实验室的魔法手册

实验室的魔法手册

杨帆 著

人民邮电出版社

北京

图书在版编目（CIP）数据

实验室的魔法手册 / 杨帆著. --北京：人民邮电出版社，2019.5

ISBN　978-7-115-50544-6

Ⅰ.①实…　Ⅱ.①杨… Ⅲ.①化学实验—普及读物　Ⅳ.①06-3

中国版本图书馆CIP数据核字（2019）第037774号

定价：68.00元

读者服务热线：(010)81055410 印装质量热线：(010)81055316

反盗版热线：(010)81055315

广告经营许可证：京东工商广登字20170147号

前言

可能你以前就知道我，也可能这是你头一次听说我，我先来做一个简单的自我介绍好了。我的网名是真·凤舞九天，当年作为一个化学、软件和画画都还挺不错的省重点高中的学生，我出乎全校人意料地在一本线以上的成绩下走了艺术生路线，考取北京电影学院并顺利毕业。我高考的时候化学拿到了满分，还当过两年百度贴吧化学吧的吧主。你问我为什么不选择化学？我觉得，如果我选择了化学专业，你就会问我相反的问题吧，毕竟我现在做得最多的还是视频内容哦！

高考结束那年，我创作了一段名叫《疯狂化学》的视频，作为我上大学之前“告别”化学学习的一个纪念发到了网上。结果视频出乎意料地火了，大家纷纷表示希望看到这个视频的续作。于是在接下来的两年内我又连续制作了《疯狂化学1.5》和《疯狂化学2：元素奇迹》两个片子，作品大受好评，后者更是一上线就在短短几小时内爬到了哔哩哔哩弹幕视频网（以下简称“B站”）的首页，拿下了全站播放日排行第17名的惊人成绩。接着，我便在人民邮电出版社出版了《疯狂化学》视频的同名图书。而除此以外，对于自己还想做什么，我开始考虑这么一个问题：

“有什么是我在中学阶段想要却没有的东西？”

“疯狂化学”系列歪打正着地把我引到了科普的道路上，想来想去，我的想法就又回到了自己喜欢的化学上。有多喜欢？大学四年学的东西和化学一点儿关系也没有，我却到现在都还清清楚楚地记着全部的定理和公式。在初高中阶段刚接触化学的时候，我就对它产生了浓厚的兴趣。化学是基于实验的学科，所以我总是渴望能做一些趣味化学小实验。除了在图书馆中能找到的书之外，想了解这样的内容也只有上网搜索了。然而我们能搜索到的实验数量寥寥无几，大多就是复制粘贴骗点击量的那种东西。更可怕的是，上传者并没有做过这些实验，甚至很可能看都看不懂，其中还包含一些极其危险并伴有巨大安全隐患的实验，对于初学者来说很可能造成致命后果。是真的“致命”！出了问题会直接造成重大伤亡的那种致命！

所以综合考虑，我打算做一些目的直指趣味实验的东西。

这几年为了做“疯狂化学”系列，我收集了大量的趣味实验。从网络上的到文献中的，从近几年的到近几十年的，从中文的到英文的，我觉得基本上已经找到了这个世界上所记录的大部分趣味化学实验。（截至该想法产生时，我所收集的趣味实验总数是221个，这个数字是由我所保存的电子表格告诉我的，而不是我瞎猜的哦！）然而每次我在做“疯狂化学”系列的新视频时，都会为视频选入最棒最惊人的内容，这就导致大量的趣味实验没能展现出来。这些实验就这样放弃了吗？当然不能！既然不能做发现者，那么我就来做传承者。干脆来把这些趣味实验都做一遍，然后新成立一个系列，不是也挺好吗？

想到就干，恰逢中国科学技术协会成立了科普中国项目，其中一部分内容的建设工作由新华网承接。我便在《疯狂化学》图书责任编辑的介绍下联系上了新华网这个项目的负责人，按部就班地开始制作了，这个系列便是“实验室的魔法日常”。从2016年7月9日起，每周我都会和新华网方面同步放两集视频上去，我负责发B站，而新华网则负责他们的渠道，如“科学原理一点通”微信公众号、微博以及腾讯视频等。截至本书出版，这个系列已经播出了120集，大家完全可以通过上面提到的渠道搜索哦！

对于“实验室的魔法日常”系列来说，我对它的定位非常明确：

1.有这么一个化学趣味实验；

2.这个实验是怎么操作的；

3.这个实验会产生怎样的效果。

这个系列的核心主线从未改变，而更为关键的是，所有的实验都是由我亲自动手，一步步地做出来的！所以，我在获得了较强的实验动手能力以外，还完全了解了每个实验的特点及注意事项。这一点比起那些只会复制粘贴的家伙可高到不知道哪里去了。

在“实验室的魔法日常”系列播出的过程中，一个很不意外的问题出现了，那就是这个系列视频的观众的知识水平参差不齐，而这个问题直接作用在了解说词的确定上。再加上视频正片的时间长度限制，很多实验知识讲得并不是很“通透”。而解决这个问题的最佳手段，就是撰写你现在拿在手上的这本书。

