实验无机物合成与分析课件

大学化学实验技术讲座北京化工大学化学实验中心大学化学实验技术讲座北京化工大学化学实验中心1A类：（应化0801-0807，实验0801-0802）56学时，2.5学分B类：（高材0801-0811，生材0801-0802）42学时，2学分C类：（化工0801-0809,材料0801-0704，生工0801-0804,制药0801-0804,环工0801-0803）32学时，2学分

2008级大学化学实验（二）

A类：（应化0801-0807，实验0801-0802）202序号实验内容学时授课对象预习页码0实验技术讲座(二)2ABC1络合滴定法测定水的硬度5ABCp289-2922原子吸收分光光度法测定水样中Ca、Mg含量4ABCp136、p3083(1)硫酸亚铁铵的制备5ABCp268-270(2)硫酸亚铁铵中Fe2+含量的测定(KMnO4法)5AB开放p292-2954(1)工业硫酸铜的提纯4ABCp162-164(2)硫酸铜中铜含量的测定(碘量法)5ABCp296-298(3)硫酸铜中Fe3+含量的测定(分光光度法)4ABCp127-130(4)硫酸铜的差热分析3ACp261-2645三草酸合铁(III)酸钾的合成及组成测定8A开放B开放开放可自行设计6定pH滴定法测定甲酸乙酸混合酸中各组分含量3Ap299-3007开放式设计实验8A开放开放开放自行设计8笔试测验ABC序号实验内容学时授课对象预习页码0实验技术讲座(二)2ABC3注意：1、由于实验仪器的限制，做实验2和4（4）时学生需分两组：上午：8：00——9：451——16号学生10：00——11：4517——32号学生下午：1：00——2：451——16号学生3：00——4：4517——32号学生2、实验3（2）、5、7为开放实验，提前一周网上预约（）时间，按预约时间准时到实验室做实验。实验室开放时间：12周——15周周一、二、三、四、五下午，周六全天。3、大学化学实验（二）笔试时间另行通知。笔试占30%，但若笔试不及格，视为实验总成绩不及格。

注意：4无机物的制备、提纯与分析无机物的制备(无机合成)利用化学反应通过某些实验方法，从一种或几种物质得到一种或几种无机物质的过程无机物的提纯通过无机制备得到的物质的纯化过程无机物的分析对“粗品”和“纯品”的成分分析，主要包括主成分分析、结构分析、杂质含量分析等无机物的制备、提纯与分析无机物的制备(无机合成)利用化学反5无机物制备方法的设计依据根据物质的通性和特殊性，可以设计多种制备方案，但所设计的方案是否可行？考虑热力学——反应能否进行的可能性动力学——反应速率的问题CuSO4·5H2O的制备在热力学上这一反应不可能发生，所以不可能通过改变温度、压力、浓度、选用催化剂等使之实现。Cu+H2SO4(稀)╳无机物制备方法的设计依据根据物质的通性和特殊6进一步考虑制备工艺的先进性由金属铜合成氧化铜方法一：Cu(粉)+O2(空气)CuO高温焙烧

工艺简单，但由于工业铜粉杂质多，产品的纯度不高。方法二：CuCu(NO3)2CuO+2NO2+1/2O2HNO3加热由于产生NO2，污染严重，生产中少用。进一步考虑制备工艺的先进性由金属铜合成氧化铜方法一：Cu(粉7方法三：CuCu(NO3)2Cu(OH)2CuO+H2OHNO3NaOH加热CuCu(NO3)2Cu2(OH)2CO3

2CuO+CO2+H2OHNO3Na2CO3700C焙烧

由于Cu(OH)2微显两性，当NaOH过量时，产品中混入CuO22-，影响产品的纯度，且Cu(OH)2呈胶性沉淀，难以过滤和洗涤，造成产率低，此法少用。方法四：此法污染少，产品纯度高，试剂级CuO制备用此法。方法三：CuCu(NO3)28总之，设计无机物制备方法时，首先应从热力学观点考虑其方法的可行性，但更重要的是应该考虑工艺条件的要求，选择一个产量高、质量好、生产简单、价格低廉、安全无毒、环境污染少的工艺路线。总之，设计无机物制备方法时，首先应从热力学观9无机物制备的反应分解反应化合反应CaCO3CaO+CO2

