钠将碘酸盐还原成碘化物?IO3-?+ 3HSO3-→ I- + 3SO42-?+ 3H+

3.随着碘离子浓度的增加,可溶性汞盐开始与碘离子形成碘化汞沉淀(橙红色)Hg2++ 2 I-→ HgI2。

4.剩下的碘离子和碘酸根离子生成碘?IO3-?+ 5I-?+ 6H+→ 3I2?+ 3H2O

5.碘与可溶性淀粉结合形成蓝黑色的包合物?

花絮:这个改良版的反应是由普林斯顿大学的两个学生发明的,他们在其中加入了汞盐,使反应可以先后形成橙红色和黑色,橙黑色的搭配是普林斯顿大学的代表色。这种反应通常被称为“老拿骚反应”,其中“老拿骚”指的是普林斯顿大学:

危险:低。

24 .氢化钠

原理:这是氢化钠和水的反应,产生氢氧化钠和氢气。酚酞作为指示剂加入溶液中,所以呈现紫色。

花絮:氢化钠是一种碱性很强的物质,可以从很多化合物中夺取质子,形成相应的钠化合物,在有机合成中非常实用。

危险:高。氢化钠非常活泼,反应剧烈。

25.碘化铝反应

原理:将碘与铝粉混合,加入少量水,即可引发剧烈反应。主要反应式:2Al(s)+3I2(s) → Al2I6(s),其中水作为催化剂。随着反应的进行,碘会升华形成紫色的碘蒸气。

花絮:说到铝粉,印象最深的大概就是铝热反应了。我们来回顾一下:

危险:中到高。反应剧烈,碘蒸气有刺激性。要注意保护眼睛,在通风柜里做。加水后,反应可能需要一段时间才能开始,不要着急仔细看。

26.金色氧化锌

原理:白色氧化锌粉末加热到高温会逐渐变成金黄色,在空气中冷却会褪色。颜色的原因是氧化锌晶体在高温下失去一些氧原子,从而形成晶格缺陷。

花絮:很多宝石的颜色也和晶格缺陷有关,比如彩钻。

危险:中到高。要观察氧化锌变色,需要加热到800℃左右[3],使用高温火焰时要特别小心。

27.发光氨发光

原理:鲁米诺(3-氨基苯酰肼)是一种常用的发光化学试剂。在演示实验中,过氧化氢和氢氧化物碱(如氢氧化钠)的溶液一般用作活化剂,含铁化合物用于催化过氧化氢的分解。鲁米诺与氢氧根反应生成双负离子,可与过氧化氢分解产生的氧气反应生成受激的3-氨基邻苯二甲酸,回到基态时会发出蓝光。

(图片来自维基百科)

花絮:估计很多人从刑侦剧或者推理小说里听说过鲁米诺试剂。如果把上述反应中的催化剂换成血液中的铁,就会变成检测微量血液的反应。

危险:低,应注意氢氧化物和过氧化氢的腐蚀性。

28.人造烟雾

原理:浓盐酸和浓氨水是事先滴在纸的不同位置上的,两者都有很强的挥发性,在空气中相遇也会形成氯化铵,产生烟雾效果。

花絮:另一个常见的演示实验“氨水喷泉”显示了这种气体在水中的强溶解性。瓶内氨气与含酚酞的水接触,迅速溶解,导致瓶内压力下降,出现粉红色的倒喷泉;

危险:低,但浓盐酸和浓氨水有刺激性,应注意通风,避免吸入。

29.火球

原理:右边两个表镜里的固体和液体分别是高锰酸钾和浓硫酸。这里浓硫酸显示了它的“脱水”,它与高锰酸钾固体反应生成七氧化锰(高锰酸酐)。七氧化锰是一种不稳定的强氧化物。当它与棉花接触时,它能与棉花发生反应并引起燃烧。

花絮:在历史上,硫酸也被用来点燃火柴。第一根现代火柴是JeanChancel在1805年发明的。在火柴头中加入氯酸钾、硫磺、糖等物质,需要蘸一小瓶硫酸才能引发反应。

危险:中高浓度的浓硫酸需要格外小心地处理,受到保护并远离易燃物质,并且需要在通风良好的地方进行。高锰酸酐具有腐蚀性、强氧化性和爆炸性,因此在实验过程中应佩戴护目镜或口罩,并应确保仅少量混合。不要擅自增加反应物的量或与其他有机物反应,因为反应可能太剧烈。

30.聚合物泡沫

原理:这是一个产生聚氨酯泡沫的反应。原料包括异氰酸酯、多元醇和发泡剂。聚氨酯(PU)是指主链上带有氨基甲酸酯特征单元的一类聚合物。聚氨酯化学性质稳定,力学性能可调性强,在工业和生活中应用广泛。聚氨酯泡沫可用作保温材料。

花絮:比如你可以体会一下聚氨酯有多宽:市面上的人造革产品大部分都是用聚氨酯做的,最常见的非乳胶避孕套也是用聚氨酯做的,还可以做成沙发垫和鞋底。

危险:低,应注意避免吸入和接触皮肤和眼睛。聚氨酯泡沫本身就相当易燃,所以很多商业产品都会预添加阻燃剂。

31.干冰和镁

原理:镁棒点燃后放入干冰中,反应式为2 mg+CO2 → 2 MgO+C。

,反应发出了耀眼的光芒。

花絮:最早的闪光灯使用的是镁发出的强光,所以也叫“镁光灯”。

危险:高。在反应过程中,可能会溅出火花,因此需要清除附近的所有可燃物质,并使用防护隔板。

32.红绿灯

原理:在瓶中的溶液中加入三种成分:氢氧化钠、D-葡萄糖和靛蓝胭脂红(或酸性靛蓝)。靛蓝胭脂红是一种氧化还原指示剂,同时具有酸碱指示剂的作用,即在氧化还原反应和pH值的作用下,能变成多种颜色。靛蓝胭脂红有三种不同颜色的氧化还原态。在这个反应体系中,摇瓶时会被空气中的氧气氧化,静置时会被葡萄糖还原,从而引起变色。如果在不同的pH环境下进行反应,颜色也会发生变化。下图总结了具体的颜色变化状态:

根据英国皇家化学学会提供的内容重新绘制。

花絮:除了指示剂,靛蓝胭脂红还有其他用途。是一种食用色素(E132),在一些泌尿系统手术中也会用到。

危险:低。这里氢氧化钠起到调节pH的作用,不使用非常浓的溶液。葡萄糖和靛蓝胭脂红也更安全。

33.分层变色

原理:试管下面橙色的部分是加了一些硫酸的重铬酸钾溶液,上面透明的部分是乙醚,引发反应时在里面加了一些双氧水。接下来系统会发生剧烈反应,上面的有机层会变蓝,产生气体。

当加入双氧水时,水相会发生以下反应:k2cr 2 o 7+h2so 4+H2O 2→2 cro 5+k2so 4+5H2O。这里生产的过氧化铬(CrO5,也叫五氧化二铬)是一种不稳定的过氧化物,能溶于乙醚,并带来深蓝色。不稳定的过氧化铬会继续反应生成三价铬盐:2 cro 5+7h2o 2+3h2so 4→Cr2(SO4)3+10h2o+7o 2,试管中的气泡就是这个反应生成的氧气[1]。

花絮:过氧化铬在水溶液中也是蓝色的,但是通过乙醚萃取可以长时间保持蓝色,方便观察。

危险:中等身高,反应激烈,需要戴手套和护目镜,不要把试管灌得太满。