《疯狂化学》一书的定位是启蒙与欣赏，它里面有很多我和同学拍摄并精选的化学反应照片，适合为刚接触化学或者尚未接触过化学的人展现化学之美，提高他们对化学的兴趣，同时也适合化学发烧友收藏。而对于这本《实验室的魔法手册》，我在写作时关注的重点完全不同，我想让所有年龄段的读者都可以通过它学到或多或少的知识。

目的有了，但是该怎么写呢？把它写成一本实验报告汇编吗？这样的话就太枯燥了。如果用类似于《疯狂化学》的手法来写呢？又有点儿本末倒置了。所以，我最后干脆抛弃了之前想到的全部点子，转而采用了一种独特的方法，试图创造一个可以供你探索的开放世界。在这样的想法之下，我在这本书的内容创作上全情投入，将自己毕生所学倾力托出。在写作过程中，我自己也通过查找资料与思考学到了很多新的东西。除了写作与拍摄，这本书的排版也是由我来完成的。所以我就想，既然要把这本书做成开放性的，那么为什么不把排版也作为这本书的一个维度，来撑起这片天地呢？

作为一本以实验为主的书，这本书中包含的所有实验都可以作为单独的实验内容来看，这是第一个维度。不同于其他的文献类著作，这本书除了精美的实验照片以外，还有相关的文字来串起所有的实验，这是第二个维度。对于一些平行于正文或者相对难以理解的知识，我通过小文本框的形式将其安排在合适的位置，这是第三个维度。而专门针对初学者的每个实验的相关建议与警告，也都在醒目的位置有所标注，这是第四个维度。通过排版整合，这四个维度既相互独立又相得益彰，把一本平面的图书变成了一座立体的宫殿。当你打开这本书的时候，是不是觉得有些地方读不懂？没关系，就算直接跳过去，你所能学到的内容也是系统的。在这样的设计下，这本书可以作为你学习化学的长期课外读物，因为每当你的化学学习有了进展而再打开这本书的时候，都可以得到新的知识，产生新的想法。正如本书序章中的那句话，这本书就是一座迷宫，你可以直接走出去，也可以随着能力的提升不断探索这座迷宫中新的区域。

当然，下面是惯常的感谢话语。每一本书的出版都离不开各个方面的帮助，这本书也是一样。首先，感谢我的父母和家人能够理解我所做的事，并给予了大力的鼓励和支持，还有各个方面的帮助。其次，感谢协助我拍摄了本书部分图片的摄影师，也就是我的发小韩超。大家在这本书里看到的很多图片都是我一个人无法拍摄的，而这个得力的帮手就是他。接下来，感谢这本书的策划编辑韦毅，她也是我上一本书的责任编辑以及新华网相关项目的引荐人，可以说“实验室的魔法日常”系列的诞生离不开她的帮助。最后，感谢中国科学技术协会的科普中国项目以及新华网的相关项目的支持，特别感谢在新华网负责项目统筹工作的刘佳老师对这个项目的大力支持与帮助，谢谢你们！

中国的科普目前仍然处于成长阶段，而我很荣幸地成为了其中的一员，用我所了解的内容来传播更多的知识。这条路不是很好走，但如果我的作品真的能够帮助大家的话，我所做的就是有意义的。未来，我还会创作更多科普作品，希望大家能够继续支持我、关注我，在接下来的道路上一起努力、一路同行。

序章

最有“化学感”的东西莫过于这些实验中所用到的瓶瓶罐罐了，这便是本章章首页图片的主题。如果这本书讲述的是一个长长的、名为“化学”的故事，那么这里无疑就是这个故事的开始。

你需要知道的基础知识

嗨，大家好！欢迎来到这个充满趣味化学实验的世界。因为本书主打的是实验，所以这本书的受众定位略高于初学者，也就是说在尝试这本书的实验之前，你应该已经具备了一定的化学知识。如果你对化学还没有一个初步的了解，则可以看一看我为初学者所写的《疯狂化学》（已由人民邮电出版社出版），它将为你开启化学世界的第一道大门。

当然话说回来，知识还是可以补充的嘛，所以我打算在这本书最开始的序章里，给大家介绍一些最基本的化学知识。需要强调一点，一般学校开了化学课之后会用整整一本书讲述这些内容，而我把它们放在了几段之内进行简单说明。这毕竟不是教材，但这样的压缩也导致本章成了本书中知识密度最高的一章。所以，这里所提到的知识会以我的方式，最快、最适合初学者的方式去讲。如果你对化学已经有了一定的了解，大可扫一眼或干脆跳过本章；而对于初学者，请准备好经历一次化学知识的洗礼吧！

