综合化学实验讲义-汇总

1、精选优质文档-倾情为你奉上综合化学实验讲 义天津工业大学化学实验中心2013-9专心-专注-专业前 言自2008年开始，我们开展了综合化学实验教学探索，根据卓越、创新人才培养目标，首先在材料专业开始综合化学实验教学，随后推广至应用化学、化学工程、制药工程专业。在基础化学实验教学的基础上,建立了综合化学实验课程,编写了相应的实验讲义。在实验教学内容的安排上，立足四大基础化学，以有机合成、无机合成为主线，结合仪器分析测量手段和物理化学方法，设计不同方向层次综合化学实验，旨在培养学生解决实际问题的能力及相关科学研究兴趣。目前共编写了17个实验，这些实验均结合了近来来我校学生的开放实验项目，大学生课外

2、科技创新项目及教师的科学研究项目等工作，将最新的研究成果编写成相应的实验内容，每一个实验基本上都包含了两个或两个以上二级学科的内容，使得学生能从实际的化学研究，产品开发等方面培养解决综合性问题和实际问题的能力，更快地掌握科学研究和生产实践的思想方法和基本技能。目 录实验一 顺式KCr(C2O4)2(H2O)2·2H2O的合成与组成分析 4实验二 天然表面活性剂茶皂素提取及性能研究 8实验三 溶胶的制备及性质研究 10实验四 疏水型大孔树脂吸附亚甲基蓝 16实验五 溶胶-凝胶法制备纳米TiO2及其光催化性能研究 19实验六 硫醇自组装动力学的测定 23实验七 液致相分离法制备聚苯乙烯微

3、孔膜 28实验八 稻壳多孔炭的制备及对孔雀石绿的吸附性能研究 30实验九 丙交酯的制备及聚乳酸的合成 34实验十 大环配合物Ni(14)4，11二烯N4I2合成和特性 37实验十一 苯亚甲基苯乙醛酮（查尔酮）的制备 40实验十二 沉淀法制备碳酸铝铵 41实验十三 2-巯基-4，6-二甲基嘧啶的合成 43实验十四 水杨醛缩水杨酰肼席夫碱的合成 45实验十五 十二烷基硫酸钠表面活性剂的制备及性能研究 47实验十六 非晶态Ni-B合金的制备及表征 48实验十七 植物油渣油中提取甾醇及制备生物柴油 50实验一 顺式-KCr(C2O4)2(H2O)2·2H2O的合成与组成分析一、实验目的1了解

4、顺式KCr(C2O4)2(H2O)2·2H2O的制备方法及有关分析方法。2加深对配位化合物顺反异构体性质的了解。3学习配位化合物的固相合成方法。二、实验原理K2Cr2O7和H2C2O4·2H2O发生氧化还原反应，随反应条件及浓度的不同，可以生成不同的配合物，以及K3Cr(C2O4)3·3(H2O)2(蓝绿色晶体) 在水溶液中，顺、反式配合物共存并达平衡，温度升高有利于生成顺式配合物。顺式配合物易溶于水，而反式配合物的溶解度比顺式配合物小得多。相对顺式配合物的制备，反式配合物要求的温度稍高并需要避免引入大量水分。在稀氨水中它们都形成相应的碱式盐KCr(C2O2)2(

5、OH)H2O ： 其中顺式配合物溶于水成墨绿色溶液，反式配合物为浅棕色不溶物。本实验利用顺、反异构体溶解度的不同，由K2Cr2O7和H2C2O4·2H2O在水的催化下直接进行固相反应，再从非水溶剂中析出顺式配合物晶体。K2Cr2O7 + 7H2C2O4·2H2O 2 KCr(C2O2)2(OH)H2O + 3H2O + 6CO2两种异构体中配体对中心离子d电子的影响不同，使d轨道的分裂能不相等。顺式配合物的分裂能(= 17700cm-1 )小于反式配合物(= 18800cm-1)。物质导电能力的大小，通常以电阻(R)或电导(G)表示，G=1/R ，电导的单位为西(S)(1S

6、=1-1)。电解质溶液的电阻也符合欧姆定律。电阻率()的倒数称为电导率，以表示，= 1/，单位为S ·m-1。电导率是在一定温度下，电极截面积为1m2的电极相距为1m时溶液的电导。当电极间含有1mol电解质溶液时的电导称为摩尔电导率，用m表示，单位为S·m2·mol-1。摩尔电导率与电导率的关系为m = /c式中：为电解质溶液的物质的量浓度(mol·m-3)。若c的单位用mol·L-1表示，则 m = 1000/c电导率由电导率仪测定。当测得已知浓度的溶液的电导率后，就可求得摩尔电导率m。电解质溶液的摩尔电导率m与电解质溶液的稀度(浓度的倒数1

