Transcript 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
KMnO4 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
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
实验二十四
碱式碳酸铜的制备
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
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）
实验二十五 一种钴（Ⅲ）配合物的
制备
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。
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
实验二十六 硫酸亚铁铵的制备
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。
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)。
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
（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。
（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。
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？
实验二十七 三草酸和铁（Ⅲ）酸
钾的制备和性质
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
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
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
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。
实验二十八
硫代硫酸钠的制备
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
实验二十九
硫酸四氨合铜（Ⅱ）
的制备
[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
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-.
实验三十
磺基水杨酸铜配合物组成
和稳定常数的测定
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。
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。
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，
为
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。
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
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。
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）。
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。
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。
记录和结果
溶液编号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
磺基水杨酸溶液体积
VL/mL
0.00
3.00
6.00
9.00
12.00
15.00
18.00
21.00
24.00
硝酸铜溶液体积
VM/mL
24.00
21.00
18.00
15.00
12.00
9.00
6.00
3.00
0.00
0.00
0.125
0.250
0.375
0.500
0.625
0.750
0.875
1.00
溶液的吸光度A
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。
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。
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？
实验三十一 明矾[KAl(SO4)2·12H2O]
的制备
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。
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
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)。
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。
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。
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。
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？