大学化学a实验讲义(2009年) 11页

大学化学A实验讲义(试用版)北京石油化工学院化学工程学院2OO9年6月-10-\n实验一硫酸亚铁铵的制备一、实验目的1.了解复盐的制备方法。2.练习简单过滤、减压过滤操作方法。3.练习蒸发、浓缩、结晶等基本操作。二、内容提要铁与稀硫酸作用生成硫酸亚铁，溶液经浓缩后冷却至室温，即得到浅绿色的FeSO4·7H2O(俗称绿矾)晶体。Fe+H2SO4＝FeSO4+H2↑FeSO4在弱酸溶液中容易氧化，生成黄色的碱式硫酸铁沉淀：4FeSO4+O2+2H2O＝4Fe(OH)SO4↓因此，在蒸发浓缩过程中，应加一枚小铁钉，并使溶液保持较强的酸性。浅绿色的FeSO4·7H2O在70℃左右时，容易变成溶解度较小的白色FeSO4·7H2O，所以在浓缩过程中，温度不宜过高，就维持在70℃以下。硫酸亚铁与等物质的量的硫酸铵溶液混合，即生成溶解度较小的浅蓝绿色硫酸亚铁铵FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O复盐晶体。FeSO4+(NH4)2SO4+6H2O＝FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O该复盐组成稳定，在空气中不易被氧。在分析化学中可用作标定KMnO4和K2Cr2O7的标准溶液。三、仪器、药品和材料仪器：台称布氏漏斗吸滤瓶药品：H2SO4(3mol/L)Na2CO3(10%)(NH4)2SO4(固体)铁屑材料：pH试纸滤纸四、实验内容称取2克的铁屑，加入15mLNa2CO3(10%)溶液煮沸5-10-\n分钟，用倾析法将溶液倒掉，用水洗涤2次。加入3mol/LH2SO430mL，盖上表面皿，用小火加热，使铁屑和H2SO4反应直至不再有气泡冒出为止。在加热过程中，就不时加入少量水，防止FeSO4晶体析出。趁热过滤，滤液用蒸发皿接收，此时溶液的pH值应在1左右。根据FeSO4的理论产量，按照反应方程式，计算出所需(NH4)2SO4的质量。在室温下称出(NH4)2SO4并将其配制成饱和溶液，与FeSO4溶液混合均匀，用3mol/LH2SO4溶液调节pH值为1~2。用小火加热蒸发浓缩至表面出现晶膜为止，冷却，硫酸亚铁铵即可结晶出来。抽滤，用滤纸把晶体压干，观察晶体的形状和颜色。称量并计算产率。一、指导与思考1.为什么要保持硫酸亚铁溶液和硫酸亚铁铵溶液有较强的酸性?2.如果硫酸亚铁溶液已有部分氧化，则应如何处理才能制得较纯的硫酸亚铁铵?3.根据FeSO4的理论产量如何计算反应所需的(NH4)2SO4的量?4.除去铁屑表面油污的方法：将铁屑放在烧杯中，加入15mL10%Na2CO3溶液，小火加热约10分钟，用倾析法除去碱液，用水把铁屑冲洗干净。-10-\n实验二化学反应速率、活化能的测定一、实验目的1.通过实验了解浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。2.加深对活化能的理解，并练习根据实验数据作图的方法。3.练习在水浴中保持恒温的操作及秒表的使用。4.测定过二硫酸铵氧化碘化钾的反应速率，并求算一定温度下的反应速率常数。二、内容提要在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生反应的离子方程式为：S2O82-+3I－＝2SO42-+I3－(1)根据实验，该反应的反应速率和浓度的关系可用下式表示：(2)为了能够测出在一定时间(Δt)内S2O82－浓度的改变量，在混合过二硫酸铵和碘化钾溶液时，同时加入一定体积的已知浓度并含有淀粉(指示剂)的Na2S2O3溶液。因而，在式(1)进行的同时，有下列反应进行：S2O32－+I3－＝S4O62－+3I－(3)反应(3)进行得非常快，几乎瞬间完成，而反应(1)却缓慢得多。由反应(1)生成的I3-立即与S2O32－作用生成无色的S4O62－和I－。