7、/c)及离子的电荷数有关。25时，各种类型的离子化合物在稀度为1024时的摩尔电导率(以1024表示，单位为S·m2·mol-1)大致范围如表14所示。 不同类型离子化合物的摩尔电导率化合物类型MA2 MA3 MA4MAM2A M3A M4A1024(10-4)/ S·m2·mol-1118131 235273 408442 523553由电导率仪测得稀度(1/c)为1024时的电导率()，再按m = 1000/c 求出摩尔电导率(m)，对照上表，就可确定离子化合物的类型。三、仪器与试剂仪器：分析天平；分光光度计；电导率仪(铂黑电极)；烘箱；显微镜；布氏

8、漏斗；吸滤瓶；容量瓶(100, 50mL)；吸量管(10mL)；量筒(25mL)；研钵，蒸发皿，水浴锅，玻璃棒，胶头滴管，水泵，滤纸，样品袋，烧杯(100 mL)。试剂：K2Cr2O7(化学纯)；H2C2O4·2H2O(化学纯)；无水乙醇(化学纯)；CrCl3·6H2O(化学纯)；NH3·H2O(2mol·L-1)。四、实验步骤1配合物的合成按比例称取已研细的H2C2O4·2H2O(s)和K2Cr2O7(s) 4g，混合均匀后在干燥的蒸发皿中堆成锥形。在锥体顶部用玻璃棒压出一个小坑，向坑内加一滴水，盖上表面皿微微加热。立即发生激烈的反应，并有C

9、O2气体放出，反应物变成深紫色的黏稠液体。反应结束后立即向蒸发皿中加入20 mL无水乙醇，在水浴上微微加热，并用玻璃棒不断搅拌，使其成为微晶体。若一次不行，可倾出液体，再加入等量的无水乙醇，重复上面的操作，直到全部变成微晶体。过滤，晶体在60下烘干，称量。2观察晶体颜色，在显微镜下观察晶体形状。3用稀氨水溶解少量晶体，观察溶解程度和溶液颜色。4Cr(C2O4)2(H2O)2- 配离子分裂能的测定。配离子的分裂能可从电子光谱数据获得。以水为参比溶液，测定实验步骤5所配样品溶液1在波长530600nm区间的吸光度(A)。4 电导率法测定离子类型(1) 配制稀度为1/c = 1024 L·

10、mol-1的样品溶液50 mL。在分析天平上准确称取0.3g左右的产品(设为m)，用水溶解后，移入100mL容量瓶，稀释至刻度。摇匀备用(设为溶液1)。其中 = 339g·mol-1按下式计算配制稀度1/c = 1024L·mol-1的溶液50mL(设为溶液2)时，所需溶液1的体积为V1为 用量液管从溶液1中移取V1溶液于50容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，即得稀度1/c = 1024L·mol-1的溶液(溶液2)。(2) 将溶液2倒入洁净、干燥的小烧杯中，用电导率仪测定溶液的电导率。五、实验结果与讨论(1)产品质量m g ；产品颜色 ；产品形状 。(2)产品在稀氨水

11、中溶解程度 ；溶液颜色 。(3)溶液1在波长530600区间的吸光度(A)见下表：波长/nm 530 540 550 560 565 570 580 590 600吸光度A以波长为横坐标，吸光度A为纵坐标作A曲线，找出配合物在该波长范围内的最大吸收峰所对应的波长max= nm ；配合物分裂能 cm-1；配合物摩尔吸光系数 (其中c为物质的量浓度，b为比色皿厚度，单位为cm)。(4)样品溶液的电导率= S·m-1。(5) 1024 = 1000/c S·m2·mol-1。产品的离子化合物类型为 型。六、注意事项绘制A曲线时，注意坐标的取值。一般取纵坐标每2cm相当于

12、吸光度0.1，横坐标每2cm相当于20nm 。七、思考题1电解质溶液导电的特点是什么？什么叫电导、电导率和摩尔电导率？2在制备顺式KCr(C2O4)2(H2O)2·2H2O的配合物时，起什么作用？3在制备顺式KCr(C2O4)2(H2O)2·2H2O的配合物时，为什么要尽量避免水溶液生成？4向三氯化铬中加入稀氨水会出现什么现象？与本实验中配合物的稀氨水溶液是否相同？为什么？实验二 天然表面活性剂茶皂素的提取及性能研究一、概述茶油饼是由油茶籽、山茶籽压榨制油之后的副产物。茶油饼中富含茶皂素、维生素、蛋白质、脂肪、多糖、黄酮、单宁、咖啡碱、各种色素等多种有益物质。茶油饼中成分含