PtCl2+2NH3[Pt(NH3)2Cl2]2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2

FeSO4+(NH4)2SO4+6H2OFeSO4

·(NH4)2SO4

·6H2O无机物制备的反应分解反应化合反应CaCO310氧化还原反应3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O取代反应[PtCl4]2–+2NH3[Pt(NH3)2Cl2]+2Cl–复分解反应NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl氧化还原反应3MnO2+6KOH+KClO311无机物制备的方法高温合成马福炉：坩锅炉管式炉通常用在控制气氛下(如在氢气流或氮气流中)加热物质不需控制气氛，只需加热坩锅里的物料的情况无机物制备的方法高温合成马福炉：坩锅炉通常用在控制气氛下12如：电解法制备KMnO4阳极:MnO42--e-=MnO4-(60℃)阴极:2H2O+2e-=2OH-+H2电解合成利用通电发生氧化还原反应进行制备的方法用于制备氧化性或还原性较强的物质如Na和K等活泼金属、过硫酸盐、高锰酸盐、氟、铁和钒的低价化合物等如：电解法制备KMnO4阳极:MnO42--e-13光化学合成有时化学反应只有在反应物受到光照射时才能进行。光子使反应物活化，反应物吸收光子后，成键或非键轨道上的电子被激发到反键轨道上，导致键的削弱甚至断裂，使反应活化本法可用于合成羰基化合物、硼化物等静电放电合成利用气体在外界强电场影响下产生等离子体的方法制备热力学上不稳定的物质，放电合成可在放电管中进行O3的制备光化学合成有时化学反应只有在反应物受到光照射时才能本法可用14BCl3与O2的反应：3BOCl=(BOCl)3BCl3BCl+Cl2hBCl+O2=BClO2BClO2+BCl=2BOCl[Co(NH3)5NO2]2+[Co(NH3)5ONO]2+

日光灯紫外灯2[Fe(CO)5](冰醋酸溶液)[Fe2(CO)9]+CO日光灯紫外灯BCl3与O2的反应：3BOCl=(BOCl)3BCl315化学传输合成利用化学反应将难挥发物质从某一个温度区域传输到另一个温度区域的方法常用的传输剂有氢、氧、氯、碘、一氧化碳、氯化氢等化学传输反应在反应炉中两个不同的温区进行，先将所需要的物质(固体)与适当的气体介质在源区温度(T2)反应，形成一种气态化合物，然后借助载气把这种气态化合物传输到不同温度(T1)的沉积区发生逆向反应，使得所需物质重新沉积出来，如:ZnS(s)+I2(g)ZnI2(g)+½S2(g)T2T1化学传输合成利用化学反应将难挥发物质从某一16非水溶剂合成适用于制备反应物或产物与水起反应的物质如钾的氨溶液与氧作用制备超氧化钾KO2常用的非水溶剂有:液氨、冰醋酸、硫酸、氟化氢沉淀合成将欲制备的化合物以沉淀形式从其他化合物中分离出来Al2(SO4)3+6NH3·H2O=2Al(OH)3

+3(NH4)2SO4NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O非水溶剂合成适用于制备反应物或产物与水起反应的物质如钾的氨17无机物的提纯方法重结晶结晶是指易溶物质在溶液中含量超过该物质的溶解度时，晶体从溶液中析出的过程，留下的溶液为母液，可溶性杂质残留在母液中经过多次结晶称为重结晶，重结晶可达到提纯物质的目的。无机物的提纯方法重结晶结晶是指易溶物质在溶18溶于溶剂、制备饱和溶液趁热过滤

