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第四部分 无机化合物制备实验

第四部分 无机化合物制备实验. 实验二十三   KMnO 4 的制备. 实验目的：学习碱熔法由二氧化锰制备高锰酸钾的基本原理和操作方法。 熟悉熔融、浸取。巩固过滤、结晶和重结晶等基本操作。 实验学时： 4 学时 基本操作： 1. 固体的溶解、过滤、蒸发、结晶 ; 2. 启普发生器的安装和调试。 实验仪器设备：铁坩埚、启普发生器、坩埚钳、泥三角、布氏漏斗、烘箱、 蒸发皿.

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第四部分 无机化合物制备实验

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Presentation Transcript

  1. 第四部分无机化合物制备实验

  2. 实验二十三   KMnO4的制备

  3. 实验目的：学习碱熔法由二氧化锰制备高锰酸钾的基本原理和操作方法。熟悉熔融、浸取。巩固过滤、结晶和重结晶等基本操作。实验学时：4学时 基本操作：1. 固体的溶解、过滤、蒸发、结晶; 2. 启普发生器的安装和调试。实验仪器设备：铁坩埚、启普发生器、坩埚钳、泥三角、布氏漏斗、烘箱、蒸发皿

  4. 实验内容及方法：原理：3MnO2＋KClO3＋6KOH ═ 3K2MnO4＋KCl＋3H2O 3K2MnO4＋2CO2 → 2KMnO4＋MnO2↓＋2K2CO3内容：1. 二氧化锰的熔化氧化;2. 浸取; 3. 锰酸钾的歧化;4. 滤液的蒸发结晶;5. 高锰酸钾晶体的干燥

  5. 实验二十四 碱式碳酸铜的制备

  6. 实验内容及方法： 原理：2CuSO4＋2Na2CO3＋H2O ═ Cu2(OH)2CO3↓＋2Na2SO4＋CO2内容：1. 配制反应物溶液2. 制备反应条件的探求（反应物配比及反应温度）3. 碱式碳酸铜的制备

  7. 实验目的： 通过碱式碳酸铜制备条件的探求和生成物颜色、状态的分析，研究反应物的合理配料比并确定反应合适的温度条件，以培养独立设计实验的能力。实验学时：4学时 基本操作：水浴加热实验仪器设备：试管、烧杯、恒温水浴、布氏漏斗、吸滤瓶、台秤（所需仪器、药品、材料由学生自行列出清单，经老师同意即可进行实验）

  8. 实验二十五   一种钴（Ⅲ）配合物的制备

  9. 实验目的： 掌握制备金属配合物常用的方法——水溶液中的取代反应和氧化还原反应； 掌握电导仪的使用以及通过电导仪测电导率确定化学式所含离子数的方法实验学时：4学时 基本操作：1. 试剂的取用; 2. 水浴加热; 3. 试样的过滤、洗涤、干燥; 4. 电导率仪的使用。

  10. 主要实验仪器设备：电导率仪，参见实验10实验内容及方法：1 制备钴（III）配合物（利用水溶液中的取代反应和氧化还原反应）2 组成的初步推断

  11. 实验二十六   硫酸亚铁铵的制备

  12. 实验目的学习复盐的制备及性质巩固无机制备基本操作，了解微型实验方法与操作实验原理硫酸亚铁铵（NH4）2Fe(SO4)2·6H2O, 俗称莫尔盐，为浅蓝绿色单斜晶体，易溶于水，难溶于酒精。在空气中比亚铁盐稳定，不易被氧化，可做氧化还原滴定法中的基准物。

  13. 常用的制备方法 用铁与稀硫酸作用制得硫酸亚铁，再用FeSO4与(NH4)2SO4水溶液中等物质的量相互作用，由于复盐的溶解度比单盐要小，因此经冷却后复盐在水溶液中首先结晶，形成(NH4)2FeSO4·6H2O复盐试剂与器材试剂 铁屑，10%Na2CO3, 3mol·L-1H2SO4,(NH4)2SO4(s)。

  14. 器材 微型锥形瓶（15mL），烧杯（15mL），抽滤瓶（口径19mm，容积20mL），布氏漏斗（20mm，19mm），吸球，蒸发皿（10mL），锥形瓶，烧杯，抽滤瓶，布氏漏斗，蒸发皿等实验方法（1）碎铁片的准备 用台秤称取4.0g铁屑，放入150mL锥形瓶中，加入20mL10%Na2CO3 , 加热煮沸除去油污。倾去碱液，用水洗至铁屑为中性

