物质的制备剖析.ppt

生产生活中都离不开物质的制备，化学为我们提供了丰富多彩的物质世界,回忆中学我们学过的化学物质的制备方法,能够通过化学反应产生二氧化碳气体的物质有哪些？,CaCO3HCl CaCO3 Na2CO3H2SO4 NaHCO3 CO2 CxHyOzO2,CaCO3 HCl 反应物质易得，反应条件简单，产品纯净,制取CO2气体的实验中，以什么物质为反应物（原料）？为什么？,反应的装置是如何选择和安装的？,如果要制备干燥的气体产物，应如何设计装置？,酸性：浓硫酸、P2O5、硅胶,课题二 物质的制备,1.制备物质的原料选择,2.制备物质的条件选择,知识与能力,掌握物质的制备的基本方法,了解物质制备的基本思路,能运用所学的知识简单合成一些基本物质,情感与态度,增长化学知识，丰富学生视野,了解化学生产过程中应用的化学原理， 增加对化学学习兴趣,过程与方法,通过实验了解物质制备的原理,通过实验理解物质制备手段的选择,重点,难点,物质制备的一般性方法,物质制备方法的选择,1.制备物质的原料选择,丰富多彩的物质世界，各种各样的合成方法，我们应该如何取舍呢？,制备物质应根据目标产品的组成来确定原料（如制取二氧化碳，可选用碳酸根或碳酸氢根）及反应原理，设计反应路线，选择合适的仪器和位置，最后，根据生成物的性质将生产产品分离提纯出来。,选择原料,确定反应原理,设计反应途径,选择合理的仪器和装置,分离提纯,控制 反应 条件,目标产品,每一个环节都会影响所制备物质的质和量，每一个环节应该注意什么问题呢？,选择的原料中必须含有目标产品中的组分或新化合物中的某个“子结构”。如工业上生产氯气，选择含氯元素且自然界中易获得的氯化钠为原料。,常见的气体（共14种气体）,H2、O2、Cl2、HCl、H2S、 CH4、C2H4、C2H2 、NH3、 SO2 、 NO、NO2、CO、CO2,常见气体的制备,气体制取的反应原理,2Na2O2+2H2O4NaOHO2,1. O2,2. NH3,3. CH4,固体 + 固体 加热,Zn+H2SO4(稀)=ZnSO4+H2,CaCO3+2HCl=CaCl2+CO2+H2O,4. H2,5. CO2,6. H2S,FeS+H2SO4(稀)=FeSO4+H2S,固体 + 液体 常温,7. SO2,8. NO2,9. NO,10. C2H2,Na2SO3+H2SO4(浓)=Na2SO4+SO2+H2O,Cu+4HNO3(浓)=Cu(NO3)2+2NO2+2H2O,3Cu+8HNO3(稀) = 3Cu(NO3)2+2NO+4H2O,CaC2+2H2OCa(OH)2+CHCH,固体 + 液体 常温,11. Cl2,12. HCl,13. C2H4,14. CO,2KMnO4+16HCl=2KCl+2MnCl2+5Cl2+8H2O,固体 + 液体 加热,发 生 装 置,净 化 装 置,干 燥 装 置,收 集 装 置,吸 收 装 置,气体制取装置的设计,1. 装置连接顺序,装药品,防倒吸 防氧化措施,仪器拆卸等。,查气密性,2. 操作顺序一般包括：,仪器连接,3. 气体的净化原则：,要分析杂质气体的性质,要分析被净化气的性质；,4、实验操作的先与后,C、实验开始时：先查仪器的气密性，再加药品，后点酒精灯；,D、有些实验为防倒吸，往往最后停止加热或最后停止通气 ；,A、装配仪器时：先下后上；先左后右,B、加入试剂时：先固后液,E、有些实验为防氧化往往最后停止通气。