残渣（不溶性杂质）滤液冷却、结晶过滤、洗涤母液(可溶性杂质和部分被提纯物)晶体(产品)不纯固体物质溶于溶剂、制备饱和溶液趁热过滤残渣滤液冷却19结晶时溶液的pH值范围取决于待结晶物质的性质结晶控制溶液的酸度浓缩蒸发的程度制备CuSO4·5H2O晶体：pH1~2若在弱酸性条件下，易生成Cu2(OH)2SO4

制备K3Fe(C2O4)3晶体：pH3~4若pH值偏高，会生成Fe(OH)3沉淀，pH值过低，使配合物不稳定。

结晶时溶液的pH值范围取决于待结晶物质的性质结晶控制溶液的酸20结晶时溶液蒸发浓缩的程度取决于待结晶物质的溶解度(1)在室温时溶解度较大，则结晶时一般将溶液蒸发浓缩至稀糊状；如：MgSO4·7H2O(2)在室温时溶解度较小，但随温度升高溶解度明显增加，则结晶时一般将溶液蒸发浓缩至表面出现晶膜；如：CuSO4·5H2O(3)在室温时溶解度较小，但随温度升高溶解度更明显增加，则结晶时必须将溶液蒸发浓缩至一定体积，让溶液达到饱和后慢慢结晶；如：K3Fe(C2O4)3·3H2O结晶时溶液蒸发浓缩的程度取决于待结晶物质的溶解度(1)在室温21蒸馏利用液体混合物中各组分挥发性的不同，将它们分离的一种提纯液体物质的方法。液体的挥发性与其沸点有关当加热液体混合物，其蒸气中容易挥发的物质含量较多，而在剩余的液体中则难挥发组分的含量较高。将蒸气冷凝后，则易挥发组分富集在冷凝液中。这样，便将液体混合物中各组分部分地或全部分离。蒸馏利用液体混合物中各组分挥发性的不同，将它22常压蒸馏常压蒸馏23适用于：受热后不发生分解或其沸点不太高的物质加热方法：取决于被蒸馏物质的性质及沸点水浴加热：b.p.<90℃油浴、砂浴或盐浴加热：

b.p.>90℃电炉或火焰灯加热：被蒸馏物不易爆炸或燃烧适用于：加热方法：取决于被蒸馏物质的性质及沸点水浴加热：b24适用于易分解或沸点很高的物质减压蒸馏适用于易分解或沸点很高的物质减压蒸馏25适用于互溶而且沸点相差很小的两种以上的液体所组成的混合液的分离分馏适用于互溶而且沸点相差很小的两种以上的液体所组成的混合液分馏26化学迁移反应原理：将被提纯物质A放入安瓿中，在安瓿中放有一定浓度的气体载体(卤素、氧气、水蒸气等)，气体载体在加热时，与被纯化物质起反应形成挥发性物质，而且这一物质依靠扩散作用转移至具有不同温度的安瓿的另一端，在这一端发生被扩散物质的分解作用在高温下呈挥发性化合物转移物质的反应例如提纯镍：Ni(s)十4CO(g)=[Ni(CO)4](g)十Q

粗镍与CO反应形成Ni(CO)4气体物质，在较高温度下又分解出纯镍。化学迁移反应原理：将被提纯物质A放入安瓿中，在安瓿中放27升华冷凝升华的物质，便可得到纯物质固体物质受热不经过液体阶段，直接变成气体的现象常压升华真空升华：主要用于难升华的物质如：金属纯制操作：将欲纯化的固体物质和冷凝器密封在石英管或陶瓷管中(也可置于坩埚内，再放至管中），受热后，升华的物质便沉积在冷凝器表面。分类：升华冷凝升华的物质，便可得到纯物质固体物质受热不经过液体阶28沉淀分离法当物质中所含有的杂质离子易水解沉淀时，则可通过调节溶液pH值，促使杂质沉淀，经分离后达到提纯的目的。CuSO4·5H2O中含有杂质铁将溶液的pH值控制在3.0~4.0，此时Fe3+形成Fe(OH)3沉淀，而Cu2+不会沉淀出来，将沉淀与溶液分离，达到提纯硫酸铜的目的。沉淀分离法当物质中所含有的杂质离子易水解沉29沉淀与溶液的分离方法倾泻法：适用于结晶颗粒较大，易于沉降的固液分离将烧杯倾斜放置，待烧杯中的沉淀沉降至烧杯底部后，取一玻棒横放在烧杯嘴上，然后将清液倒出，加入洗涤剂，搅拌、静置、沉降，重复上述操作，洗涤2~3次，即可使沉淀和溶液分离。过滤法常压过滤

