综合化学实验讲义-2014-汇总

1综合化学实验讲义天津工业大学化学实验中心2013-9前言自2008年开始，我们开展了综合化学实验教学探索，根据卓越、创新人才培养目标，首先在材料专业开始综合化学实验教学，随后推广至应用化学、化学工程、制药工程专业。在基础化学实验教学的基础上,建立了综合化学实验课程,编写了相应的实验讲义。在实验教学内容的安排上，立足四大基础化学，以有机合成、无机合成为主线，结合仪器分析测量手段和物理化学方法，设计不同方向层次综合化学实验，旨在培养学生解决实际问题的能力及相关科学研究兴趣。目前共编写了17个实验，这些实验均结合了近来来我校学生的开放实验项目，大学生课外科技创新项目及教师的科学研究项目等工作，将最新的研究成果编写成相应的实验内容，每一个实验基本上都包含了两个或两个以上二级学科的内容，使得学生能从实际的化学研究，产品开发等方面培养解决综合性问题和实际问题的能力，更快地掌握科学研究和生产实践的思想方法和基本技能。3目录实验一顺式—K[Cr(C2O4)2(H2O)2]·2H2O的合成与组成分析4实验二天然表面活性剂茶皂素提取及性能研究8实验三溶胶的制备及性质研究10实验四疏水型大孔树脂吸附亚甲基蓝16实验五溶胶-凝胶法制备纳米TiO2及其光催化性能研究19实验六硫醇自组装动力学的测定23实验七液致相分离法制备聚苯乙烯微孔膜28实验八稻壳多孔炭的制备及对孔雀石绿的吸附性能研究30实验九丙交酯的制备及聚乳酸的合成34实验十大环配合物[Ni(14)4，11—二烯—N4]I2合成和特性37实验十一苯亚甲基苯乙醛酮（查尔酮）的制备40实验十二沉淀法制备碳酸铝铵41实验十三2-巯基-4，6-二甲基嘧啶的合成43实验十四水杨醛缩水杨酰肼席夫碱的合成45实验十五十二烷基硫酸钠表面活性剂的制备及性能研究47实验十六非晶态Ni-B合金的制备及表征48实验十七植物油渣油中提取甾醇及制备生物柴油504实验一顺式-K[Cr(C2O4)2(H2O)2]·2H2O的合成与组成分析一、实验目的1．了解顺式—K[Cr(C2O4)2(H2O)2]·2H2O的制备方法及有关分析方法。2．加深对配位化合物顺反异构体性质的了解。3．学习配位化合物的固相合成方法。二、实验原理K2Cr2O7和H2C2O4·2H2O发生氧化还原反应，随反应条件及浓度的不同，可以生成不同的配合物，以及K3[Cr(C2O4)3]·3(H2O)2(蓝绿色晶体)OCrOOOH2OOH2OOOOCrOOOOH2OH2OOOOO在水溶液中，顺、反式配合物共存并达平衡，温度升高有利于生成顺式配合物。顺式配合物易溶于水，而反式配合物的溶解度比顺式配合物小得多。相对顺式配合物的制备，反式配合物要求的温度稍高并需要避免引入大量水分。在稀氨水中它们都形成相应的碱式盐K[Cr(C2O2)2(OH)H2O]：OCrOOOH2OOHOOOOCrOOOOH2OHOOOOO其中顺式配合物溶于水成墨绿色溶液，反式配合物为浅棕色不溶物。本实验利用顺、反异构体溶解度的不同，由K2Cr2O7和H2C2O4·2H2O在水的催化下直接进行固相反应，再从非水溶剂中析出顺式配合物晶体。K2Cr2O7+7H2C2O4·2H2O→2K[Cr(C2O2)2(OH)H2O]+3H2O+6CO2两种异构体中配体对中心离子d电子的影响不同，使d轨道的分裂能不相等。顺式配合物的分裂能(△○=17700cm-1)小于反式配合物(△○=18800cm-1)。物质导电能力的大小，通常以电阻(R)或电导(G)表示，G=1/R，电导的单位为西(S)(1S=1Ω-1)。电解质溶液的电阻也符合欧姆定律。电阻率(ρ)的倒数称为电导率，以κ表示，κ=1/ρ，单位为S·m-1。电导率是在一定温度下，电极截面积5为1m2的电极相距为1m时溶液的电导。当电极间含有1mol电解质溶液时的电导称为摩尔电导率，用Λm表示，单位为S·m2·mol-1。摩尔电导率与电导率的关系为Λm=κ/c式中：为电解质溶液的物质的量浓度(mol·m-3)。