本书主要介绍的是趣味化学实验，首先我们自然要知道“化学”是什么。化学是一门研究物质的组成、性质、结构与变化的学科，它与我们的生活息息相关。化学是我们用以了解这个世界如何运转的途径之一，它的发展可以直接为我们的生活提供便利。具体一点，化学研究是如何进行的呢？我们来明确一下化学的研究范畴，区别一下纯净物和混合物。从初学者的角度来说，一般都听说过一个词——纯度。从这个角度来讲，如果一种物质的纯度达到100%，我们就说它是纯净物；而达不到且同时含有好多杂质的物质就是混合物。当然，有些物质本身就是混合物，这些我们先不考虑。我们在进行化学研究的时候所考虑的都是纯净物之间的反应，要是将一大堆乱七八糟的东西混在一起，怎么可能好好研究呢？

接着，我们来说说化学研究的主要对象。木炭能点燃，水可以喝，盐是咸的，药可以治病，这都是物质固有的性质。以木炭来说，大块的木炭可燃，小块的依旧可燃，那么如果我们将木炭越分越小，直到它能够保持可燃性的最小状态呢？这便是保持物质化学性质的最小粒子，我们称之为分子。将木炭点燃，会生成二氧化碳气体。二氧化碳分子是一种新的分子，它的性质和构成木炭的分子截然不同。这种变化就是化学变化，而在这个过程中，分子很明显地出现了解体和重排。我们假定分子还有更小的组成结构：原子。正是构成原来分子的原子经过重新组合，产生了新的分子。这个过程就是化学反应。而参与这个过程的分子与原子就是化学的主要研究对象。

在现代化学中，原子是由原子核和围绕原子核高速运动的电子构成的。在初学阶段，你可以先把它们想象成太阳系中太阳和行星的关系。继续细分的话，原子核又可以被分为质子和中子。不管中子和电子的数量如何，由于质子数相同的原子的性质是相同的，我们把质子数相同的粒子称为同种元素。

最后，我们来区分一下单质和化合物。如果一种纯净物的分子只由一种原子构成，它就是单质；如果一种纯净物的分子由两种或两种以上的原子构成，它就是化合物。

以上便是你要读懂这本书所需的最基础的化学知识：知道化学是什么，了解纯净物与混合物，原子、分子、元素以及单质与化合物的概念。如果你能轻松地掌握这些内容，那么欢迎你进入下面的环节。如果这些内容对你来说比较吃力的话，那么没关系，接受正规教材的完整启蒙教育之后，下面的内容也会给你带来意想不到的惊喜。

实验之前

既然这本书最主要的内容是各种趣味化学实验，那么接下来我们就来说说实验。这里提到的一些概念在后面大家尝试做实验的时候都会遇到，所以仔细阅读下面的内容吧。

首先，来区别一下定性实验与定量实验。我们进行实验是有目的的，定性实验的目的是确定物质的性质。比如石蕊遇到碱就会变蓝，这个过程没有确定的量，只要将二者放在一起就会发生变色，因为二者的性质如此。而定量实验的目的则是确定相关的数值，比如用已知浓度的溶液与未知浓度的另一种溶液反应，通过消耗的已知浓度的溶液的量来确定另一种溶液的浓度。本书中的实验大多数都为定性实验，因此很多实验并没有严格的浓度要求。既然几种反应物相遇就有效果，那么只要危险系数较小，同时几种反应物的量相差得不是特别大，实验用量这个问题也就没必要弄得那么精确了。

顺便一提，如无特殊要求，本书中所用到的水都必须是蒸馏水，自来水是不行的哦。举几个例子，你用自来水配置硝酸银溶液时会出现白色浑浊，配置硫酸亚铁溶液时会出现黄色浑浊，这种事情足以导致你的实验失败。做实验时用自来水的人通常是为了省事或者省钱，但是蒸馏水和化学试剂哪个贵，你自己的心里还没点数吗？

接下来说一说进行实验的场所……

警告

严禁在家中做化学实验

化学充满了魅力，正如这本书书名中的“魔法”二字一样，每一个实验都会像魔法一样给人带来惊喜。但事物具有两面性，在没有专业人员指导和专业设备防护时，如果出现事故的话，将可能是致命的。所以，就算我鼓励大家自己尝试去做化学实验，也绝对不能在家中进行。此外，你可以说对于要做的实验你已经查过相应资料，完全了解实验的细节。但是别忘了，事故之所以是事故，是因为它完全是意外发生的，你能确保事故发生时你依然具备相应的知识吗？所以，到你学校的实验室中做这些实验吧。有的学校的实验室不对学生开放，这可能是由一些特殊的事情导致的，我已经在本书所附的《致家长的一封信》中请你的家长去进行协商了。如果协商未果，那么希望你更加努力地进行相关的学习，考到一所有条件的学校后再来尝试做这些实验。总之，千万别在家中尝试，毕竟这种情况导致的事故案例已经够多了……

