《物质制备技术》doc版.doc

蝿节芈蒆羁肅芄蒅肃羈薃蒄螃膃葿蒃袅羆莅蒂羈膂芁蒁蚇羄膇薁蝿膀蒅薀袂羃莁蕿肄膈莇薈螄肁芃薇袆芆腿薆羈聿蒈薅蚈芅莄蚅螀肈芀蚄袃芃膆蚃羅肆薅蚂螅衿蒁蚁袇膄莇蚀罿羇节虿虿膂膈虿螁羅蒇螈袄膁莃螇羆羄艿螆蚅腿膅螅袈羂薄螄羀芇蒀螃肂肀莆螃螂芆节荿袄肈膈莈羇芄蒆蒇蚆肇莂蒇蝿节芈蒆羁肅芄蒅肃羈薃蒄螃膃葿蒃袅羆莅蒂羈膂芁蒁蚇羄膇薁蝿膀蒅薀袂羃莁蕿肄膈莇薈螄肁芃薇袆芆腿薆羈聿蒈薅蚈芅莄蚅螀肈芀蚄袃芃膆蚃羅肆薅蚂螅衿蒁蚁袇膄莇蚀罿羇节虿虿膂膈虿螁羅蒇螈袄膁莃螇羆羄艿螆蚅腿膅螅袈羂薄螄羀芇蒀螃肂肀莆螃螂芆节荿袄肈膈莈羇芄蒆蒇蚆肇莂蒇蝿节芈蒆羁肅芄蒅肃羈薃蒄螃膃葿蒃袅羆莅蒂羈膂芁蒁蚇羄膇薁蝿膀蒅薀袂羃莁蕿肄膈莇薈螄肁芃薇袆芆腿薆羈聿蒈薅蚈芅莄蚅螀肈芀蚄袃芃膆蚃羅肆薅蚂螅衿蒁蚁袇膄莇蚀罿羇节虿虿膂膈虿螁羅蒇螈袄膁莃螇羆羄艿螆蚅腿膅螅袈羂薄螄羀芇蒀螃肂肀莆螃螂芆节荿袄肈膈莈羇芄蒆蒇蚆肇莂蒇蝿节芈蒆羁肅芄蒅肃羈薃蒄螃膃葿蒃袅羆莅蒂羈膂芁蒁蚇羄膇薁蝿膀蒅薀袂羃莁 物质制备技术单元1：无机物制备技术学习目标 1、掌握基本无机物制备的基本原理和基本方法；2、进一步巩固、掌握无机物制备的操作技术；3、学会选择适当的实验装置；4、学会产率计算方法。学习内容物质的制备是化学实验中比较重要的内容之一，它是由较简单的无机物或有机物通过化学反应得到较复杂的无机物和有机物的过程。通过学习物质的制备技术，可以进一步地了解怎样以最基本的原料得到生产和日常生活中所必须的化工产品。例如，“三大合成材料”，一些药物、染料、洗涤剂、杀虫剂、化妆品、食品添加剂等是怎样制得的。因此，学习物质的制备技术在化工生产中具有重要的意义。无机物的制备又称为无机合成，是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。无机化合物种类很多，到目前为止已有百万种以上，各类化合物的制备方法差异很大，即使同一种化合物也有多种制备方法。为了制备出较纯净的物质，通过无机制备得到的 “粗品”往往需要纯化，并且提纯前后的产物，其结构、杂质含量等还需进一步鉴定和分析。 训练项目硫酸亚铁铵的制备训练目的1了解硫酸亚铁铵的制备方法及特性。 2练习无机制备的一些基本操作，包括水浴加热，减压过滤、蒸发、浓缩及结晶等。3了解用目测比色法检验产品的质量。制备原理复盐硫酸亚铁铵FeSO4(NH4)2SO46H2O俗称莫尔盐。它是浅蓝绿色透明晶体，易溶于水，在空气中比一般亚铁盐稳定，不易被氧化。 由于硫酸亚铁铵在水中的溶解度在O60范围内比组成它的简单盐(NH4)2SO4和FeSO47H2O要小，因此只需将它们按一定比例在水中溶解，混合，即可制得硫酸亚铁铵晶体。其方法为： 1将金属铁溶于稀硫酸，制备硫酸亚铁。反应方程式为：Fe + H2SO4 FeSO4 + H2 2将制得的FeSO4溶液与等物质的量的(NH4)2SO4在溶液中混合，经加热浓缩，冷却至室温后可得到溶解度较小的硫酸亚铁铵晶体。FeSO4 + (NH4)2SO4 + 6H2O FeSO4(NH4)2SO46H2O产品硫酸亚铁铵中的主要杂质是Fe3十，产品质量的等级也常以Fe3+的含量多少来评定。本实验采用目测比色法，将一定量产品溶于水中，加入NH4SCN后，根据生成的血红色的Fe(SCN)n3-n颜色的深浅与标准色阶比较后，确定Fe3十的含量范围。例如，取1mL含Fe3十0.05g/L标准液配成色阶，则此色阶的Fe3+量为0.05g/L0.001L=510-5g设取试样为1g。配成试液,进行比色,结果与含Fe3十0.05 g/L的标准色阶相同，则试样含Fe3十=510-5g/L=0.005。