13、量大概为：粗蛋白15 ，粗脂肪5 ，糖类40 ，粗纤维6 ，皂素10-14，单宁2，咖啡碱0.95。1 我国油茶是世界上分布最广，品种最多的国家。茶皂素又名茶皂甙，是由茶树种子中提取出来的一类醣甙化合物，是一种性能良好的天然表面活性剂，茶皂素具有较高的经济价值，它可广泛应用于轻工、化工、农药、饲料、养殖、纺织、采油、采矿、建材与高速公路建设等领域，制造乳化剂、洗洁剂、农药助剂、饲料添加剂、蟹虾养殖保护剂、纺织助剂、油田泡沫剂、采矿浮选剂以及加气混凝土稳泡剂与混凝土外加剂防冻剂等。茶皂素味苦辛辣，刺激鼻粘膜易引起喷嚏，纯品为白色微细柱状晶体，吸湿性强，对甲基红呈明显酸性，难溶于无水甲醇、无水乙醇

14、，不溶于丙酮、苯、石油醚等有机溶剂， 易溶于水、含水甲醇、含水乙醇以及冰醋酸、醋酐、吡啶等。茶皂素溶液中加入盐酸时，皂甙易沉淀。熔点：224。二、仪器试剂试剂：油茶饼粕，乙醇，等。仪器：研钵，电加热套，电动搅拌，三口烧瓶，冷凝管，索氏提取，移液管，天平，滴管，玻璃棒，烧杯，容量瓶，熔点仪，最大泡压法测量表面张力装置，具塞量筒。三、实验要求：提取工艺流程：油茶饼粕粉碎溶剂浸提（或索氏提取）抽滤滤液蒸除溶剂真空干燥粗产品1、查阅文献，了解茶皂素的来源、性质及应用2、查阅文献，明确提取溶剂（本实验室提供乙醇、水）、提取工艺3、查阅文献，明确茶皂素作为表面活性剂的性质，并测试其表面张力、临界胶束浓度及

15、起泡性等。（要求参与实验的同学分成两部分，一部分测试表面张力，一部分测试起泡性）（浓度配制：1×10-6， 5×10-6，1×10-5，5×10-5，1×10-4，5×10-4，1×10-3，1×10-2 kg/L）实验三 溶胶的制备及性质研究一、实验目的学习溶胶制备的基本原理，并掌控制备溶胶的主要方法；了解影响溶胶稳定性的主要因素。二、实验原理溶胶系指极细的固体颗粒分散在液体介质中的分散体系，其颗拉大小约在1nm至1mm之间，若颗粒再大则称之为悬浮液。要制备出比较稳定的溶胶或悬浮液一般须满足两个条件：固体分散相的

16、质点大小必须在胶体分散度的范围内；固体分散质点在液体介质中要保持分散不聚结，为此，一般需加稳定剂。制备溶胶或悬浮液原则上有两种方法：特大块固体分割到胶体分散度的大小，此法称分散法；使小分子或离子聚集成胶体大小，此法称为凝聚法。(1) 分散法分散法主要有3种方式，即机械研磨、超声分散和胶溶分散。研磨法。常用的设备主要有胶体磨和球磨机等。胶体磨有两片靠得很近的磨盘或磨刀，均由坚硬耐磨的合金或碳化硅制成。当上下两磨盘以高速反向转动时(转速约500010000转分-1)，粗粒子就被磨细。在机械研磨中胶体磨的效率较高，但一般也只能将质点磨细到1mm左右。超声分散法。频率高于16000 Hz的声波称为超声

17、波。高频率的超声波传入介质，在介质中产生相同频率的疏密交替，对分散相产生很大撕碎力，从而达到分散效果。此法操作简单，效率高，经常用作胶体分散及乳状液的制备。胶溶法。胶溶法是把暂时聚集在一起的胶体粒子重新分散而成溶胶。例如，氢氧化铁、氢氧化铝等的沉淀实际上是胶体质点的聚集体，由于制备时缺少稳定剂，故胶体质点聚在一起而沉淀。此时若加入少量电解质，胶体质点因吸附离子而带电，沉淀便会在适当地搅拌下更新分散成溶胶。有时质点聚集成沉淀是因为电解质过多，设法洗去过量的电解质也会使沉淀转化成溶胶。利用这些方法使沉淀转化成溶胶的过程称为胶溶作用，胶溶作用只能用于新鲜的沉淀。若沉淀放置过久，小粒经过老化，出现粒子

18、间的连接或变成了大的粒子，就不能利用胶溶作用来达到重新分散的目的。(2) 凝聚法主要有化学反应法及更换介质法。此法的基本原则是形成分子分散的过饱和溶液，控制条件，使不溶物在成胶体质点的大小时析出。此法与分散法相比不仅在能量上有利，而且可以制成高分散度的胶体。化学反应法。凡能生成不溶物的复分解反应、水解反应以及氧化还原反应等皆可用来制备溶胶。由于离子的浓度对溶胶的稳定性有直接影响，在制备溶胶时要注意控制电解质的浓度。改换介质法。此法系利用同一种物质在不同溶剂中溶解度相差悬殊的特性，使溶解于良溶剂中的溶质，在加入不良溶剂后，因其溶解度下降而以胶体粒子的大小析出，形成溶胶。此法制作溶胶方法简便，但得