,G、净化气体时，一般先除去有毒、有刺激性气味的气体，后除去无毒、无气味的气体， 最后除水蒸气。,F、仪器拆卸的一般过程：从右到左，自上而下，先拆主体，后拆部件。,2. 制备物质的条件选择,根据化学反应物的物理化学性质、设备条件以提高原子利用率、减少环境污染、简化操作为目的 ,选择最佳反应路线。,优化条件,试剂和用量都相同时，操作方法不同，现象和结果可能不同，所以设计物质制备的实验方案时，应该遵循的优化原则是：,原料廉价， 原理绿色， 条件优化， 仪器简单， 分离方便， 提纯快捷。,实验目标：,1.以废铁屑制备硫酸亚铁铵为例，了解物质制备的过程。 2.掌握过滤、蒸发、洗涤等基本操作。 3.了解利用溶解度的差异制备物质的过程。,实验原理：,铁能溶于稀硫酸中生成硫酸亚铁： Fe (S)2H+(aq) = Fe2+H2(g) 通常，亚铁盐在空气中易氧化。例如，硫酸亚铁在中性溶液中能被溶于水肿的少量氧气氧化并进而与水作用，甚至析出棕黄色的碱式硫酸铁（或氢氧化铁）沉淀。 4Fe2+2SO42- (aq)O2(g)6H2O(l) = 2Fe(OH)22SO4(s)4H+(aq),若往硫酸亚铁溶液中加入与FeSO4相等的物质的量（mol）的硫酸铵，则生成复盐硫酸亚铁铵。硫酸亚铁铵比较稳定，它的六水合物（NH4）2SO4FeSO46H2O不易被空气氧化，在定量分析中常用以配制亚铁离子的标准溶液。像所有的复盐那样，硫酸亚铁铵在水中的溶解度比组成它的每一组份FeSO4或(NH4)2SO4的溶解度都要小。蒸发浓缩所得溶液，可制得浅绿色的硫酸亚铁铵（六水合物）晶体。,Fe2+(aq)2NH4+ (aq)2SO42-(aq) 6H2O(l) = (NH4)2SO4FeSO46H2O(s) 如果溶液的酸性减弱，则亚铁盐（或铁盐）中Fe2+与水作用的程度将会增大。在制备(NH4)2SO4FeSO46H2O过程中，为了使Fe2+ 不与水作用，溶液需要保持足够的酸度。,实验用品：,10%碳酸钠溶液、铁屑、3mol/L H2SO4、（NH4）2SO4、蒸馏水、无水乙醇。 锥形瓶、蒸发皿、酒精灯、玻璃棒、烧杯、铁架台、漏斗、托盘天平、量筒、滤纸。,滤纸,锥形瓶,蒸发皿,无水乙醇,过滤漏斗,实验步骤：,1. Fe屑的处理和称量 称取3g铁屑，放入锥形瓶，加入15ml 10% 碳酸钠溶液，小火加热10min以除去Fe屑表面的油污，将剩余的碱溶液倒掉，用蒸馏水把Fe冲洗干净，干燥后称其质量，记为m1(Fe),备用。,2. FeSO4的制备 将称量好的Fe铁屑放入锥形瓶中，加入15ml 3mol/L H2SO4，放在水浴中加热至不再有气体生成为止（有氢气生成，用明火加热注意安全）。趁热过滤，并用少量热水洗涤锥形瓶及滤纸，将滤液和洗涤液一起转移至蒸发皿中。将滤纸上的固体干燥后称重，记为m2（Fe）。反应掉的Fe的质量m(Fe)=m1(Fe)-m2(Fe),进而可计算得生成FeSO4的物质的量。,3.（NH4）2SO4FeSO46H2O的制备 根据FeSO4的物质的量，计算等物质的量的（NH4）2SO4的质量，称取（NH4）2SO4并将其加入上面实验的蒸发皿中，缓缓加热，浓缩至表面出现结晶薄膜为止。