因此，开始一段时间内溶液呈无色，当Na2S2O3一旦耗尽，则由反应(1)继续生成的微量碘就很快与淀粉作用，使溶液呈蓝色。从反应方程式(1)和(3)的关系可以看出，S2O82－浓度减少的量，总是等于S2O32－减少量的一半，即：(4)由于在时间内S2O32－全部耗尽，所以Δ[S2O32－-10-\n]实际上在数值上就是反应开始时Na2S2O3的浓度，只是差一个负号。在本实验中，每份混合液中Na2S2O3的起始浓度都是相同的，因而，Δc(S2O32－)也是不变的。这样，只要记下从反应开始到溶液出现蓝色所需要的时间(Δt)，就可以求算一定温度下的平均反应速率：(5)从不同浓度下测得的反应速率，即能计算出该反应的反应级数m和n。又可从下式求得一定温度下的反应速率常数：(6)根据实验事实，阿累尼乌斯提出了反应速率常数k与反应温度T之间的经验关系式，即阿累尼乌斯方程式(指数式)：k＝Ae-Ea/RT(7)两边取常用对数，(8)式中称为阿累尼乌斯实验活化能，R为气体常数，A为实验测得常数。测出不同温度时的k值，以lgk对1/T作图得一条直线，其斜率(J)：(9)求得反应的活化能为：(10)一、仪器和药品仪器：烧杯(50mL，洁净)秒表温度计(0~100℃)药品：(NH4)2S2O8、KI、(NH4)2SO4、KNO3溶液浓度均为0.2mol/LNa2S2O3(0.01mol/L)淀粉(0.2%)Cu(NO3)3(0.02mol/L)二、实验内容1.浓度对反应速率的影响，求反应级数在室温下，用3个量筒分别量取20mL0.2mol/LKI溶液、8.0mLNa2S2O3溶液和4.0mL0.2%淀粉溶液，都倒入50mL-10-\n烧杯中，混合均匀、再用另一量筒量取20mL0.2mol/L(NH4)2S2O8溶液，迅速倒入烧杯中，同时按动秒表，不断搅拌，仔细观察，当溶液刚出现蓝色时，立即停止计时，将反应时间和室温记入表1中。用上述方法参照表1的用量进行2~5号实验，为了使每次实验中溶液的离子强度和总体积保持不变，所减少的KI或(NH4)2S2O8的用量可分别用0.2mol/LKNO3或0.2mol/L(NH4)2SO4来调整。表1浓度对反应速率的影响室温试验编号12345试剂用量/mL0.2mol/L(NH4)2S2O82010520200.2mol/L2020201050.01mol/LNa2S2O3888880.2%淀粉444440.2mol/LKNO310150.2mol/L(NH4)2SO4101552mL混合液中反应物的起始浓度(mol/L)(NH4)2S2O8KINa2S2O3反应时间/sS2O82－的浓度变化Δc(S2O82－)反应速率k2.温度对反应速率的影响，求活化能按表1试验1中的用量，在50mL洁净的小烧杯中加入KI、Na2S2O3溶液和淀粉溶液，在另一小烧杯中加入(NH4)2S2O8溶液，同时放入冰水中冷却，待两种试液均冷却到低于室温10℃时，将(NH4)2S2O8迅速倒入KI等混合溶液中，同时计时并不断搅拌，当溶液变蓝时，记录反应时间。利用热水浴在高于室温10℃的条件下，重复上述实验，记录反应时间。-10-\n表2温度对反应速率的影响167反应温度/K反应时间/s经计算反应速率反应速率常数lgk1/T反应活化能Ea3.催化剂对反应速率的影响按表1试验1中的用量，在50mL洁净的小烧杯中加入KI、Na2S2O3溶液和淀粉溶液，加入1滴、2滴0.02mol/LCu(NO3)2，将(NH4)2S2O8迅速倒入KI等混合溶液中，同时计时并不断搅拌，当溶液变蓝时，记录反应时间，填入表3中。表3催化剂对反应速率的影响实验编号0.02mol/LCu(NO3)2反应时间/s89一、数据处理和讨论1.反应级数和反应速率常数的求算把表1中试验1号和3号的结果代入下式：由于所以和都是已知的，就可以求出m。用同样的方法把表1中试验1号和5号的结果代入，可得：由于所以由上式可求出n。再由m和n得到反应的总级数。