同样要在这里提到的是，做实验时请端正态度，不要抱着玩与炫耀的心态去做化学实验！你的异性朋友不一定喜欢化学实验，与其做实验还不如共进一顿浪漫的晚餐。同样，很多人喜欢想办法买一些剧毒品来收藏，或者查一些刑法所禁止的东西的制备方法去获得同学或者网络上的关注度，但这样除了让你早早地上当地警方的监控名单之外还有什么好处吗？然后更为常见一些的就是胡乱混合试剂，比如把实验做完之后的所有溶液倒在一起观察现象，等等。这么干的请回到本文一开始，看看化学研究的主要对象是混合物还是纯净物。抛开这点不谈，你不知道里面会发生什么反应，会不会有毒，会不会发生爆炸，以及之后该怎么处理。所以，这是一件非常危险的事。某知名院校的一位博士就曾经因为类似的情况失去了生命，只不过不同于单纯地混合试剂，他的悲剧源于正常操作下的一个小失误。

接下来，我们来说一说化学方程式。化学方程式是我们用于记录化学反应、描述反应过程的手段。通常来说，对于每个实验都能写出至少一个描述反应过程的化学方程式，比如：

NaOH+HCl=NaCl+H₂O

这个方程式描述了氢氧化钠与盐酸反应的过程，读作“氢氧化钠和氯化氢反应生成氯化钠和水”。等号左边的二者被称为反应物，等号右边的二者被称为生成物，这便是方程式最基本的写法。有的反应需要在一定的条件下才能发生，比如：

这时，我们会把条件写在等号的上面或下面。此外，在化学方程式中除了等号之外，有些反应在相同条件下是可逆的，被称为可逆反应。这个时候用可逆号，比如：

而如果在一个实验中，同样的反应物会有不同的反应方式，那么我们在写其中的一个方程式的时候会使用箭头，比如：

在研究过程中，化学方程式不仅能够记录反应本身，也会标明一定的数量关系，所有化学实验的相关数值都可以通过与实验相关的化学方程式进行计算。因此，这里我们来说一下实验中的一些相关计算。在部分实验中，我们会涉及对于中学阶段的很多学生来说一个非常难的部分——物质的量。让我来解读一下，帮你摆脱这个像噩梦一般的存在。深呼吸，我们开始。

分子非常非常小，仅一滴水中就有多达约1.67×10²¹个水分子，但其总质量只有约0.05g。显然，这非常不方便计算。对此我们采用的方式是用一个比值把它成倍放大。我们把一个碳-12原子质量的1/12定义为标准值，然后将其他的原子的质量和这个数值进行比较，得出一个相对于这一数值的量，而这个数值就被称为原子的相对原子质量。同理，将组成分子的原子所对应的相对原子质量按照实际个数加起来，就是分子的相对分子质量。这两者分别简称“原子量”和“分子量”，而这就是我们通过方程式进行计算时所需的重要手段。

然而在真正进行计算的时候，我们会发现，这种通过原子量或分子量进行的计算还是有些麻烦，因此“物质的量”应运而生。正如我们把两个（同种物体）叫作“一双”、12个（同种物体）叫作“一打”一样，有专门一个用来计量微粒数量的单位，称为摩尔，简称摩。6.02×10²³个同种微粒便是“一摩尔（1mol）”。摩尔仅可用于计量微粒数量，同时基于摩尔的单位定义，当使用g/mol为单位时，1mol任何物质所含的微粒质量总和在数值上等同于该物质的原子量或分子量，称之为对应物质的摩尔质量。举个例子，配制0.1mol/L的盐酸溶液，就说明每升这种溶液中要含有3.65g氯化氢，因为氯化氢的摩尔质量是36.5g/mol，那么0.1mol/L就相当于（0.1×36.5）g/L；同理，如果配制1mol/L的氢氧化钠溶液的话，就说明每升这种溶液要溶解40g氢氧化钠，因为氢氧化钠的摩尔质量为40g/mol，所以1mol/L就相当于（1×40）g/L。

对于各物质的摩尔质量的数值等同于其原子量或分子量的详细证明过程，在此不再赘述，有兴趣的读者可以自行学习，毕竟一般中学生把这个概念当作噩梦就是从这里开始的啊……

本书是一座迷宫，这座迷宫在建设之初就被设计成可以让任何水平的人通关的模样。随着你在不同阶段学习到不同的知识，获得不同的“能力”，你将会在这座迷宫中找到更多的“宝藏”。所以，在你学习化学的过程中，不断地翻开这本书吧，它将会一直是你学习化学的最好搭档。

常见实验器材

一般在正规的实验报告及文献中，每个实验所用到的器材都是规定好的。但在本书中，考虑到所有实验都是建立在兴趣的基础上的，一些实验室也可能会遇到器材不全的情况，因此正文部分的大多数实验均没有规定固定的器材，仅部分实验提到了特殊用品。在此，我们介绍部分定性实验的常规实验器材，供大家在后面的实验中根据具体情况自行进行选择。

