电解法和传统法制碘仿实验报告.doc

综 合 化 学 实 验 报 告实验名称： 电解法和传统化学法合成碘仿实验 专业 姓名 学号 实验日期 年 月 日 年 月 日一、实验目的 1.熟悉电化学方法在有机合成中的应用 2.掌握电化学合成碘仿的基本原理 3.掌握电流效率等概念以及电化学合成的基本操作及影响因素 4.熟悉化学法合成碘仿的原理和操作，并与电解法进行比较，对比讨论两者的优缺点二实验原理 1.电解法： 主反应： 副反应： 其中副反应每生成1mol IO3- 会消耗6mol电子。因此，在制备碘仿实验中，实际通过 的电量要大于理论计算的数值。 反应式所需的电量与实际通过的电量之比称为电流效率。 2.化学法： NaI+NaClONaIO+NaCl CH3COCH3+3NaIOCH3COCI3+3NaOH CH3COCI3+NaOHCHI3+CH3COONa三实验仪器与药品 1.仪器：电磁搅拌器、直流电源、电解池、自制电极（1对Ni电极和1对Cu电极）、 水浴锅、布式漏斗、pH试纸、数字熔点仪 2.药品：碘化钠（A.R.）、次氯酸钠（A.R.）、丙酮（A.R.）、乙醇（95%）四实验步骤 1.化学法制备碘仿 如图搭好装置， 在搅拌条件下向三颈烧瓶中依此加入50mL水，7.7gNaI和1mL丙酮。在滴液漏斗 中加入50mL5%的NaClO溶液。通过滴液漏斗逐滴向三颈烧瓶中滴加NaClO溶液， 控制温度在25以下。滴加完之后，继续搅拌30分钟，停止反应。抽滤。于3540 烘箱中进行干燥，得粗产品。用大约40mL95%乙醇加热溶解 所得粗产品。溶解采用右图所用装置。溶解完全后趁热抽滤，所 得母液在冰水浴中结晶，待结晶完全后抽滤，干燥，称量，并用 数字熔点仪测重结晶后的产品熔点。 2.电解法制备碘仿 在一定温度下，向电解池中加入100mL水。搅拌下加入7.7g碘化钠，待固体 溶解后，再加入1mL丙酮，混合均匀后测pH并记录。安装好电极，在某一电流下 开始电解，记下起始时间。1min后再测pH值并记录，实验中分别记录1,3,5，,10min 反应（5min后每隔5min记录一次）时体系pH值和电流。电解30min后，切断电源， 停止电解。将电解液用布氏漏斗抽滤，得到的粗产品在烘箱中干燥后称重。 实验中需做对比实验。对比条件分别为电极材料，反应温度，电解电压。 (1)电极材料 1.Ni电极 采用两个Ni箔电极分别作为阴极和阳极，浸入液体中的尺 寸为2cm1cm，电极间距调节为2 cm。控制水浴温度为25，调整电压为10.OV。 进行电解。 2.Cu电极 采用两个Cu箔电极分别作为阴极和阳极，浸入液体中的尺 寸为2cm1cm，电极间距调节为2 cm。控制水浴温度为25，调整电压为10.OV。进 行电解。并与Ni电极的电解进行对比。 (2)电解电压（Ni电极，水浴T=25） 1.电压U1=10.0V 2.电压U1=6.0V 电解完全后两者相互比较。 (3)电解温度（Ni电极，电压U=10.0V） 1.水浴T1=25 2.水浴T1=42 电解完全后两者相互比较。 3.重结晶 将将化学法和电解法得到的粗产品分别进行重结晶。粗产品用适量的乙醇在加热 搅拌回流的条件下溶解。乙醇的用量应使碘仿恰好溶解，待固体完全溶解后再加1mL 左右，趁热过滤。将母液用冰浴冷却，使晶体充分析出，抽滤所得混合物。将得到的 固体干燥，称量，并用数字熔点仪测量熔点。五、结果与讨论 1.化学法 理论产量计算：m(NaI2H2O)=7.7g n(NaI2H2O)=0.04142mol 1mL CH3COCH3 n（CH3COCH3）=0.0136mol n(NaI2H2O)/3 所以，化学法制得的碘仿产率以丙酮为标准计算： 由反应式：NaI+NaClONaIO+NaCl CH3COCH3+3NaIOCH3COCI3+3NaOH CH3COCI3+NaOHCHI3+CH3COONa 理论可得：n（CHI3）= n（CH3COCH3）=0.0136mol 即m（CHI3）=5.355g 实验得到重结晶后的纯产物m（CHI3）=1.8g 产率为 1.8/5.355100%=33.6% 产物测得熔点为118.2,118.5。