19、到的胶体粒子不太细。在溶胶中，分散相质点很小，这就使得溶胶具有许多与小分子溶液和粗分散体系不同的性质。这种性质主要有动力性质(包括布朗运动、扩散与沉降等)、光学性质(包括光散射现象等)、流变性质、电性质、表面性质以及由许多性质所决定的稳定性。本实验中只安排了一些小实验以使读者有感性认识。根据胶体体系的动力性质可知，强烈的布朗运动使得溶胶分散相质点不易沉降，而具有定的动力稳定性。但是由于分散相有大的相界面，故又有强烈的聚结趋势，因而这种体系又是热力学不稳定体系。此外，由于多种原因胶体质点表面常带有电荷，带有相同符号电荷的质点不易聚结，从而提高了体系的稳定性。带电质点对电解质十分敏感，在电解质作用

20、下胶体质点因聚结而下沉的现象称为聚沉。在指定条件下使某溶胶聚沉时，电解质的最低浓度称为聚沉值，聚沉值常用mmol.l-1表示。影响聚沉的主要因素有反离子的价数、离子的大小及同号离子的作用等。一般来说，反离子价数越高，聚沉效率越高，聚沉值越小，聚沉值大致与反离子价数的6次方成反比。同价无机小离子的聚沉能力常随其水比半径增大而减小，这一顺序称为感胶离子序。与胶体质点带有同号电荷的2价或高价离子对胶体体系常有稳定作用，即使该体系的聚沉值有所增加。此外，当使用高价或大离子聚沉时，少量的电解质可使溶胶聚沉；电解质浓度大时，聚沉形成的沉淀物又重新分散；浓度再提高时，又可使溶胶聚沉。这种现象称为不规则聚沉。

21、不规则聚沉的原因是，低浓度的高价反离子使溶胶聚沉后，增大反离子浓度，它们在质点上强烈吸附使其带有反离子符号的电荷而重新稳定；继续增大电解质浓度，重新稳定的胶体质点的反离子又可使其聚沉。向溶胶中加入少量的高分子化合物时常使稳定性降低或破坏，这种作用前者称为敏化作用，后者称为絮凝作用。但是，当加入的高分了化合物浓度较大时，则常可提高溶胶的稳定性，这种作用称为高分子的保护作用。一般认为，絮凝作用的机理是吸附在质点表面上的高分子长链可能同时吸附在其它质点的空白表面上，从而将多个质点拉在一起，导致絮凝。而高分子浓度大时质点表面可完全被吸附的高分子化合物覆盖，质点间不再能被拉扯到一起，从而产生保护作用。三

22、、仪器药品72型分光光度计，显微镜(带暗视场聚光镜)，35mW氦氖激光管。滴定管，烧杯，试管，量筒，锥形瓶，移液管。三氯化铁，氨水，硫磺，硫酸，硫代硫酸钠，硝酸银，碘化钾，丹宁酸，氯化铝，水解聚丙烯酰胺。四、实验步骤(1) 溶胶的制备 胶溶法氢氧化铁Fe(OH)3溶胶的制备。取10m1 20FeCl3放在小烧杯中，加水稀释到100 m1，然后用滴管逐滴加入10NH4OH到稍微过量为止。过滤生成的Fe(OH)3沉淀，用蒸馏水洗涤数次。将沉淀放入另一烧杯中，加10ml蒸馏水，再用滴管滴加约10滴左右的20FeCl3溶液，并用小火加热，最后得到棕红色透明的Fe(OH)3溶胶。改换介质法硫溶胶的制各。

23、取少量硫黄放在试管中加2ml酒精，加热至沸腾，使硫黄充分溶解。趁热将上部清液倒入盛有20ml水的烧杯中，并搅动之，得到硫溶胶。注意观察出现的现象。化学反应法硫溶胶的制备(氧化还原法)。取1m1浓度为1mol.l-1的H2SO4和1ml浓度为1mol.l-1的Na2S2O3溶液，然后将两溶液各冲稀到10m1后混合，待观察到溶液开始混浊时倒入一干净的试管，透过光线观察溶胶颜色的变化。当溶胶混浊增加到盖住颜色时(约需几分钟)，再把溶液冲稀一倍继续观察溶胶的颜色变化。记下溶胶颜色随时间变化的情况。碘化银(AgI)溶胶的制备（复分解法）。在两锥形瓶中分别准确地加入5ml 0.02 mol.l-1KI和5

24、ml 0.02 mol.l-1AgNO3溶液，在盛有KI溶液的瓶中再准确地用滴定管滴加4.5ml 0.02 mol.l-1AgNO3溶液。在另一盛有AgNO3溶液的瓶中再准确地滴加4.5ml 0.02 mol.l-1KI溶液。观察此两锥形瓶中AgI溶胶透射光及散射光颜色的变化。银溶胶的创备。取100ml蒸馏水加入4ml 0.1 mol.l-1AgNO3溶液，然后再加l2m1的1%丹宁酸溶液，将它们混匀并加热到7080，然后加入2m1的1Na2CO3溶液不断地搅拌，Ag2CO3被丹宁酸还原成Ag，生成茶色的Ag溶胶。(2) Tyndall现象和Brown运动的定性观察Tyndall现象的观察将一