  15. （2）FeSO4溶液的制备 在上述锥形瓶内，加入20mL 3mol·L-1H2SO4，在水浴中加热约30min，加热过程中可补充水分，防止结晶析出，然后趁热过滤，分别用2mL 3mol·L-1H2SO4和少量蒸馏水洗涤。滤液转移至蒸发皿中。（3）硫酸亚铁铵的制备 在上述FeSO4溶液中加入9.5g化学纯硫酸铵，用小火加热至溶解，继续加热蒸发浓缩至表面出现晶膜为止，冷却，结晶， 抽滤，称量计算产率。

  16. （4）微型实验 称取铁屑0.5g于15mL微型锥形瓶中；加入3mL10%Na2CO3，加热去油，然后用蒸馏水洗净，加入2.5mL 3mol·L-1H2SO4，在水浴中加热5min，使反应完全，用微型布氏漏斗，吸球抽滤，依次用0.3mL 3mo·L-1H2SO4，几滴蒸馏水洗涤，滤液转移至微型蒸发皿中，加入1.2g化学纯硫酸铵，加热溶解并蒸发出现晶膜、冷却结晶、抽滤称量、计算产率。

  17. 思考题在制备FeSO4时，为什么开始时Fe过量，并用水浴加热？后又需将溶液调节至强酸性？2．  试比较微型实验与常规实验的利弊？

  18. 实验二十七    三草酸和铁（Ⅲ）酸钾的制备和性质

  19. 一、实验目的： 1、了解三草酸合铁（III）酸钾的制备方法及实验原理 2、掌握三草酸合铁（III）酸钾的性质 3、巩固冷却、结晶、重结晶、洗涤、干燥等基本操作 4、了解感光液、感光纸的简单制备

  20. 二、实验原理： 首先由硫酸亚铁铵与草酸反应制备草酸亚铁： （NH4）2Fe（SO4）2·6H2O+H2C2O4 →FeC2O4·2H2O↓ +（NH4）2SO4+H2SO4+4H2O 然后在过量草酸根存在下，用过氧化氢氧化草酸亚铁可得到三草酸合铁（III）酸钾，同时有氢氧化铁生成： 6FeC2O4·2H2O+3H2O2+6 K2C2O4→K3[Fe（C2O4）3]+2 Fe（OH）3↓+12H2O

  21. 加入过量草酸可使氢氧化铁转化为三草酸合铁（III）酸钾配合物：2Fe（OH）3+3 H2C2O4+3K2C2O4→ 2K3[Fe（C2O4）3] ·3H2O 再加入乙醇，放置即可析出产物的结晶。总反应式： 2FeC2O4·2H2O+H2O2+H2C2O4+3K2C2O4→ 2K3[Fe（C2O4）3] ·3H2O

  22. 三、基本操作: 冷却、结晶、重结晶、洗涤、干燥 四、实验内容： （一）三草酸合铁（III）酸钾的制备 （二）性质实验 五、教学提示： 本实验的重点：了解三草酸合铁（III）酸钾的制备方法和性质；理解制备过程中化学平衡原理的应用。 本实验的难点：掌握水溶液制备无机物的一般方法；练习溶解、沉淀、沉淀洗涤、离心分离、过滤、浓缩等基本操作。

  23. 实验二十八    硫代硫酸钠的制备

  24. 实验目的：掌握用亚硫酸钠制备硫代硫酸钠的方法，进一步熟悉布氏漏斗抽滤的操作实验学时：4学时 基本操作：1. 气体的发生、收集和净化; 2. 回流操作。实验仪器设备：烧杯、表面皿、布氏漏斗、烘箱 实验内容及方法：原理：Na2SO3＋S ═ Na2S2O3内容：1. 硫代硫酸钠的制备; 2. 产品的鉴定

  25. 实验二十九    硫酸四氨合铜（Ⅱ） 的制备

  26. [实验步骤]  称2.5g自制的CuSO4·5H2O溶于3.5cm3水中,加入5cm3浓氨水,溶解后过滤.将滤液转入烧杯中,沿烧杯壁 慢慢滴加8.5cm3 95%乙醇,盖上表面皿,静置.晶体析出后过滤,晶体用乙醇与浓氨水的混合液洗涤,再用 乙醇与乙醚的混合液淋洗,室温干燥,称量.观察晶体的颜色,形状.【附注】1. Na2S2O3溶液(0.1mol·dm-3)的配制与标定参见定量分析部分

  27. 2. 指示剂淀粉不能加入太早,因滴定反应中产生大量CuI沉淀,淀粉与I2过早形成蓝色配合物,大量I3-被吸附,终点颜色呈较深的灰色,不好观察.加入KSCN(或NH4SCN) 不能太早,而且加入后要剧烈摇动,有利于沉淀的转化和释放出吸附的I3-.