放置冷却，得到硫酸亚铁铵的晶体。过滤后用无水乙醇洗涤晶体，除去其表面的水分，观察生成的硫酸亚铁铵的颜色和状态。 4. 称量硫酸亚铁铵的质量 称量生成的硫酸亚铁铵的质量并保存硫酸亚铁铵晶体，以备在下一单元学习中测定其纯度。,思考与讨论,1.哪些措施可保证使硫酸亚铁和硫酸铵之间的物质的量相等？ 2.制取（NH4）2SO4FeSO46H2O时，能否加热浓缩至干，为什么？ 3.若要加快过滤速度，可采用什么方法？ 4.硫酸亚铁溶液在空气中容易变质，在操作时应注意什么？,拓展实验,自制明矾,1.称取3.5g硫酸钾，加适量水溶解，制得硫酸钾饱和溶液。 2.称取6.5g硫酸铝，加适量水溶解，制得硫酸铝饱和溶液。 3.将两种溶液混合，在酒精灯上加热到80，保温，搅拌片刻。,4.溶液自然冷却后放置24小时，即有明矾晶体析出。 5.过滤后，把晶体放在石棉网上，让它自然干燥，就得到明矾晶体。 6.用制得的明矾晶体净水。,实验目标：,1.制取乙酸乙酯。 2.探究浓硫酸在生成乙酸乙酯反应中的作用。 3.体验通过实验的方法获取知识的过程。,实验原理：,乙酸乙酯是一种有机酸脂，它可以由乙酸与乙酯在一定条件下生成：,该反应为可逆反应，为了提高乙酸乙酯的产量，必须尽量使化学反应向有利于生成乙酸乙酯的方向进行，所以乙酸乙酯的制备反应常选用浓硫酸做催化剂，因为浓硫酸具有吸水性，可以使生成的水减少促进反应向右进行。,实验用品：,无水乙醇、冰醋酸、浓硫酸、浓盐酸、饱和碳酸钠溶液、其他试剂。 大试管、量筒、导管、酒精灯、直尺、铁架台。 自行设计实验方案所需其他用品。,冰醋酸,酒精灯,铁架台,量筒,实验步骤：,1.乙酸乙酯的制取 在试管中加入3ml乙醇，然后边振荡边缓慢加入2ml浓硫酸和2ml乙酸。按图联接仪器，用酒精灯缓慢加热，将产生的气体经导管通到饱和碳酸钠溶液的液面上。反应停止后，用直尺测量有机层的厚度。,2.设计实验，探究浓硫酸在生成乙酸乙酯反应中的作用 提示：可从以下几方面进行实验探究 （1）比较有、无浓硫酸存在条件下酯化反应进行的快慢； （2）比较在氢离子含量相同的稀硫酸、稀盐酸作用下，酯化反应的快慢； （3）综合上述比较试验结果，根据酸的共性和浓硫酸的特性，分析、推测浓硫酸在合成乙酸乙酯中的作用。,乙酸乙酯的制备,思考与讨论,1.物质的量相等的乙酸和乙酯，是否可全部转化为乙酸乙酯？为什么？ 2.要想提高乙酸的转化率，可以采取哪些措施？ 3.实验中不同条件下酯化反应进行的快慢不同，这个结果对于探索乙酸乙酯发生水解反应时的最佳条件有什么启示？,拓展实验,1.厨房中制胶水 将20ml的脱脂牛奶倒入杯中，加入5ml食醋，充分搅拌，过滤，取滤渣。在滤渣中加入绿豆大的小苏打，充分搅拌后即得胶水，用该胶水粘接纸张，看看效果如何。,2.自制肥皂 （提示：油脂在加热和碱性条件下可完全水解，生成的不容性高级脂肪酸盐，在经饱和食盐水中浸泡、静置，沥出、压缩并干燥可得肥皂。）,实验目标：,1.设计实验制备Al(OH)3。 2.探究实验室制备Al(OH)3的最优条件。 3.学习利用实验室或自然界易得原料，设计制备所需物质的实验。,实验用品：,氨水、硫酸铝、试管、胶头滴管,实验原理：,用硫酸铝与氢氧化钠反应，硫酸铝是种常见的原料，比较常见，反应过程中要加入过量的氢氧化铝，目的是生成纯净的氢氧化铝（氢氧化铝具有两性）。