25、束光线通过胶体溶液，在与光束前进方向相垂直的侧向上观察，可以看到一个混浊发亮的光柱，这种乳光现象被称作Tyndall现象，它是胶体粒子强烈散射光线的结果。观察Tyndall现象的装置可以是很简单的：在一分为两格的暗盒中，一格内装一普通大度数白炽灯，正对灯泡方向的隔板上开一小孔；另一格的上方开直径略大于通试管的孔，试管插入时应正在隔板小孔的前方；侧向开一观察孔。实验时将溶胶加入试管中，插入暗盒上方孔内，从侧孔观察即可。若使用35mW激光管更为方便，不加暗盒即可观察。本实验观察前述已制备好的松香溶胶和AgI溶胶的Tyndall现象。Brown运动的观察用暗视野显微镜可以观察到胶体质点的光散射及Br

26、own运动。其具体方法是：在一干净的凹形载片上，放几滴制备好的金溶胶、银溶胶(注意，所滴溶胶要稀释到合适的浓度才利于观察)，盖上玻璃盖片，注意应避免有气泡；然后在带有暗视野的显微镜下进行观察，可以看到溶胶质点所发出的散射光点，在不停地作Brown运动。若图像不清晰，则最好用油镜头进行观察。(3) 溶胶的稳定性聚沉值的测定测定聚沉值的溶胶一般都应经渗析纯化。根据使溶胶刚发生聚沉时所需电解质溶液的体积V1、电解质溶液的浓度c和溶胶的体积V2可计算出聚沉值聚沉值=Fe(OH)3溶胶聚沉值的测定。用移液管向3个干净并烘干的100ml锥形瓶中各移人10ml经过渗析的Fe(OH)3溶胶，然后分别以NaCl

27、溶液(0.2mol.l-1)、Na2SO4溶液(0.2mol.l-1)及KFe(CN)6溶液(0.001mol.l-1)滴定锥形瓶中的Fe(OH)3溶胶。每滴1滴电解质溶液，都必须充分搅动，直到溶胶刚刚产生浑浊为止。记下此时所需各电解质溶液的体积数，计算聚沉值。As2S3溶胶聚沉值的测定。将前面已制好的As2S3溶胶用移波管分别取出10m1放到5个干净的100m1锥形瓶中，以浓度均为0.5mol.l-1的A1C13、BaCl2、 NaCl、Na2SO4、Na2HPO4等的溶液分别滴定As2S3溶胶，直到As2S3溶胶刚变混浊时，记下此时所需电解质的毫升数，计算聚沉值。溶胶的相互聚沉作用一般来说

28、电性相同的胶体相互混合后胶体的稳定性没有变化有例外)。但若将电性相反的两种胶体混合，则发生聚沉这种现象称作互沉现象。聚沉的程度与两种胶体混合的比例有关：在等电点附近沉淀最完全；若两种胶体比例相差很大，沉淀则不完全。上述现象的主要原因是电荷的相互中和；此外，两种胶体上的稳定剂也可能相互作用形成沉淀，从而破坏了胶体的稳定性。胶体的互沉现象并不限于疏液胶体，缔合胶体、大分子胶体等皆有此性质。取本实验中(见本实验1中)制备的两种AgI溶胶各5m1，在试管中混合，观察AgI溶胶的互沉现象并记录之。保护作用在溶胶中加入少量亲液胶体或缔合肢体，使溶胶对电解质的稳定性显著提高的现象称为保护作用。选取5ml前面

29、实验中所制备的溶胶，如Fe(OH)3溶胶与1明胶溶液5m1混合均匀。按实验3.1中的方法测定各种电解质对溶胶的聚沉值，并与末加明胶时得到的聚沉值相比较。高分子化合物的絮凝作用许多高分子化合物能直接引起溶胶聚沉，称此为高分子的絮凝作用。能起絮凝作用的高分子叫高分子絮凝剂。早期使用的高分子絮凝剂多是高分子电解质，它们的作用主要是电性中和。若高分子电解质的大离子与胶体所带电荷相反，则能发生互沉作用，有时也会由于电性中和促进其它电解质的聚沉作用。后来发现，电性中和作用并非高分子絮凝作用的唯一因素，一些非离子型高分子(如聚氧乙烯，聚乙烯醇)，甚至某些带同号电荷的高分子电解质，也能对胶体起絮凝作用。其原因