  28. 实验三十 磺基水杨酸铜配合物组成 和稳定常数的测定

  29. 实验目的 • 了解光度法测定溶液中配合物组成及稳定常数的原理。 • 2.练习分光光度计的使用。

  30. 实验原理 • 设中心离子M与配位体L能发生配位反应： M + nL ⇌ MLn • 如果M和L在溶液中都是无色的，或者对我们所选定的波长的光不吸收，而所形成的配合物是有色的，而且在一定条件下只生成这一种配合物，那么根据朗伯－比耳定律，溶液的吸光度就与该配合物的浓度成正比。在此前提条件下，便可从测得的吸光度来求出该配合物的组成和稳定常数。本实验采用等摩尔系列法进行测定。 • 为了测定配合物MLn的组成，可用其物质的量浓度相等的M溶液和L溶液配成一个系列，其中M和L的总物质的量不变但两者的物质的量分数连续变化的混合溶液。测定它们的吸光度，作吸光度－组成图。与吸光度极大值(即溶液对光的吸收最大)相对应的溶液的组成，便是配合物的组成。例如，

  31. 如果在系列混合溶液中，其配位体的物质的量分数XL为0.5的溶液的吸光度最大，那么在此溶液中L与M的物质的量之比为1︰1，因而配合物的组成也就是1︰1，即形成ML配合物。 从吸光度—组成图可以看得清楚，在极大值B左边的所有溶液中，对于形成ML配合物来说，M离子是过量的，配合物的浓度由L决定。这些溶液中XL都小于0.5，所以它们形成的配合物ML的浓度也都小于与极大值B相对应的溶液，因而其吸光度也都小于B。处于极大值B右边的所有溶液中，L是过量的，配合物的浓度由M决定，而这些溶液的 XM也都小于 0.5，因而形成的 ML的浓度也都小于与极大值B相对应的溶液，所以只有在XL＝XM＝0.5的溶液中，也就是其组成(M︰L)与配合物组成相一致的溶液中，配合物浓度最大，因而吸光度也最大。

  32. 用等摩尔系列法还可求算配合物的稳定常数。在吸光度—组成图中，在极大值两侧其中M或L过量较多的溶液，配合物的离解度都很小(为什么？)，所以吸光度与溶液组成(或配合物浓度)几乎成直线关系。但是当 XM和XL之比较接近于配合物组成的时候，也就是当两者过量都不多的时候，形成的配合物的离解度相对来说就比较大了，在此区域内曲线出现了近乎平坦的部分。吸光度－组成图中的A为曲线两侧直线部分的延长线交点，它相当于假定配合物完全不离解时的吸光度的极大值A1，而B则为实验测得的吸光度的极大值A2。显然配合物的离解度越大，则A1－A2差值越大，所以对于配位平衡 M + L ⇌ ML 来说

  33. 其离解度α为： • 平衡常数K f为： • c为与A(或B)点相对应的溶液中M离子的总物质的量浓度。将α值代入式中便可求得Kf值。

  34. 仪器和试剂 (一)仪器 分光光度计1台(公用) 、数字酸度计、容量瓶(50mL)、烧杯(50mL)、酸式滴定管（50mL）、电磁搅拌器、温度计。 (二)试剂Cu(NO3)2（0.05mol·L－1）、磺基水杨酸（0.05mol·L－1）、NaOH（0.1mol·L－1、1mol·L－1、KNO3（0.1mol·L－1）、HNO3（0.01mol·L－1）。

  35. 实验内容 1．按等摩尔系列法，用 0.05mol·L-1Cu(NO3)2溶液和0.05mol·L-1磺基水杨酸溶液，在9个50mL烧杯中依下表所列体积比配制混合溶液（用滴定管量取溶液）。 2．依次在每号混合液中插入电极与酸度计连接。在电磁搅拌器搅拌下，慢慢滴加1mol·L-1NaOH溶液以调节pH为4左右，然后改用0.05 mol·L-1NaOH溶液以调节 pH在4.5～5之间（此时溶液的颜色为黄绿色，不应有沉淀产生，若有沉淀产生，说明pH值过高，Cu2＋离子已水解）。若pH值超过5，则可用0.01mol·L-1HNO3溶液调回，各号溶液均应在 pH4.5～5之间有统一的确定值。溶液的总体积不得超过50mL。

  36. 将调好pH的溶液分别转移到预先编有号码的干净的50mL容量瓶中，用pH为5的0.1mol·L-1KNO3溶液稀释至标线，摇匀。 3．在波长为440nm条件下，用分光光度计分别测定每号混合溶液的吸光度，记入表中。