训练应具备的条件水浴装置 普通漏斗 布氏漏斗 吸滤瓶 水泵(即水压真空喷射泵) 台称蒸发皿锥形瓶(250mL) 烧杯(50、100、150mL) 量筒(10mL、50mL) 表面皿铁屑(或铁粉) 铁钉(已除油) (NH4)2SO4(固) H2SO4(3mol/L)Na2CO310(m) NH4SCN25(m) KMnO4(0.01mol/L) NaOH(2mol/L) HCl(2mol/L) BaCl2(1mol/L) Fe3十标准溶液 pH试纸 滤纸。训练过程 1硫酸亚铁的制备 称取4g铁屑注3，放入250mL锥形瓶中，加入3mol/L H2SO4约25mL，记下液面位置，水浴加热控制反应温度在7080范围之内，不要超过90。反应装置应靠近通风口。 加热反应过程中，可不断补充其中被蒸发掉的水份(加热不要过猛，反应不要太快，尽可能维持原来的液面刻度水平)。反应过程中略加搅拌，使铁屑同H2SO4反应完全及防止反应物底部过热而产生白色沉淀。为避免FeSO4晶体过早析出，当反应物呈灰绿色及不冒气泡时，即可趁热(为什么?)进行普通过滤。分离溶液和残渣。滤渣可用少量热水洗涤，滤液则转移至大蒸发皿中，留待下一步使用。 2硫酸亚铁铵的制备 根据溶液中生成FeSO4的量。按FeSO4:(NH4)2SO4=1:0.8(质量比)的比例。称取(NH4)2SO4固体，加入上述盛有制备的FeSO4溶液的蒸发皿中，放入一枚洁净的铁钉，用小火缓慢均匀加热(最好用水浴加热)蒸发浓缩至液面出现晶膜为止(浓缩开始时可适当搅拌，后期则不宜搅拌)，静置缓慢冷却至室温，硫酸亚铁铵即结晶析出。抽滤，将晶体夹在两张滤纸中吸干。称量，计算产率。 3产品质量检验 (1)试用实验方法证明产品中含有NH4+、Fe2+和SO42-。 (2) Fe3十离子的含量分析称取1.0g产品,置于25mL比色管中,用15mL不含氧的蒸馏水溶解,加入3mol/L H2SO4 lmL，和25(m) NH4SCN溶液lmL，再加入不含氧的蒸馏水至比色管刻度线，摇匀，并与标准色阶(标准溶液由实验室提供)进行比较，确定产品含Fe3+的纯度级别。 级 别I级级级 标准中要求含Fe3+，0.0050.010.02 相当于本测定方法标准比色阶含Fe3+，g510-5110- 42l0- 4 注：1含Fe3+标准溶液的配制 在分析天平上准确称取NH4Fe(SO4)212H2O（硫酸高铁铵）1.7268g，于小烧杯中用少量蒸馏水溶解并加入3mol/L H2SO4 5mL全部转移至1L的容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，此溶液含Fe3+ 0.2g/L。然后，取一定量含Fe3+ 0.2g/L标准液分别配成0.1g/L、0.05g/L的Fe3+标准液。 2标准比色阶的制取 取含Fe3+ 0.05g/L、0.1g/L、0.2g/L标准液各1mL，分别置于3支25mL的比色管中，加入3mol/L H2SO4 1mL和25(m) NH4SCN溶液lmL，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀，即制得标准比色阶，其相应Fe3+的含量为510-5g，110- 4g，2l0- 4g。 3如铁屑上有油污，可加入适量10Na2CO3溶液，加热煮沸10min，用倾析法除去碱液，再用蒸馏水洗净铁屑，直至中性。以免在下步反应中残留的碱耗去加入的硫酸，使反应过程中酸度不够。4蒸发至刚出现晶膜即可冷却。如果蒸发过头，会造成杂质FeSO4或(NH4)2SO4的析出，使产品不纯，此外，还会使晶体中结晶水的数目达不到要求，产品结成大块，难以取出。硝酸钾的制备训练目的 1、学习用转化法制备硝酸钾晶体；2、进一步熟悉溶解、过滤操作，练习重结晶操作。