若c的单位用mol·L-1表示，则Λm=1000κ/c电导率κ由电导率仪测定。当测得已知浓度的溶液的电导率后，就可求得摩尔电导率Λm。电解质溶液的摩尔电导率Λm与电解质溶液的稀度(浓度的倒数1/c)及离子的电荷数有关。25℃时，各种类型的离子化合物在稀度为1024时的摩尔电导率(以Λ1024表示，单位为S·m2·mol-1)大致范围如表14所示。不同类型离子化合物的摩尔电导率化合物类型MA2MA3MA4MAM2AM3AM4AΛ1024(10-4)/S·m2·mol-1118~131235~273408~442523~553由电导率仪测得稀度(1/c)为1024时的电导率(κ)，再按Λm=1000κ/c求出摩尔电导率(Λm)，对照上表，就可确定离子化合物的类型。三、仪器与试剂仪器：分析天平；分光光度计；电导率仪(铂黑电极)；烘箱；显微镜；布氏漏斗；吸滤瓶；容量瓶(100,50mL)；吸量管(10mL)；量筒(25mL)；研钵，蒸发皿，水浴锅，玻璃棒，胶头滴管，水泵，滤纸，样品袋，烧杯(100mL)。试剂：K2Cr2O7(化学纯)；H2C2O4·2H2O(化学纯)；无水乙醇(化学纯)；CrCl3·6H2O(化学纯)；NH3·H2O(2mol·L-1)。四、实验步骤1．配合物的合成按比例称取已研细的H2C2O4·2H2O(s)和K2Cr2O7(s)4g，混合均匀后在干燥的6蒸发皿中堆成锥形。在锥体顶部用玻璃棒压出一个小坑，向坑内加一滴水，盖上表面皿微微加热。立即发生激烈的反应，并有CO2气体放出，反应物变成深紫色的黏稠液体。反应结束后立即向蒸发皿中加入20mL无水乙醇，在水浴上微微加热，并用玻璃棒不断搅拌，使其成为微晶体。若一次不行，可倾出液体，再加入等量的无水乙醇，重复上面的操作，直到全部变成微晶体。过滤，晶体在60℃下烘干，称量。2．观察晶体颜色，在显微镜下观察晶体形状。3．用稀氨水溶解少量晶体，观察溶解程度和溶液颜色。4．[Cr(C2O4)2(H2O)2]-配离子分裂能的测定。配离子的分裂能可从电子光谱数据获得。以水为参比溶液，测定实验步骤5所配样品溶液1在波长λ530~600nm区间的吸光度(A)。4．电导率法测定离子类型(1)配制稀度为1/c=1024L·mol-1的样品溶液50mL。在分析天平上准确称取0.3g左右的产品(设为m)，用水溶解后，移入100mL容量瓶，稀释至刻度。摇匀备用(设为溶液1)。其中1100.1001000LmolMmc)(2)]()([22242OHOHOCCrKM=339g·mol-1按下式计算配制稀度1/c=1024L·mol-1的溶液50mL(设为溶液2)时，所需溶液1的体积为V1为mLmMccV1000102400.10000.5000.50121用量液管从溶液1中移取V1溶液于50容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，即得稀度1/c=1024L·mol-1的溶液(溶液2)。(2)将溶液2倒入洁净、干燥的小烧杯中，用电导率仪测定溶液的电导率κ。五、实验结果与讨论(1)产品质量mg；产品颜色；产品形状。(2)产品在稀氨水中溶解程度；溶液颜色。(3)溶液1在波长λ530~600区间的吸光度(A)见下表：7波长λ/nm530540550560565570580590600吸光度A以波长λ为横坐标，吸光度A为纵坐标作A~λ曲线，找出配合物在该波长范围内的最大吸收峰所对应的波长λmax=nm；配合物分裂能17101cmnaxcm-1；配合物摩尔吸光系数bcA(其中c为物质的量浓度，b为比色皿厚度，单位为cm)。(4)样品溶液的电导率κ=S·m-1。(5)Λ1024=1000κ/cS·m2·mol-1。产品的离子化合物类型为型。六、注意事项绘制A~λ曲线时，注意坐标的取值。一般取纵坐标每2cm相当于吸光度0.1，横坐标每2cm相当于20nm。七、思考题1．电解质溶液导电的特点是什么？