  37. 记录和结果

  38. 以吸光度A为纵坐标，配位体物质的量分数XL为横坐标，作A－XL图，求CuLn的配位体数目n和配合物的稳定常数K f。

  39. 注释 1.硝酸铜和磺基水杨酸均用0.1mol·L-1KNO3配制，事先由实验员进行标定。 2.本实验是测Cu2+与横基水杨酸HO3SC6H3(OH)CO2H，以H3R代表形成的配合物的组成和稳定常数。Cu2+与磺基水杨酸在 pH＝5左右形成1︰1配合物，溶液显亮绿色；pH=8.5以上形成1︰2配合物，溶液显深绿色。我们是在pH＝4.5～5溶液中选用波长为440nm的单色光进行测定，在此实验条件下，磺基水杨酸不吸收，Cu2+离子也几乎不吸收，形成的配合物则有一定的吸收。

  40. 思考题 1.如果溶液中同时有几种不同组成的有色配合物存在，能否用本实验方法测定它们组成和稳定常数？ 2.使用分光光度计应注意的事项有哪些？

  41. 实验三十一 明矾[KAl(SO4)2·12H2O] 的制备

  42. 实验目的 • 了解明矾的制备方法； • 认识铝和氢氧化铝的两性； • 练习和掌握溶解、过滤、结晶以及沉淀的转移和洗涤等无机制备中常用的基本操作和测量产品熔点的方法。

  43. 实验原理 • 铝屑溶于浓氢氧化钠溶液，可生成可溶性的四羟基合铝(Ⅲ)酸钠Na[Al(OH)4]，再用稀H2SO4调节溶液的pH值，将其转化为氢氧化铝，使氢氧化铝溶于硫酸生成硫酸铝。硫酸铝能同碱金属硫酸盐如硫酸钾在水溶液中结合成一类在水中溶解度较小的同晶的复盐，此复盐称为明矾[KAl(SO4)2·12H2O]。当冷却溶液时，明矾则以大块晶体结晶出来。 • 制备中的化学反应如下： • 2Al + 2NaOH + 6H2O === 2Na[Al(OH)4] + 3H2↑ • 2Na[Al(OH)4] + H2SO4 === 2Al(OH)3↓ + Na2SO4 + 2H2O • 2Al(OH)3 + 3H2SO4 === Al2(SO4)3 + 6H2O • Al2(SO4)3 + K2SO4 + 24H2O === 2KAl(SO4)2·12H2O

  44. 仪器试剂 • 烧杯，量筒，普通漏斗，布氏漏斗，抽滤瓶、表面皿，蒸发皿，酒精灯，台秤，毛细管，提勒管等。 • H2SO4(3mol·L-1)，NaOH(s)，K2SO4(s)，铝屑，pH试纸(1~14)。

  45. 实验步骤 • 制备Na[Al(OH)4]：在台秤上用表面皿快速称取固体氢氧化钠2g，迅速将其转移至250mL的烧杯中，加40mL水温热溶解。称量1g铝屑，切碎，分次放入溶液中。将烧杯置于热水浴中加热（反应激烈，防止溅出！)。反应完毕后，趁热用普通漏斗过滤。 • 氢氧化铝的生成和洗涤：在上述四羟基合铝酸钠溶液中加入8mL左右的 3mol·L-1H2SO4溶液，使溶液的pH值为8~9为止（应充分搅拌后再检验溶液的酸碱性）。此时溶液中生成大量的白色氢氧化铝沉淀，用布氏漏斗抽滤，并用热水洗涤沉淀，洗至溶液pH值为7~8时为止。

  46. 明矾的制备：将抽滤后所得的氢氧化铝沉淀转入蒸发皿中，加10mL1:1 H2SO4，再加15mL水，小火加热使其溶解，加入4g硫酸钾继续加热至溶解，将所得溶液在空气中自然冷却，待结晶完全后，减压过滤，用10mL1:1的水-酒精混合溶液洗涤晶体两次；将晶体用滤纸洗吸干，称重，计算产率 。 产品熔点的测定及性质试验：将产品干燥，装入毛细管中。把毛细管放入提勒管中，控制一定升温速度，测量产品的熔点。测量两次，取平均值。 另取少量产品配成溶液，设法证实溶液中存在Al3+，K+和SO42-离子。

  47. 注意事项 • 第(2)步用热水洗涤氢氧化铝沉淀一定要彻底，以免后面产品不纯。 • 制得的明矾溶液一定要自然冷却得到结晶，而不能骤冷。

  48. 思考题 • 本实验是在哪一步中除掉铝中的杂质的？ • 用热水洗涤氢氧化钠沉淀时，是除去什么离子？ • 制得的明矾溶液为何采用自然冷却得到结晶，而不采用骤冷的办法？

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