常压下，用普通漏斗过滤的方法。此法简单常用，适用于颗粒较小的沉淀物质，但过滤速度较慢。沉淀与溶液的分离方法倾泻法：适用于结晶颗粒较大，易于沉降的固30减压过滤

由布氏漏斗、吸滤瓶、安全瓶、真空泵组成的一个抽滤系统。此法过滤速度快、沉淀易被抽干。不适用于颗粒太小的沉淀和胶体沉淀的过滤。减压过滤由布氏漏斗、吸滤瓶、安全瓶、真空泵组成31物质的分析方法物理法化学分析和仪器分析法测定物质的熔点、沸点、电导率、粘度等是以物质的化学反应为基础的分析方法主要用于测定物质的主要成分，也可用它作结构分析化学分析法分为：重量分析和滴定分析法物质的分析方法物理法化学分析和仪器分析法测定物质的熔点、32是以物质的物理性质或物理化学性质为基础的分析方法仪器分析法主要用于测定化合物的结构和杂质含量的测定分为：光谱分析法、分光光度分析法和色谱分析法等是以物质的物理性质或物理化学性质为基础的分析方法仪器分析法33大学化学实验技术讲座北京化工大学化学实验中心大学化学实验技术讲座北京化工大学化学实验中心34A类：（应化0801-0807，实验0801-0802）56学时，2.5学分B类：（高材0801-0811，生材0801-0802）42学时，2学分C类：（化工0801-0809,材料0801-0704，生工0801-0804,制药0801-0804,环工0801-0803）32学时，2学分

2008级大学化学实验（二）

A类：（应化0801-0807，实验0801-0802）2035序号实验内容学时授课对象预习页码0实验技术讲座(二)2ABC1络合滴定法测定水的硬度5ABCp289-2922原子吸收分光光度法测定水样中Ca、Mg含量4ABCp136、p3083(1)硫酸亚铁铵的制备5ABCp268-270(2)硫酸亚铁铵中Fe2+含量的测定(KMnO4法)5AB开放p292-2954(1)工业硫酸铜的提纯4ABCp162-164(2)硫酸铜中铜含量的测定(碘量法)5ABCp296-298(3)硫酸铜中Fe3+含量的测定(分光光度法)4ABCp127-130(4)硫酸铜的差热分析3ACp261-2645三草酸合铁(III)酸钾的合成及组成测定8A开放B开放开放可自行设计6定pH滴定法测定甲酸乙酸混合酸中各组分含量3Ap299-3007开放式设计实验8A开放开放开放自行设计8笔试测验ABC序号实验内容学时授课对象预习页码0实验技术讲座(二)2ABC36注意：1、由于实验仪器的限制，做实验2和4（4）时学生需分两组：上午：8：00——9：451——16号学生10：00——11：4517——32号学生下午：1：00——2：451——16号学生3：00——4：4517——32号学生2、实验3（2）、5、7为开放实验，提前一周网上预约（）时间，按预约时间准时到实验室做实验。实验室开放时间：12周——15周周一、二、三、四、五下午，周六全天。3、大学化学实验（二）笔试时间另行通知。笔试占30%，但若笔试不及格，视为实验总成绩不及格。