制备原理 工业上常采用转化法制备硝酸钾晶体，其反应如下： NaNO3+KClNaCl+KNO3 上述反应是可逆的，根据氯化钠的溶解度随温度变化不大，而氯化钾、硝酸钾和硝酸钠在高温时具有较大或很大的溶解度而温度降低时溶解度明显减小（如氯化钾、硝酸钠）或急剧下降（如硝酸钾）的这种差别，将一定浓度的硝酸钠和氯化钾混合液加热浓缩，当温度达118-120时，由于硝酸钾溶解度增加很多，它达不到饱和，不析出，而氯化钠的溶解度增加甚少，随浓缩、溶剂水的减少，氯化钠析出。通过热过滤除去氯化钠，将此溶液冷却至室温,即有大量硝酸钾析出,氯化钠仅有少量析出,从而得到硝酸钾粗产品。在经过重结晶提纯,得到纯品。硝酸钾等四种盐在不同温度下的溶解度（g/100g水）温度/oC0102030406080100KNO313.320.931.645.863.9110.0169246KCl27.631.034.037.040.045.551.156.7NaNO373808896104124148180NaCl35.735.836.036.336.637.338.439.8训练应具备的条件 量筒、烧杯、台称、石棉网、三脚架、铁架台、热滤漏斗、布式漏斗、吸滤瓶、抽气泵（水流唧桶）、瓷坩埚、温度计（200）、比色管（25ml）、硝酸钠（工业级）、氯化钾（工业级）、AgNO3训练内容 1、在台秤上称取20g硝酸钾和17g氯化钾（取药量依据反应式给出的计量比，可根据工业品的实际纯度自行折算），放入100ml小烧杯中，加30ml蒸馏水，加热只至沸，使固体溶解（记下小烧杯中液面的位置）。2、继续加热并不断搅动溶液，氯化钠逐渐析出，当体积减少到约为原来的1/2时（或热至118）时，趁热进行热过滤（热过滤操作见前述，漏斗颈应尽可能短，为什么？），动作要快！承接滤液的烧杯预先加入2ml蒸馏水，以防降温时氯化钠达饱和而析出。3、待滤液冷却到室温，用减压过滤法把硝酸钾晶体尽量抽干。得到的晶体为粗产品、称重。4、粗产品的重结晶 （1） 除保留少量（0.10.2g）粗产品提供纯度检验外，按粗产品：水=2：1（质量比），将粗产品溶于蒸馏水中。（2） 加热、搅拌、待晶体全部溶解后停止加热。若溶液沸腾时，晶体还未完全溶解，可再加极少量蒸馏水使其溶解。（3） 待溶液冷却至室温后抽滤，得到纯度较高的硝酸钾晶体,称量。纯度检验1、 定性检验 分别取0.1g粗产品和一次重结晶得到的产品放入两支小试管中，各加入2mL蒸馏水配成溶液。在溶液中分别滴入1滴5mol/L硝酸酸化，再各滴入0.1mol/L硝酸银溶液2滴，观察现象，进行对比，重结晶后的产品溶液应为澄清。2、 根据试剂级的标准检验样品中总氯量，于700灼烧15分钟，冷却，溶于蒸馏水中（必要时过滤），稀释至25ml，加2ml5mol/L硝酸和0.1mol/L硝酸银溶液，摇匀，放置10分钟。所呈浊度不得大于标准。标准时取下列数量的Cl-：优级纯，0.015mg；分析纯，0.030mg；化学纯，0.070mg。稀释至25ml，与同体积样品溶液同时同样处理。（氯化钠标准溶液依据GB602-77配制， 见附注）本实验要求重结晶后的硝酸钾晶体含氯量达化学纯为合格，否则应再次重结晶，直至合格。最后称量，计算产率，并与前几次的结果相比较。附注：根据中华人民共和国国家标准（GB647-77）化学试剂硝酸钾的杂质最高含量（指标以%计）名称优级纯分析纯化学纯澄清度试验合格合格合格水不溶物0.0020.0040.006干燥失重0.20.20.5总氯量（以Cl计）0.00150.0030.007硫酸盐（SO42-）0.0020.0050.01亚硝酸盐及碘酸盐（以NO3-计）0.00050.0010.002磷酸盐（PO43-）0.00050.0010.001钠（Na）0.020.020.05镁（Mg）0.0010.0020.004钙（Ca）0.0020.0040.006铁（Fe）0.00010.00020.0005重金属（以Pb计）0.00030.00050.001三草酸合铁（）酸钾的制备和组成测定 训练目的1掌握合成K3Fe(C2O4)33H2O的基本原理和操作技术；2加深对铁（）和铁（）化合物性质的了解；3掌握容量分析等基本操作。 