30、是高分子浓度较稀时，吸附在质点表面的高分子长链可能同时吸附在另一质点表面上，以“搭桥”的方式将2个或更多的质点拉在一起导致絮凝。水解聚丙烯酰胺(HPAM)对AgI溶胶的絮凝作用。取0.01 mol.l-1KI溶液90m1，用滴定管慢慢滴入100m1浓度为0.01 mol.l-1AgNO3溶液，并充分搅拌均匀。取10支25 m1具塞量筒，分别用移液管移入20 m1上面制备的AgI溶胶，再分别加0.1 m1、0.2 m1、0.5 m1、0.7 m1、0.8 m1、1.0 m1、1.2 m1、1.4 m1浓度为0.02%水解聚丙烯酰胺溶液(分子量M106)，然后在每支量筒中加蒸馏水至满刻度。将塞子塞

31、紧后，各支量筒上下倒置约10次，静置1h；从液面下(靠底部约2cm处)吸取5m1量筒内液体，用72型分光光度计测定每一量筒内液体的吸光度(用420nm波长，以蒸馏水为空白液)。由于高分子的最佳絮疑浓度与所用的水解聚丙烯酰胺的分子量大小、水解度、所用溶胶的性质及浓度有关。因而所加入的水解聚内烯酰胺的量，要因条件而异，作适当变动。五、结果处理(1) 根据实验结果总结制备溶胶的方法。(2) 求出各电解质对溶胶的聚沉值的作用进而讨论电解质反离子价数对溶胶聚沉的影响。(3) 以水解聚丙烯酰胺(HPAM)浓度为横坐标，紫凝效率Ar为纵坐标作图，求出最佳絮凝值。(4) 详细记录各实验中观察到的现象，并加以解

32、释。(5) 根据实验结果讨论亲液胶体的保护作用及高分子对溶胶的絮凝作用。六、思考题1. 什么是溶胶、Tyndall现象和Brown现象？2. 什么是溶胶的稳定性？影响因素有哪些？实验四 疏水型大孔树脂吸附亚甲基蓝一、实验目的1. 了解大孔树脂的微观结构2. 掌握分光光度法测定吸附量的方法3. 了解大孔树脂吸附有机染料的吸附动力学二、实验原理大孔树脂是一类具有交联结构的聚合物，根据骨架性质的不同而具有不同的名称及用途。本实验中，我们采用的是苯乙烯-二乙烯基苯树脂（简称PS-PDVB树脂），其合成及分子结构示意图的如图1，由于其交联结构，其骨架内具有大小不等的孔，图2为大孔树脂的微观结构，其孔的大

33、小和分布可以通过调节交联剂的比例和加入不同的至孔剂得到。图1 PS-PDVB树脂的合成示意图 图2 大孔树脂在扫面电镜下的微观结构由于其多孔结构及骨架的疏水性，所以，可以用来吸附水中的有机分子。本实验中，我们将用PS-PDVB树脂来吸附水溶性染料亚甲基蓝。由于染料分子一般具有很强的消光系数，所以可以采用分光光度法来标定水溶液中的染料分子的浓度，从而测定吸附量及吸附动力学。三、仪器与试剂亚甲基蓝溶液（标准曲线用2.4mg/L-12mg/L，吸附用10mg/L用量约50mL）、湿态PS-PDVB树脂0.5-1g、烧杯、量筒/容量瓶、移液管、磁力搅拌、水泵、抽滤瓶、抽滤漏斗、滤纸、分光光度计。四、实

34、验步骤1. 配制一系列不同浓度的亚甲基蓝水溶液2.4mg/L-12mg/L，测定样品在670nm处的吸光度，用于实验后绘制标准曲线2. 配制吸附用亚甲基蓝水溶50mL，浓度约10mg/L3. 通过抽滤，将树脂与浸泡液分离，得湿态树脂4. 将待吸附的溶液置于磁力搅拌上，搅拌下，将0.5-1g的湿态树脂投入到待吸附的溶液中5. 于1,、2、3、5、7、10、15、20、30、40、60、80、100、120、140min时，停止搅拌，稍静置后，取上层吸附液，用分光光度计测定其吸光度，实验后通过与标准曲线对照，计算溶液中亚甲基蓝的浓度及吸附量五、注意事项亚甲基蓝浓度不宜过大，否则超出分光光度计的量程

35、，从而引起较大的误差六、数据处理1. 绘制亚甲基蓝的吸光度-浓度（Ac）工作曲线（标准曲线）2. 根据吸附实验中不同时间下吸附液的吸光度，计算溶液中亚甲基蓝的浓度，同时计算相应时间的吸附量3. 绘制吸附动力学曲线（吸附量mg亚甲基蓝/kg树脂时间t），并讨论平衡时间及平衡吸附量七、思考题用树脂吸附具有相同溶质质量、不同浓度的染料溶液（比如50mL的2mg/L的溶液和20mL的5mg/L的溶液），吸附量是否会有差别，为什么？对于本实验，影响吸附量的因素有那些，分别对吸附量会有怎样的影响？实验五 溶胶-凝胶法制备纳米TiO2及其光催化性能研究一、 实验目的1. 掌握溶胶-凝胶法制备纳米TiO2的原