实验所用的器材会根据不同的用途进行分类，首先介绍的是反应容器。

烧杯

烧杯是最为常见的反应容器之一，规格繁多，适合要用大量物质进行反应的情况。

试管

试管是常见的反应容器之一，适合少量物质进行反应的情况。最常见的规格为18×200和20×200（单位：mm），也有直径为30mm与32mm的较大的试管，这种试管又被称为硝化管。

锥形瓶

锥形瓶适合大量物质进行反应的情况，相对于烧杯，它具有较小的开口及收缩的瓶身，这种形状更加便于我们摇晃里面的物质。

三角烧杯

三角烧杯又叫收口烧杯或三角烧瓶，是一种非常规容器。这种容器介于烧杯与锥形瓶之间，同时具有大开口及便于摇晃的特点。

培养皿

培养皿分为盖和底两部分，在生物学相关实验中用于培养微生物和组织。严格来说，它不算反应容器，但是由于这种形状便于观察现象，它在本书的一些实验中也充当了反应容器。

烧瓶

烧瓶分为右侧的圆底烧瓶和左侧的平底烧瓶两种，区别就在于其名称字面意思上的圆底和平底。圆形容器都具有有效分散压力或热量的特性，相对来说，圆底烧瓶较适合通过石棉网或电热套加热、煮沸液体，因此多用于有机合成实验，而平底烧瓶更容易放置在桌面上，通常不用于加热液体。

点滴板

瓷质或玻璃质，有黑白两色，用于反应物的量极少的实验，便于我们较为清晰地观察到反应中的变色现象与沉淀的生成。

蒸发皿

蒸发皿为瓷质容器，用于蒸发液体，可以直接用火加热，但火焰温度不能太高，因为巨大的温差可能造成容器炸裂。

坩埚

坩埚用于灼烧物质，带盖，有多种材质可供选择，常见的有瓷质和铁质的，根据不同用途还有镍质、石英质和铂质的。

燃烧匙

燃烧匙多为铜质的，用于可燃性固体的燃烧实验。

化学实验都比较精确，因此一些用于称量试剂的器材也是必不可少的。

量筒

量筒是最常用的液体体积测量用具，有不同规格可供选择，对应的误差范围也会有所变化。

量杯

量杯是一种液体体积测量用具，其下小上大的形状特征导致刻度不均匀，因此较量筒而言，量杯的准确度很低，现在已经用得不多了。

砝码

砝码是称量时所使用的标准质量量具，使用耐腐蚀金属制成。砝码在使用的时候需要使用专用的镊子夹取，不能用手直接接触，因为手上的油脂与汗液会对砝码造成腐蚀，从而导致其质量产生差异。

托盘天平

托盘天平又称架盘天平，是最常见的称量用具之一，一般用于固体试剂的称量。右图所示的托盘天平的精度为0.1g。使用时，将被称量物质放于左盘，砝码放于右盘，通过调节游码使两边平衡，从而获得测量结果。

电子秤

电子秤具有较快的速度和较高的精度，因此在很多实验室中，这些电子秤正在逐步取代传统称量器具。左图中的小型电子秤俗称“珠宝秤”，它携带方便，并且具有0~200g的量程和0.01g的精度，足够满足众多简单化学实验的要求。

最后来说一说辅助工具。这一系列工具都是帮助实验完成的器具，在特定的情况下发挥其必要的作用。它们可以在实验过程中用于支撑、加热、搅拌、研磨等，可以辅助操作，也可以提供一些必要的反应条件。