制备原理本实验以硫酸亚铁铵为原料，与草酸在酸性溶液中先制得草酸亚铁沉淀，然后再用草酸亚铁在草酸钾和草酸的存在下，以过氧化氢为氧化剂，得到铁（）草酸配合物。主要反应为(NH4)2Fe(SO4)2 + H2C2O4 + 2H2O =FeC2O42H2O+ (NH4)2SO4 + H2SO42FeC2O42H2O + H2O2 + 3K2C2O4 + H2C2O4 =2K3Fe(C2O4)33H2O改变溶剂极性并加少量盐析剂，可析出绿色单斜晶体纯的三草酸合铁（）酸钾，通过化学分析确定配离子的组成。用KMnO4标准溶液在酸性介质中滴定测得草酸根的含量。Fe3+ 含量可先用过量锌粉将其还原为Fe2+，然后再用KMnO4标准溶液滴定而测得，其反应式为 +16H+ =10CO2+2Mn2+ + 8H2O 5Fe2+ +8H+ =5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O 训练应具备的条件托盘天平，分析天平，抽滤装置，烧杯（100mL），电炉，移液管（25mL），容量瓶（50mL, 100Ml），锥形瓶（250mL）。(NH4)2Fe(SO4)26H2O，H2SO4(1molL1)，H2C2O4（饱和），K2C2O4（饱和），KCl (A. R)，KNO3(300gL1)，乙醇（95%），乙醇丙酮混合液（1 : 1），K3Fe(CN)6 (5%)，H2O2 (3%)。 训练过程1三草酸合铁（）酸钾的制备（1）草酸亚铁的制备 称取5g硫酸亚铁铵固体放在250mL烧杯中，然后加15mL蒸馏水和56滴1molL1 H2SO4，加热溶解后，再加入25mL饱和草酸溶液，加热搅拌至沸，然后迅速搅拌片刻，防止飞溅。停止加热，静置。待黄色晶体FeC2O42H2O沉淀后倾析，弃去上层清液，加入20mL蒸馏水洗涤晶体，搅拌并温热，静置，弃去上层清液，即得黄色晶体草酸亚铁。（2）三草酸合铁（）酸钾的制备 往草酸亚铁沉淀中，加入饱和K2C2O4溶液10mL，水浴加热313K，恒温下慢慢滴加3%的H2O2溶液20mL，沉淀转为深棕色。边加边搅拌，加完后将溶液加热至沸，然后加入20mL饱和草酸溶液，沉淀立即溶解，溶液转为绿色。趁热抽滤，滤液转入100mL烧杯中，加入95%的乙醇25mL，混匀后冷却，可以看到烧杯底部有晶体析出。为了加快结晶速度，可往其中滴加几滴KNO3溶液。晶体完全析出后，抽滤，用乙醇丙酮的混合液10mL淋洒滤饼，抽干混合液。固体产品置于一表面皿上，置暗处晾干。称重，计算产率。 2三草酸合铁（）酸钾组成的测定（1）KMnO4溶液的标定 准确称取0.130.17gNa2C2O4三份,分别置于250mL锥形瓶中,加水50mL使其溶解,加入10mL 3 molL-1H2SO4溶液,在水浴上加热到7585,趁热用待标定的KMnO4溶液滴定,开始时滴定速率应慢,待溶液中产生了Mn2+后, 滴定速率可适当加快,但仍须逐滴加入,滴定至溶液呈现微红色并持续30s内不褪色即为终点。根据每份滴定中Na2C2O4的质量和消耗的KMnO4溶液体积,计算出KMnO4溶液的浓度。