36、理及实验条件；2. 掌握纳米TiO2的光催化原理及光催化性能测试方法；3. 了解紫外-可见分光光度计及相关数据处理方法。二、 实验原理作为一种重要的半导体材料，二氧化钛以其无毒、催化活性高、氧化能力强和稳定性好等优异物化性能，在催化、环保、医药等众多领域具有广泛的应用前景。与普通粉体材料相比，TiO2纳米材料具有更高的比表面积和化学活性，从而具有更大的应用潜力。纳米TiO2的制备方法分为物理法和化学法，与简单的物理法相比，化学法是制备纳米TiO2的重要方法。在众多化学法中，溶胶-凝胶法具有化学均匀性好、纯度高、易操作和成本低等优点，因此本实验采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2。在溶胶-凝胶法中，

37、采用钛酸丁酯Ti(OC4H9)4为前驱物，无水乙醇(C2H5OH)为溶剂，冰醋酸(CH3COOH)为螯合剂，先制备TiO2溶胶，发生下列反应：Ti(OC4H9)4 + 4H2O Ti(OH)4 + 4C4H9OHTi(OH)4 + Ti(OC4H9)4 2TiO2 + 4C4H9OHTi(OH)4 + Ti(OH)4 2TiO2 + 4H2O所得溶胶经一定时间陈化，100烘干，得黄色晶体，研磨后得到淡黄色粉末。于500温度下热处理2 h，得到锐钛矿型二氧化钛(纯白色)粉体。在制备过程中，试剂的用量对合成产物性能影响较大。CH3COOH作为螯合剂的加入对钛酸丁酯的水解缩聚反应过程影响非常大，反应

38、中CH3COOH既作为整合剂又作为酸催化剂，对于稳定溶胶均匀性及控制钛酸丁酯的水解速率有着重要的影响。这在很大程度上也影响了材料最终的比表面积、孔径及孔分布等显微结构，从而最终会影响粒子的光催化活性。水的加入量对钛酸丁酯的水解有很大的影响，水的加入较大时，钛酸丁酯水解的量及水解的程度同时提高，缩聚物的交联度和聚合度都增大，有利于二氧化钛溶胶向凝胶转变，从而使凝胶时间变短，但加入量过大，会使滴入的钛酸丁酯迅速水解，不能形成溶胶，严重影响实验效果。当水的加入量较小时，由于钛酸丁酯水解不足，水解生成的少量溶胶粒子很快溶解分散于大量的溶剂中，相互进一步缩合的机会很少，或不足以形成三维的空间网络结构。作

39、为溶剂，乙醇可以溶解钛酸丁酯，并通过空间位阻效应阻碍氢链的生成，从而使水解反应变慢。此外，还可以稀释水解及缩聚物浓度，降低单体碰撞的频率使缩聚反应变慢，故乙醇加入量越大，凝胶时间越长。因此，选择试剂的最佳配比对合成理想产物至关重要。作为光催化材料，TiO2的能带结构由一个充满电子的价带和一个空的导带构成，价带和导带之间的区域成为禁带，禁带的宽度成为带隙能。锐钛矿型二氧化钛(纯白色)粉体的带隙能为3.2 eV,相当于波长387.5 nm的光能量。当大于或等于387.5 nm的光照射到锐钛矿型二氧化钛上时，价带上的电子(e-)被激发至导带，并在价带上留下相应的空穴(h+)，它们在电场的作用下分别迁

40、移至表面。图1为TiO2的能带结构示意图。光生电子和空穴可以与吸附TiO2表面的溶解氧和H2O等物质发生反应最终生成高活性的羟基自由基(OH)，OH的氧化电极电位为2.80 V，仅次于氟（F2），具有强氧化性，且无选择性，常温常压下短时间内可以将有机污染物完全降解至CO2、H2O和其他无机小分子，反应彻底，无二次污染。这就是光催化半导体技术处理有机废水的机理。具体来讲，TiO2进行的光催化反应机制可分成下列步骤：(1) 反应物、氧气及水分子等物质吸附在TiO2的表面。(2) 经紫外光照射后，TiO2产生光生电子一空穴对。(3) 未复合的电子-空穴对移至TiO2表面。(4) 电子和空穴分别与氧气

41、及水分子反应生成O2-活性氧类和OH自由基。(5) 氢氧自由基和活性氧类与反应物发生氧化反应。(6) 反应的产物自TiO2的表面脱附。本实验首先采用溶胶-凝胶法制备纳米TiO2粉体，进而以所配置甲基橙溶液为模拟有机废水，考察合成纳米TiO2粉体光催化降解甲基橙溶液性能。三、 主要仪器与试剂1. 仪器分析天平、离心机、离心管、超声波清洗器、磁力搅拌器、烘箱、马弗炉、300 W紫外灯、紫外-可见分光光度计、量筒、烧杯、磁子、坩埚钳及坩埚、研钵等。2. 试剂钛酸丁酯、无水乙醇、冰醋酸、去离子水、甲基橙。四、 实验步骤1. 纳米TiO2粉体的制备(1) 将一洁净烧杯放入磁力搅拌器上，用量筒量取10 m