酒精灯

酒精灯是一种以无水乙醇为燃料的加热装置，是一般实验室中最常见的加热工具，其火焰温度可达到400~600℃，足以满足一般实验中的加热需求。

滴管（胶头滴管）

滴管用于少量液体的滴加操作，分为长、短两种规格。

玻璃棒

玻璃棒用于液体的搅拌、引流以及固体的混合等操作。

漏斗

同日常生活中的漏斗一样，可以用于液体的倾倒，常见的过滤操作也会用到漏斗。另外，考虑到其开口较大，因此在一些实验中也会用于有害尾气的吸收。

表面皿

表面皿是具有弧形底部的圆形玻璃器具，一般用于盛放固体试剂，以及作为临时烧杯盖防止灰尘进入。

研钵

研钵用于将块状固体研碎。

药匙

药匙用于固体试剂的取用，常见的有塑料和不锈钢材质的，分为大、中、小3个型号。

镊子

镊子可以用于取用块状固体试剂，其细长的形状也可以用于进行一些实验中的特殊操作。

坩埚钳

坩埚钳有不同大小，主要用来夹持坩埚，在处理一些灼热物品时也非常有用。

温度计

温度计用于测量温度，常见的有红水（即煤油）和水银的两种，二者具有不同的量程。

止沸珠

这是一种特制的小玻璃球，可以有效防止加热时液体沸腾冒出试管的情况。

铁架台

铁架台是实验中的常用支撑物之一，由很重的铁质基座和一根竖直的铁杆组成，根据特定情况与右侧所示的几种零件组合使用。

十字夹

十字架用于在铁架台上以垂直于铁杆的角度固定其他物件。

铁圈

铁圈固定在铁架台上，用于承载其他器具（如烧杯、烧瓶、锥形瓶等），也可以垫上石棉网进行加热。

铁夹

铁夹固定在铁架台上，用于夹持其他器具，如试管、烧瓶等。

三脚架

三脚架是实验中的常用支撑物之一，可以看作仅有一个铁圈的小型铁架台。在一些简单的实验中，这个小家伙可是相当有用的哦！

试管夹

试管夹通常为木质，用于夹持试管。在加热试管或试管内进行的反应放热时，直接手持试管可能造成危险，这时就要用到试管夹了。

石棉网

石棉可以分散热量，因此在加热烧杯等较大容器的时候，石棉网可以有效防止受热不均导致的炸裂。

泥三角

小坩埚的直径远远小于铁圈或三脚架，因此我们用泥三角进行辅助以确保用到小坩埚的实验能够顺利进行。

广口瓶、细口瓶与滴瓶

这3类玻璃容器用于盛放不同的试剂，有无色与棕色（俗称白色与茶色）两种颜色和多种规格。其中，广口瓶的开口较大，易于取用，通常用于盛放粉末或块状固体试剂；细口瓶的瓶口较小，可延缓物质挥发，通常用于盛放液体。滴瓶相当于一个带滴管的细口瓶，因此多用于盛放经常用到滴管的液体，比如指示剂。此外，相对于无色瓶，棕色玻璃瓶可以起到避光的作用，可用于盛放易挥发试剂及其相关溶液。

比色管

顾名思义，比色管是用来比较溶液颜色的特殊器皿。使用时，通过肉眼对溶液与标准颜色卡进行对比，判断差异。比色管有着特定的规格，因此在相同规格的比色管中相同浓度的有色溶液会具有相同的颜色。

塑料洗瓶

塑料洗瓶中通常装有蒸馏水，可通过挤压瓶身让蒸馏水从顶部的尖嘴喷出。塑料洗瓶一般用于实验前洗濯器皿，也可作为蒸馏水的储存容器。

分液漏斗

分液漏斗是具有盖子和控制阀门（活塞）的特殊漏斗，有球形（见右图）、梨形和筒形等常见规格，用于萃取后的分液操作。此外，根据其构造，该装置也可以用于在反应中操纵液体的滴落量，从而起到控制反应速率的作用。

胶塞

胶塞的规格众多，用于密封各种容器，需要时可用专用工具打孔。

容量瓶

容量瓶用于精确配置特定浓度的溶液，有着非常严格的使用规范，是定量分析过程中必备的重要器皿。

冷凝管

冷凝管分为直形、球形和蛇形3种，分内外两层，外层循环冷凝水，内层可将蒸气迅速冷凝成液体。

索氏提取器

索氏提取器又称脂肪提取器，简称索提，是有机化学实验中的重要装置之一，常与电热套搭配使用。右图所示为整个索氏提取器的3个部分，左起依次为提取瓶、提取管和冷凝管，而左图为索氏提取器3个部分组合好的样子。索氏提取器一般用于有机实验中的回流提取，将滤纸与待提取样品装入提取管，将目标提取物所对应的溶剂装入提取瓶，确保气密性良好之后为冷凝管接通冷凝水，并对提取瓶进行持续加热，这时的溶剂就会经过蒸发—冷凝—浸出—虹吸回流的过程，对样品中的目标提取物进行反复提取。

色彩

颜料不只是画家的专利，自人类伊始，我们从自然界中找寻艳丽颜色的脚步就没有停止过。而几千年后，谁能想到本章章首页图中的这些矿物颜料的颜色也会和它们的化学组成息息相关呢？

这是一个多彩的世界

每天，我们都会看到大量的颜色。在这个过程中，光照在物体上，经由物体传递给我们的眼睛，然后大脑就可以知道这是一幅怎样的景象了。因此，光是色彩的源头，而色彩是基于光的客观存在。我们之所以看到不同颜色的东西，是因为我们的眼睛接收了这些东西反射出的不同颜色的光。

可见光下的世界

在开始谈论这个话题之前，我们先来说说可见光是什么。光的本质是电磁波，而波长为390~760nm的电磁波可以引起我们的视觉成像，因此这部分电磁波被称为可见光。以不透明物体为例，当一束光照在物体表面的时候，物体会吸收其他颜色的光，只反射某种特定颜色的光。这样，我们便看到了这个物体的颜色。比如太阳光照在一个蓝色物体上，那么这个物体就会吸收除蓝光以外的所有光，只将蓝光反射出来，因此我们看到的这个物体就是蓝色的。再比如，一束红光照在一个绿色物体上，你会看到这个物体是黑色的，因为并没有绿光让它反射。这也就不难想象，物体呈现白色是因为反射了所有颜色的光，而物体呈现黑色则是因为吸收了所有颜色的光。这便是世界上不同物体的色彩来源。