什么叫电导、电导率和摩尔电导率？2．在制备顺式—K[Cr(C2O4)2(H2O)2]·2H2O的配合物时，起什么作用？3．在制备顺式—K[Cr(C2O4)2(H2O)2]·2H2O的配合物时，为什么要尽量避免水溶液生成？4．向三氯化铬中加入稀氨水会出现什么现象？与本实验中配合物的稀氨水溶液是否相同？为什么？8实验二天然表面活性剂茶皂素的提取及性能研究一、概述茶油饼是由油茶籽、山茶籽压榨制油之后的副产物。茶油饼中富含茶皂素、维生素、蛋白质、脂肪、多糖、黄酮、单宁、咖啡碱、各种色素等多种有益物质。茶油饼中成分含量大概为：粗蛋白15％，粗脂肪5％，糖类40％，粗纤维6％，皂素10-14％，单宁2％，咖啡碱0.95％。[1]我国油茶是世界上分布最广，品种最多的国家。茶皂素又名茶皂甙，是由茶树种子中提取出来的一类醣甙化合物，是一种性能良好的天然表面活性剂，茶皂素具有较高的经济价值，它可广泛应用于轻工、化工、农药、饲料、养殖、纺织、采油、采矿、建材与高速公路建设等领域，制造乳化剂、洗洁剂、农药助剂、饲料添加剂、蟹虾养殖保护剂、纺织助剂、油田泡沫剂、采矿浮选剂以及加气混凝土稳泡剂与混凝土外加剂——防冻剂等。茶皂素味苦辛辣，刺激鼻粘膜易引起喷嚏，纯品为白色微细柱状晶体，吸湿性强，对甲基红呈明显酸性，难溶于无水甲醇、无水乙醇，不溶于丙酮、苯、石油醚等有机溶剂，易溶于水、含水甲醇、含水乙醇以及冰醋酸、醋酐、吡啶等。茶皂素溶液中加入盐酸时，皂甙易沉淀。熔点：224℃。二、仪器试剂试剂：油茶饼粕，乙醇，等。9仪器：研钵，电加热套，电动搅拌，三口烧瓶，冷凝管，索氏提取，移液管，天平，滴管，玻璃棒，烧杯，容量瓶，熔点仪，最大泡压法测量表面张力装置，具塞量筒。三、实验要求：提取工艺流程：油茶饼粕——粉碎——溶剂浸提（或索氏提取）——抽滤——滤液蒸除溶剂——真空干燥——粗产品1、查阅文献，了解茶皂素的来源、性质及应用2、查阅文献，明确提取溶剂（本实验室提供乙醇、水）、提取工艺3、查阅文献，明确茶皂素作为表面活性剂的性质，并测试其表面张力、临界胶束浓度及起泡性等。（要求参与实验的同学分成两部分，一部分测试表面张力，一部分测试起泡性）（浓度配制：1×10-6，5×10-6，1×10-5，5×10-5，1×10-4，5×10-4，1×10-3，1×10-2kg/L）10实验三溶胶的制备及性质研究一、实验目的学习溶胶制备的基本原理，并掌控制备溶胶的主要方法；了解影响溶胶稳定性的主要因素。二、实验原理溶胶系指极细的固体颗粒分散在液体介质中的分散体系，其颗拉大小约在1nm至之间，若颗粒再大则称之为悬浮液。要制备出比较稳定的溶胶或悬浮液一般须满足两个条件：①固体分散相的质点大小必须在胶体分散度的范围内；②固体分散质点在液体介质中要保持分散不聚结，为此，一般需加稳定剂。制备溶胶或悬浮液原则上有两种方法：①特大块固体分割到胶体分散度的大小，此法称分散法；②使小分子或离子聚集成胶体大小，此法称为凝聚法。(1)分散法分散法主要有3种方式，即机械研磨、超声分散和胶溶分散。①研磨法。常用的设备主要有胶体磨和球磨机等。胶体磨有两片靠得很近的磨盘或磨刀，均由坚硬耐磨的合金或碳化硅制成。当上下两磨盘以高速反向转动时(转速约5000~10000转．分-1)，粗粒子就被磨细。在机械研磨中胶体磨的效率较高，但一般也只能将质点磨细到左右。②超声分散法。频率高于16000Hz的声波称为超声波。高频率的超声波传入介质，在介质中产生相同频率的疏密交替，对分散相产生很大撕碎力，从而达到分散效果。此法操作简单，效率高，经常用作胶体分散及乳状液的制备。③胶溶法。胶溶法是把暂时聚集在一起的胶体粒子重新分散而成溶胶。例如，氢氧化铁、氢氧化铝等的沉淀实际上是胶体质点的聚集体，由于制备时缺少稳定剂，故胶体质点聚在一起而沉淀。此时若加入少量电解质，胶体质点因吸附离子而带电，沉淀便会在适当地搅拌下更新分散成溶胶。有时质点聚集成沉淀是因为电解质过多，设法洗去过量的电解质也会使沉淀转化成溶胶。利用这