数据处理得：m＝；n＝-10-\n将求得的m和n代入，即可求得反应速率常数，将计算所得k值填入表2。1.反应活化能的求算用表2中的结果，以lgk为纵坐标，为横坐标作图，得到一条直线，此直线的斜率为，由此可以求出此反应的活化能Ea。2.结果与讨论总结前三部分的实验结果，说明浓度、温度和催化剂如何影响反应速率。一、指导与思考1.两人为一组进行实验。两人必须分工明确，密切配合，做到溶液量准，混合迅速，不断搅拌，看准现象，准确计时。2.在温度对反应速率影响实验中，最好在35℃以下(温度过高，会使溶液蒸发加快，反应不准，特别是影响活化能的测定)选择三个试验温度(包括室温)，并使三个温度间隔7~10℃，注意恒温控制。(NH4)2S2O8溶液与其余混合溶液在同温度下混合，反应开始时，要将反应烧杯仍置于水浴中，并控制溶液从混合到变蓝。3.该实验成败的关键之一是试剂的使用，试剂的瓶塞不能盖错，否则会导致溶液浓度不准确。4.根据反应方程式，是否能确定反应级数?为什么?试用本实验的结果加以说明。5.若不用S2O82－，而用I－或I3－的浓度变化来表示反应速率，则反应速率常数k是否一样?6.实验中为什么可以由反应溶液出现蓝色的时间长短来计算反应速率?反应溶液出现蓝色后，反应是否就终止了?7.下列操作情况对实验结果有何影响?(1)取用三种试剂的量筒没有分开专用；(2)先加入(NH4)2S2O8溶液，最后加入KI溶液；(3)慢慢加入(NH4)2S2O8溶液。8.本实验Na2S2O3的用量过多或过少，对实验结果有何影响?9.活化能文献数据Ea＝51.8kJ/mol。将实验值与文献值作比较，分析产生误差的原因。-10-\n实验三盐酸标准溶液的配制、标定及混合碱的测定一、实验目的：1．学习滴定管的正确使用与滴定操作；掌握确定滴定终点的方法；2．了解间接法配制标准溶液的方法。3．学习用双指示剂法测定混合碱中不同组分的含量。二、实验原理（一）HCl标准溶液的配制与标定酸碱滴定中常用HCl和NaOH溶液作为标准溶液，但由于浓HCl易挥发，NaOH易吸收空气中的水分和二氧化碳，因此只能用间接法配置HCl和NaOH溶液，即先配制近似浓度的溶液，然后用基准物质标定其准确浓度；也可用一已知准确浓度的HCl(NaOH)溶液标定NaOH(HCl)溶液，然后经计算求知NaOH(HCl)溶液的浓度。标定酸的基准物质常用无水碳酸钠和硼砂。1.用无水碳酸钠标定HCl的反应分两步进行：Na2CO3+HCl=NaHCO3+NaCl，NaHCO3+HCl=NaCl+CO2+H2O当反应达到化学计量点时，溶液pH值约为3.89，可选用甲基红或甲基橙作指示剂。标定时应注意CO2的影响，为减小CO2的影响，临近终点时应将溶液剧烈摇动或加热，用甲基橙作指示剂时，最好进行指示剂校正。2.用硼砂（Na2B4O7·10H2O）标定HCl的反应如下：Na2B4O7+2HCl+5H2O=4H3BO3+2NaCl计量点时，由于产物是H3BO3(Ka1=5.8×10-10)，溶液pH值约为5.1，可选用甲基红作指示剂。（二）混合碱测定混合碱系指Na2CO3与NaHCO3或Na2CO3与NaOH等类似的混合物，可采用双指示剂法进行分析，测定各组分的含量。若混合碱是由Na2CO3与NaOH组成，先以酚酞作指示剂，用HCl标准溶液滴定至溶液略带粉红色，这是第一计量点，假设此时用去标准HCl溶液的体积为V1(mL)。反应如下：HCl+NaOH=NaCl+H2O(1)HCl+Na2CO3=NaHCO3+H2O(2)继续以甲基橙作指示剂，HCl标准溶液滴定至橙色，这是第二计量点，假设此时用去标准HCl溶液的体积为V2(mL)。反应如下：-10-\nHCl+NaHCO3=NaCl+CO2+H2O(3)由反应式可知：V1>V2，且Na2CO3消耗标准酸溶液的体积为2V2(mL)；NaOH消耗标准酸的体积为(V1-V2)(mL)。于是可求得混合碱中Na2CO3和NaOH的含量。若混合碱系Na2CO3与NaHCO3的混合物，以上述同样方法进行滴定，则V1