（2）草酸根含量的测定 把制得的K3Fe (C2O4)33H2O在5060于恒温干燥箱中干燥1h，在干燥器中冷却至室温，精确称取样品约0.20.3g，放入250mL锥形瓶中，加入25mL水和5mL 1molL1 H2SO4，用标准0.02000 molL1 KMnO4溶液滴定。滴定时先滴入8mL左右的 KMnO4标准溶液，然后加热到343358K（不高于358K）直至紫红色消失。再用KMnO4滴定热溶液，直至微红色在30s内不消失。记下消耗KMnO4标准溶液的总体积，计算K3 Fe (C2O4)33H2O中草酸根的质量分数，并换算成物质的量。滴定后的溶液保留待用。（3）铁含量测定 在上述滴定过草酸根的保留溶液中加锌粉还原，至黄色消失。加热3min，使Fe3+ 完全转变为Fe2+，抽滤，用温水洗涤沉淀。滤液转入250mL锥形瓶中，再利用KMnO4溶液滴定至微红色，计算K3 Fe (C2O4)33H2O中铁的质量分数，并换算成物质的量。结论：在1mol产品中含 mol，Fe3+ mol，该物质的化学式为 。 提示1 水浴40下加热，慢慢滴加H2O2。以防止H2O2分解。2 在抽滤过程中，勿用水冲洗粘附在烧杯和布氏滤斗上的绿色产品。从废电池回收锌皮制取七水硫酸锌训练目标1、掌握制备ZnSO47H2O的原理。2、熟练掌握过滤、洗涤、蒸发、结晶等基本操作。制备原理稀H2SO4与锌皮反应得到ZnSO4. Zn + H2SO4 (稀)= ZnSO4 + H2锌皮中的杂质铁也同时溶解生成Fe2+ Fe + H2SO4(稀)= FeSO4 + H2 用HNO3将Fe2+氧化为Fe3+。 3Fe2+ + NO3- + 4H+ = 3 Fe3+ + 2H2O + NO用NaOH将溶液pH值调至8，使Zn2+、Fe3+沉淀为相应的氢氧化物。 Zn2+ + 2OH- = Zn(OH)2 Fe3+ + 3OH- = Fe(OH)3洗涤沉淀至无Cl-。用稀H2SO4溶解Zn(OH)2,控制pH=4,这时Fe(OH)3不溶解。反应式为Zn(OH)2+ H2SO4 = ZnSO4+ 2H2O过滤除去Fe(OH)3。将滤液蒸发，结晶得到ZnSO47H2O。训练应具备的条件仪器：过滤 抽滤装置 比色管 水浴 蒸发皿药品：2.0mol/L H2SO4 3.0mol.L HNO3 3.0mol/L HCl 3.0mol/LNaOH 0.5mol/L KCNS 饱和FeSO4 苯 pH试纸 废电池锌皮 0.1mol/L AgNO3。训练过程1、废锌皮的处理及溶解废电池的锌皮上常粘有ZnCl2、NH4Cl、MnO2及沥青、石蜡等。在用醋酸溶解前，在水中煮沸30分钟，再刷洗，以除去上述杂质。 称取7g处理过的干净锌皮，剪碎，放入250mL烧杯中，加入60mL2mol/LH2SO4,微微加热使反应进行。反应开始后停止加热，放置过夜。过滤，得到滤液。将滤纸上的不溶物干燥后称重，计算实际溶解锌的克数。2、Zn(OH)2的生成和洗涤将上面滤液移入500mL烧杯中，加热，加浓HNO3 3滴，搅拌，使Fe2+被氧化成Fe3+。稍冷，逐滴加入3mol/L的NaOH溶液，并不断搅拌，直至pH为8，使Zn2+沉淀完全。加100mL蒸馏水，搅匀，进行抽滤，再用蒸馏水洗涤沉淀，至洗涤液中不含有Cl-为止。弃去滤液。3、溶解Zn(OH)2及除去铁杂质将洗净的Zn(OH)2沉淀放入一洗净的烧杯中，逐滴加入2mol/LH2SO4,并加热搅拌，控制pH为4。加热煮沸使Fe3+完全水解为Fe（OH）3沉淀，趁热过滤。用10-15mL蒸馏水洗涤沉淀，将洗涤液并入滤液，弃去沉淀。4、蒸发结晶将上面除去Fe2+的滤液移入一蒸发皿中，加入几滴2mol/L的H2SO4，使pH为2。在水浴上浓缩至液面出现晶膜。自然冷却后抽滤，晾干，称重，计算产率。产品检验：检验所得ZnSO47H2O产品是否符合试剂三级品要求。称