然而这个答案并不完整，它的确解释了一个东西为什么会有颜色，却不能解释光源的颜色。如果一个光源本身就发出了带有颜色的光，那么这又该如何解释呢？这个问题的答案要从物质的微观层面上找寻。

反射与透射

光在和物体接触后会出现两种情况：如果光在物体表面发生了反弹，那么我们称之为反射；如果光穿过了物体，那么我们称之为透射。就是这两种不同的传播方式决定了物体是透明的还是不透明的。而对于颜色，这里的解释和正文中是一样的。

另外，相对于透射来说，大家更熟悉的一个词是折射。折射考虑的是光从一种介质射入另一种介质时发生偏折的过程，而透射考虑的则是光穿过物体的过程。顺带一提，对于透射有一个比较有趣的小实验：如果你用强光手电筒照射你的手指，你就会看到光透过你的指头将它整个都照亮了——但是看不见骨头！这便是透射干的好事。光在你的皮肤下面发生了漫透射，从而绕过了中间不透明的骨头，使得这里的骨头好像隐身了一样。

实验

彩虹溶液

本实验的目的是用可以使用的试剂尽可能多地配出不同颜色的溶液，因此并没有一个标准的做法，本文中所提供的方案仅供参考。在这个实验中，你可以通过试剂本身的颜色以及存在变色过程的化学反应等手段来达到目的，因此本实验可以说是对你已经掌握的化学知识的一次总结及活用。

【试剂】

氯化钴、柠檬酸铁铵、重铬酸钾、铬酸钾、三氯化铁、氯化镍、硫酸铜、高锰酸钾、氯化钠、硫氰化钾、乙二胺。

【步骤】

1.将氯化钴、柠檬酸铁铵、重铬酸钾、三氯化铁、铬酸钾、氯化镍、硫酸铜、高锰酸钾分别配成溶液，然后将其倒入不同的容器中。

2.用三氯化铁和硫氰化钾反应生成红色溶液（颜色较深，视情况对其进行稀释），用氯化钠和硫酸铜反应生成黄绿色溶液，用硫酸铜和乙二胺反应生成蓝紫色溶液，然后将它们倒入不同的容器中。

【原理】

对于不同物质有不同颜色这个问题在本节正文部分中进行了解释，在此不再赘述。

实验中涉及的3个反应生成的都是配合物，分别如下。

三氯化铁与硫氰化钾反应生成硫氰根合铁离子，该配合物溶液从稀到浓会呈现橙黄到血红的颜色变化：

Fe³⁺+6SCN^-=[Fe（SCN）₆]^3-

氯化钠与硫酸铜反应会生成黄色的四氯合铜酸根离子，这种离子与蓝色的铜离子混合后会出现绿色，同时这两种离子的比例不同，绿色的色彩倾向也会有所变化：

4Cl^-+Cu²⁺=[CuCl₄]^2-

硫酸铜和乙二胺反应会生成蓝紫色的二乙二胺合铜离子：

Cu²⁺+2NH₂CH₂CH₂NH₂

=[Cu（NH₂CH₂CH₂NH₂）₂]²⁺

原子是由原子核和围绕其高速运动的电子构成的，而每个电子都有着固定的轨道。对于电子来说，如果它们具有的能量不同，所处的轨道就会不一样。电子在获得或失去能量的时候，会相应地在不同的轨道之间进行切换，这个过程称为“电子跃迁”。而电子在同样的两个轨道之间跳来跳去时，其吸收或释放的能量也是一定的。电子向高能级轨道跃迁时需要吸收能量，而向低能级轨道跃迁的话，自然就要放出能量。电子跃迁时释放的能量也是电磁波，所以在电子发生跃迁的时候，如果电磁波的波长处于可见光的范围内，产生的就是对应颜色的可见光了。这便是前文提到的光源能直接发出有色光的原因。

回过头再来看本节最前面关于物体颜色的解释。光是电磁波，而电磁波也是电子可以用来进行跃迁的能量之一。对于不同的物质来说，电子跃迁时所吸收的能量是一定的，那么如果这部分能量恰巧来自可见光，对应的不正是前文解释中所提到的吸收了特定颜色的光吗？物质之所以“吸收”掉特定颜色的光，就是由于这部分特定的光被用于电子跃迁了，而剩下的没法直接利用的光自然会被反射回来。

注：此处使用的原子模型为行星模型。

看到这，你可能会有疑问了。有吸收肯定有释放啊，既然电子向同一个能级跃迁过去以及跃迁回来所吸收和释放的能量是一样的，那么为什么它在释放能量的时候没有把吸收的光再放出来呢？别忘了，可供电子跃迁的轨道不止一条，所以物质吸收可见光而放出不可见光也是很正常的。

对于一般物质来说，保持其性质的最小微粒是分子。分子中的电子并不局限于单个原子周围，而是将分子作为一个整体来围绕其运动。所以在这种情况下，分子一般与组成它的每个原子对应的单质的颜色都不同，从而呈现出特定的色彩。这样来看，在化学反应中，既然分子发生了变化，那么出现变色的现象也就没那么出人意料了。