,实验步骤：,在两个试管里各加入硫酸铝溶液，然后分别滴加NaOH溶液和氨水，直至产生大量的沉淀为止。再将NaOH溶液加至过量，氨水也加至过量，观察现象。将产生沉淀过滤，用蒸馏水冲沉淀后取少量放在蒸发皿里，加热，观察现象。,向溶液中加入NaOH溶液和氨水后都有白色蓬松胶状沉淀产生，当NaOH溶液加至过量时，沉淀消失，氨水加至过量时，沉淀无变化。所以制取氢氧化铝时要控制碱的量，一般采用氨水与铝盐反应制备。当将沉淀过滤出来并洗涤后放蒸发皿中加热可以看到有大量水蒸气放出，生成白色粉末。,实验现象：,铝盐与碱反应产生氢氧化铝沉淀，氢氧化铝溶于强碱、不溶于弱碱。将沉淀过滤、洗涤、加热蒸干后，分解生成白色粉末氧化铝，放出水蒸气。,实验结论：,思考与讨论,1.与同学交流原料选择的原则和经验，了解并归纳同学们所选原料的种类和来源。 2.了解其他同学的制备方案，通过实验方案及实验效果的比较，找出自己设计的优、缺点。 3.如何验证你所制备的产物是氢氧化铝？,拓展实验,利用废铜屑制备硫酸铜,制备金属镀件,如图，在电流作用下，阳极的金属锌氧化为离子，进入电镀液（主要成分ZnCl2溶液）；阴极处电镀液中的Zn2+还原为Zn2+还原为Zn并附于铁钥匙上： 阳极 Zn-2e- = Zn2+（氧化反应） 阴极 Zn2+2e- = Zn (还原反应) 用这种方法可以将一种金属镀到另一种金属的表面上,组合化学,组合化学最早起源于固相多肽合成。就本质而言，组合化学是建立在高效平行的合成之上的，这种合成方法步骤有限，但生成的化合物库内包含大量化合物。,组合化学不是单一的一种技术，它包含了一系列化学技术。它是一门交叉性学科，它以有机化学为基础，与生物化学、药物化学密不可分，并涉及到数学、物理和计算机等多门科学。而传统有机合成方法是对单个分子分步合成，在数量上是处于低层次的，合成速度太慢，无法满足对化合物量的需要。,组合化学的出现大大加速了化合物的合成与筛选速度,有人作过这样的统计:1个化学家用组合化学方法26周的工作量,就需要10个化学家用传统化学方法花费一年的时间来完成。由此,组合化学对很多领域的化学合成方法带来了冲击。,组合化学的出现是药物合成化学上的一次革新,是近年来药物领域的最显著的进步之一,以至于国外许多医药公司的实验室纷纷成立了专门从事组合化学的研究小组;组合化学出现以前,新材料的开发一直沿用试凑法，效率很低,而且浪费了大量的人力、物力. 进入20世纪90年代以来,组合化学在材料合成领域取得了突破性进展,成为未来开发新材料的必由之路。,我们可以为组合化学下这样一个定义:组合化学是一门将化学合成、组合理论、计算机辅助设计及机械手结合一体,并在短时间内将不同构建模块用巧妙构思,根据组合原理,系统反复连接,从而产生大批的分子多样性群体,形成化合物库(compound library),然后,运用组合原理,以巧妙的手段对库成分进行筛选优化,得到可能的有目标性能的化合物结构的科学。,组合化学的定义,全自动组合化学微波 合成工作图,组合化学色谱系统,组合化学手动平行合成仪,组合化学在有机领域最引人注目的成就是对传统药物合成化学的冲击。药物的开发是一个耗时耗费的过程,据报道,一种新药从开始研制到上市,需810年的时间,研究费用高达25亿美元。,组合化学在有机领域的应用,药物的研制历程之所以这样长,很重要的原因是先导化合物的发现与