平均熔点为118.5 2.电解法 Cu电极，电解电压10.0V，水浴温度25，碘化钠7.7g反应时间/min0135101520253035pH值781011111212121313电流/A0.270.260.260.260.240.150.110.080.060.06粗产量/g0.1 Ni电极，电解电压10.0V，水浴温度25，碘化钠7.7g反应时间/minpH值电流/A粗产量/g070.770.8190.743100.785100.8110110.8015110.8420120.9025120.9130130.9635130.9640141.0045141.00 Ni电极，电解电压6.0V，水浴温度25，碘化钠7.7g反应时间/minpH值电流/A粗产量/g070.320.2180.33390.315100.2910100.2915100.3320110.3625120.3630120.3535120.3240130.3545130.35 Ni电极，电解电压10.0V，水浴温度42，碘化钠7.7g反应时间/minpH值电流/A粗产量/g070.860.81110.833110.825120.8810120.9115120.9220130.9025130.9030140.9235140.9140140.8645140.89重结晶后总产物为0.6g，两次测得熔点分别为118.3，118.6。 I-t图 从下到上电子量分别为3.1110-3mol、6.1310-3mol、16.6910-3mol、15.8810-3mol pH-t图 由于采用广泛pH试纸，故pH值记录误差较大，但可以看出总体趋势是酸性增强。 由I-t图可知，Ni电极在单位时间内通过的电量大于Cu电极，故Ni电极在时间上效率 较Cu电极高。 从总体上看，电流都有一个增大、减小的过程，增大的过程应该是发生了主反应， 随着反应的进行，主反应强度减弱，而电极随着I2以及Cu(OH)2等产生使得电极极化，电 流下降。 电解电压从10V降到6V，反应中通过电量显著下降，意味着有利于电解的进行，有 利于增加碘仿的产量，但当电压过大时，氢气在镍电极上的超电位增大，会增加消耗的电 能，可能会使电流效率降低。 42电解体系电流密度略高于25电解体系，说明在其他条件相同时，在一定温度 范围内，升高温度有利于电解的进行，有利于提高碘仿产量。因为温度加快传质过程，使 得在阳极部位生成的碘单质迅速扩散，与丙酮反应生成碘仿。 pH增大的原因是阴极不断产生氢氧根离子，而阳极总反应既不产生氢氧根也不生成， 因此溶液的pH值逐渐升高。6、 思考与讨论 1.电解法制备有机物时电极材料是首要考虑的问题，其应具备的条件：具有良好的催化 活性 导电性能良好 稳定性好 具有一定的机械强度。本实验采用的是金属电极， 但由于金属电极很容易发生本身的电解氧化，使得电流效率很低，且产物不纯，但良好的 惰性金属价格昂贵，不适合大规模使用，可以考虑采用石墨电极。 2.讨论温度、搅拌、电解电压等因素对电解合成的影响：电化学反应电极过程主要有反应 物向电极表面传质、电子转移、产物离开电极或进入电极内部、电子转移前或电子转移后 在溶液中进行的化学转化、表面反应。其中物质的传质受温度、搅拌的影响较大，增大传 质，增强搅拌的强度有助于物质传质，促进电化学反应。电解电压对电子的转移影响较大， 故增大电压可以促进电化学反应进行。其中本实验中搅拌强度若不够，易使阴极产生的碘 单质附着在电极上，不利于溶液反应且会增大电极极化。 3.比较电解法和传统法：电解法的氧化剂为失电子，而传统法中氧化剂为 NaClO，考虑到重结晶后的产品质量，电化学法所用氧化剂仅为传统法的1/9，所以电化 学法更为经济，但需要解决电极和反应条件的优化问题，尽量减少副反应。七、结论 1.电解法合成碘仿实验中，反应温度、电解电压、以及电极材料对电解反应影响很大，本 实验可以得出结论：在一定的范围内，Ni电极优于Cu电极，电解电压越高反应越好,温度 越高反应越好。电解电压和温度在哪个范围内于产量正相关没有进行实验。 2.在