注意：37无机物的制备、提纯与分析无机物的制备(无机合成)利用化学反应通过某些实验方法，从一种或几种物质得到一种或几种无机物质的过程无机物的提纯通过无机制备得到的物质的纯化过程无机物的分析对“粗品”和“纯品”的成分分析，主要包括主成分分析、结构分析、杂质含量分析等无机物的制备、提纯与分析无机物的制备(无机合成)利用化学反38无机物制备方法的设计依据根据物质的通性和特殊性，可以设计多种制备方案，但所设计的方案是否可行？考虑热力学——反应能否进行的可能性动力学——反应速率的问题CuSO4·5H2O的制备在热力学上这一反应不可能发生，所以不可能通过改变温度、压力、浓度、选用催化剂等使之实现。Cu+H2SO4(稀)╳无机物制备方法的设计依据根据物质的通性和特殊39进一步考虑制备工艺的先进性由金属铜合成氧化铜方法一：Cu(粉)+O2(空气)CuO高温焙烧

工艺简单，但由于工业铜粉杂质多，产品的纯度不高。方法二：CuCu(NO3)2CuO+2NO2+1/2O2HNO3加热由于产生NO2，污染严重，生产中少用。进一步考虑制备工艺的先进性由金属铜合成氧化铜方法一：Cu(粉40方法三：CuCu(NO3)2Cu(OH)2CuO+H2OHNO3NaOH加热CuCu(NO3)2Cu2(OH)2CO3

2CuO+CO2+H2OHNO3Na2CO3700C焙烧

由于Cu(OH)2微显两性，当NaOH过量时，产品中混入CuO22-，影响产品的纯度，且Cu(OH)2呈胶性沉淀，难以过滤和洗涤，造成产率低，此法少用。方法四：此法污染少，产品纯度高，试剂级CuO制备用此法。方法三：CuCu(NO3)241总之，设计无机物制备方法时，首先应从热力学观点考虑其方法的可行性，但更重要的是应该考虑工艺条件的要求，选择一个产量高、质量好、生产简单、价格低廉、安全无毒、环境污染少的工艺路线。总之，设计无机物制备方法时，首先应从热力学观42无机物制备的反应分解反应化合反应CaCO3CaO+CO2

PtCl2+2NH3[Pt(NH3)2Cl2]2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2

FeSO4+(NH4)2SO4+6H2OFeSO4

·(NH4)2SO4

·6H2O无机物制备的反应分解反应化合反应CaCO343氧化还原反应3MnO2+6KOH+KClO33K2MnO4+KCl+3H2O取代反应[PtCl4]2–+2NH3[Pt(NH3)2Cl2]+2Cl–复分解反应NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl氧化还原反应3MnO2+6KOH+KClO344无机物制备的方法高温合成马福炉：坩锅炉管式炉通常用在控制气氛下(如在氢气流或氮气流中)加热物质不需控制气氛，只需加热坩锅里的物料的情况无机物制备的方法高温合成马福炉：坩锅炉通常用在控制气氛下45如：电解法制备KMnO4阳极:MnO42--e-=MnO4-(60℃)阴极:2H2O+2e-=2OH-+H2电解合成利用通电发生氧化还原反应进行制备的方法用于制备氧化性或还原性较强的物质如Na和K等活泼金属、过硫酸盐、高锰酸盐、氟、铁和钒的低价化合物等如：电解法制备KMnO4阳极:MnO42--e-46光化学合成有时化学反应只有在反应物受到光照射时才能进行。光子使反应物活化，反应物吸收光子后，成键或非键轨道上的电子被激发到反键轨道上，导致键的削弱甚至断裂，使反应活化本法可用于合成羰基化合物、硼化物等静电放电合成利用气体在外界强电场影响下产生等离子体的方法制备热力学上不稳定的物质，放电合成可在放电管中进行O3的制备光化学合成有时化学反应只有在反应物受到光照射时才能本法可用47BCl3与O2的反应：3BOCl=(BOCl)3BCl3BCl+Cl2hBCl+O2=BClO2BClO2+BCl=2BOCl[Co(NH3)5NO2]2+[Co(NH3)5ONO]2+