实验

铜与钴的结晶水

【试剂】

硫酸铜、氯化钴。

【步骤】

1.将蓝色的五水硫酸铜放入蒸发皿中，用酒精灯加热，不一会儿就会看到有水出现。随着水分的蒸发，蓝色的硫酸铜开始变白。在白色的硫酸铜上喷一些水或直接将其倒进水里，可见蓝色又重新出现了。

2.将粉色的六水氯化钴放入蒸发皿中，用酒精灯加热，不一会儿就会看到有水出现。随着水分的蒸发，粉色的氯化钴逐渐变蓝。在变蓝的氯化钴上喷一些水或直接将其倒进水里，可见粉色又重新出现了。

【原理】

实际上不管是我们平常看到的固体还是溶液中的蓝色铜离子都不是单纯的铜离子Cu²⁺，而是水合铜离子[Cu（H₂O）₄]²⁺。当我们加热的时候，结晶水从分子里被蒸发了出来，因此留下了纯白的、没有一点水的铜离子Cu²⁺。而稍加一点水，蓝色的水合铜离子就又回来了。由于硫酸铜的这个特性比较灵敏，因此常在实验中用无水硫酸铜来检测水是否存在。同样，氯化钴中的钴离子也是一样的，在失水时变蓝，在含水时变粉。如左图所示，我们在实验室中用来吸水的变色硅胶就是在里面添加了一定量的钴盐，从而方便我们确定硅胶的吸水状态。

实验

晴雨花

【试剂】

氯化钴。

【步骤】

1.用50g氯化钴加水配成200ml浓溶液，待用。

2.用方形滤纸折一朵小花，然后在第一步配制的溶液中浸泡，之后取出晾干即可。或者，将滤纸浸泡、晾干之后再折纸花也可以，只不过这样的话要尽可能避免双手直接接触滤纸。

网上折纸花的教程非常多，在这里就不说了，因为这并不是这个实验的重点。

【原理】

在上一个实验的原理中我们说到了钴离子会在含有不同数量的结晶水时呈现不同的颜色，而本实验就是基于这一点衍生出来的。湿度与天气有着密不可分的联系，而这个实验中氯化钴所含结晶水的数量直接与空气的湿度有关。湿度越大，结晶水的含量越高，颜色趋粉；湿度越小，结晶水的含量越低，颜色趋蓝。这也就间接指示了天气状况。

红外线

红外线也是一种比较常见的电磁波，它的波长范围是760nm~1mm。和紫外线一样，红外线也是肉眼不可见的，但它可以通过其他方式被我们很容易地感受到。红外线最大的作用就是传递热量，比如说太阳或者火的热量就是通过红外线传递过来的。这种传递方式就是所谓的热辐射，因此红外线也被称为热射线。事实上，红外线在我们的身边无处不在，所有温度高于绝对零度的物质都会产生红外线。为什么会这样呢？想想前面关于电子跃迁的描述就不难猜到，这些红外线正是高能级的电子在跃迁时释放出的能量。上图为一张红外线摄影照片，这是我们用可见的颜色为探测到的不同强度的红外线染色得到的，可以给人一种最直接的热辐射强弱的感受。

紫外光下的世界

我们根据电磁波波长的不同将它们分成了7类，而在这之中除了可见光之外，我们在日常生活中经常提及的微波、红外线和紫外线也都属于电磁波这个大家族。其中，我们把波长为10~400nm的电磁波称为紫外线。由于电磁波等同于广义的光，所以紫外线也被称为紫外光。用于发射紫外线的灯叫黑光灯或紫外光灯。需要注意的是，紫外线有着极高的能量，高到可以直接伤害人体，轻则晒伤，重则致癌，所以在实验过程中一定要尽可能避免高强度紫外线的直接照射。而另一方面，既然它具有这么高的能量，它就一定可以激发某些物质，让它们呈现出我们平常看不到的一面。背景图中是经过特殊处理的花（见下一个实验），它们在可见光（本页图）和紫外光（上图）下呈现了不同的效果。

实验

紫外荧光花

【器材】

紫外光灯。

【试剂】

荧光素钠。

【步骤】

1.将荧光素钠用水配成溶液（在配制过程中要小心，不要将其弄到手上或者溅出来，因为这些东西较难清理）。

2.找几枝花（浅色的玫瑰、康乃馨或者百合），将它们的花枝放到溶液中养起来。1~2天之后，你会看到花朵的导管中出现了对应溶液的颜色。

3.在暗处将这些花朵放在紫外光下照射，你就会看到花朵表面出现了黄绿色荧光。

【原理】

荧光素钠是一种常见的荧光染料，在紫外光下会被激发，发出黄色的光。用含这种物质的溶液养花，花会通过植物本身的蒸腾作用吸入这种物质。所以，当我们用紫外光对其照射的时候，由于荧光素钠的存在，自然会出现花朵本身发光的现象。