日光灯紫外灯2[Fe(CO)5](冰醋酸溶液)[Fe2(CO)9]+CO日光灯紫外灯BCl3与O2的反应：3BOCl=(BOCl)3BCl348化学传输合成利用化学反应将难挥发物质从某一个温度区域传输到另一个温度区域的方法常用的传输剂有氢、氧、氯、碘、一氧化碳、氯化氢等化学传输反应在反应炉中两个不同的温区进行，先将所需要的物质(固体)与适当的气体介质在源区温度(T2)反应，形成一种气态化合物，然后借助载气把这种气态化合物传输到不同温度(T1)的沉积区发生逆向反应，使得所需物质重新沉积出来，如:ZnS(s)+I2(g)ZnI2(g)+½S2(g)T2T1化学传输合成利用化学反应将难挥发物质从某一49非水溶剂合成适用于制备反应物或产物与水起反应的物质如钾的氨溶液与氧作用制备超氧化钾KO2常用的非水溶剂有:液氨、冰醋酸、硫酸、氟化氢沉淀合成将欲制备的化合物以沉淀形式从其他化合物中分离出来Al2(SO4)3+6NH3·H2O=2Al(OH)3

+3(NH4)2SO4NH4HCO3+NaClNaHCO3+NH4Cl2NaHCO3Na2CO3+CO2+H2O非水溶剂合成适用于制备反应物或产物与水起反应的物质如钾的氨50无机物的提纯方法重结晶结晶是指易溶物质在溶液中含量超过该物质的溶解度时，晶体从溶液中析出的过程，留下的溶液为母液，可溶性杂质残留在母液中经过多次结晶称为重结晶，重结晶可达到提纯物质的目的。无机物的提纯方法重结晶结晶是指易溶物质在溶51溶于溶剂、制备饱和溶液趁热过滤

残渣（不溶性杂质）滤液冷却、结晶过滤、洗涤母液(可溶性杂质和部分被提纯物)晶体(产品)不纯固体物质溶于溶剂、制备饱和溶液趁热过滤残渣滤液冷却52结晶时溶液的pH值范围取决于待结晶物质的性质结晶控制溶液的酸度浓缩蒸发的程度制备CuSO4·5H2O晶体：pH1~2若在弱酸性条件下，易生成Cu2(OH)2SO4

制备K3Fe(C2O4)3晶体：pH3~4若pH值偏高，会生成Fe(OH)3沉淀，pH值过低，使配合物不稳定。

结晶时溶液的pH值范围取决于待结晶物质的性质结晶控制溶液的酸53结晶时溶液蒸发浓缩的程度取决于待结晶物质的溶解度(1)在室温时溶解度较大，则结晶时一般将溶液蒸发浓缩至稀糊状；如：MgSO4·7H2O(2)在室温时溶解度较小，但随温度升高溶解度明显增加，则结晶时一般将溶液蒸发浓缩至表面出现晶膜；如：CuSO4·5H2O(3)在室温时溶解度较小，但随温度升高溶解度更明显增加，则结晶时必须将溶液蒸发浓缩至一定体积，让溶液达到饱和后慢慢结晶；如：K3Fe(C2O4)3·3H2O结晶时溶液蒸发浓缩的程度取决于待结晶物质的溶解度(1)在室温54蒸馏利用液体混合物中各组分挥发性的不同，将它们分离的一种提纯液体物质的方法。液体的挥发性与其沸点有关当加热液体混合物，其蒸气中容易挥发的物质含量较多，而在剩余的液体中则难挥发组分的含量较高。将蒸气冷凝后，则易挥发组分富集在冷凝液中。这样，便将液体混合物中各组分部分地或全部分离。蒸馏利用液体混合物中各组分挥发性的不同，将它55常压蒸馏常压蒸馏56适用于：受热后不发生分解或其沸点不太高的物质加热方法：取决于被蒸馏物质的性质及沸点水浴加热：b.p.<90℃油浴、砂浴或盐浴加热：

b.p.>90℃电炉或火焰灯加热：被蒸馏物不易爆炸或燃烧适用于：加热方法：取决于被蒸馏物质的性质及沸点水浴加热：b57适用于易分解或沸点很高的物质减压蒸馏适用于易分解或沸点很高的物质减压蒸馏58适用于互溶而且沸点相差很小的两种以上的液体所组