42、l蒸馏水于烧杯中，之后依次加入10 ml无水乙醇和5 ml冰醋酸，于搅拌中形成A混合液，搅拌时间约为10分钟；(2) 取另一洁净烧杯放入另一磁力搅拌器上，用一干燥量筒量取10 ml钛酸丁酯于烧杯中，在激烈搅拌下加入40 ml无水乙醇，形成B混合液，搅拌时间约为10分钟；(3) 在激烈搅拌下，将B液缓慢倾倒入A液中，得到淡黄色透明溶胶。观察其丁达尔现象。继续搅拌，所得淡黄色透明溶胶逐渐水解为乳白色。静置数小时。(4) 将静置后的溶胶放入烘箱中烘干，得到淡黄色透明晶体。(5) 研磨所得晶体，得白色粉末。(6) 将所得白色粉末于马弗炉500 温度下焙烧2小时，得锐钛矿型纳米TiO2粉体。2. 光催化

43、性能测定光催化降解甲基橙(1) 甲基橙溶液的配置：准确称取甲基橙粉末0.8184 g，用约200 mL去离子水加热溶解，待其完全溶解后转移至500 mL容量瓶中，稀释至刻度，摇匀，静置待用。用移液管移取24.4 mL甲基橙溶液于1000 mL容量瓶中，稀释至刻度，作为实验用液。(2) 吸收波长的确定：以蒸馏水为参比，用分光光度计在波长200-700 nm范围内对甲基橙实验用液进行光谱扫描，得到曲线如图2所示，波峰位于463.8 nm，因此在波长463.8 nm处测量其降解前后的吸光度最佳。(3) 催化剂光催化活性评价称取所制备催化剂50 mg放入一个100 mL的烧杯中，先加50 mL去离子水

44、超声半小时，以使催化剂均匀分散，之后加入50 mL甲基橙溶液于暗室中继续搅拌0.5 小时。将所得溶液取出约10 ml于离心管中，记为编号1，之后放入暗室用300 W紫外灯照射进行光催化降解实验（先开冷凝水）。每隔10分钟，取约10 ml溶液于离心管中，依次编号记为2,3,4.。待光催化实验完成后，将所有离心管放入离心机内离心，然后用移液管取中层清液5 ml溶液放入对应编号定量瓶中，用蒸馏水稀释至10 ml。摇匀后，用紫外-可见分光光度计在波长463.8 nm处测其吸光度，并记录。五、 数据处理以时间为横坐标，吸光度(C/C0)为纵坐标，作图绘制甲基橙浓度随时间变化的关系曲线。六、思考题1. 溶

45、胶-凝胶法制备纳米TiO2粉体时，冰醋酸的作用是什么？其量多少对合成产物的影响是什么？2. 溶胶-凝胶法制备纳米TiO2粉体时，乙醇的作用是什么？其量多少对合成产物的影响是什么？3. 溶胶-凝胶法制备纳米TiO2粉体时，去离子水的作用是什么？其量多少对合成产物的影响是什么？4. 制备纳米TiO2粉体过程中，焙烧的作用是什么？实验六 硫醇自组装动力学的测定一、实验目的1. 掌握自组装膜的原理和制备方法2. 掌握电化学研究方法的应用3. 掌握自组装动力学的基本理论及操作方法二、实验原理分子自组装膜具有高度的稳定性和有序性，是在分子水平上研究表面和界面现象的典型体系。自组装膜分子有序排列，缺陷少，易

46、于用近代物理和化学的表征技术研究。而自组装膜的可控性为考察界面体系中的特殊相互作用、探求分子结构对于二维有序分子组装体系提供了非常大的设计自由度。有关自组装膜结构和功能的研究也是考察生物界面和生物膜的基础。此外，自组装也与界面科学诸多领域如黏接、防腐、润滑、摩擦等密切相关。在电化学的基础研究中，自组装膜以其高度的有序性、致密性和稳定性为深入研究长程电子传递、表面电化学、表面功能基团的反应性和分子识别等问题提供了良好的模型。硫醇类分子能在贵金属表面形成一层稳定且致密有序的自组装单层膜，这种膜的制备方法简单可控，因此应用广泛。自组装分子在电极表面的吸附量受到吸附和脱附的速率及其他因素的影响。物理吸

47、附过程进行的非常快，以至于无法定量测定它的速率，但在包含物理吸附和化学吸附的情况下，吸附总量以可测的速度进行。吸附开始时速度很快，逐渐变慢。正像吸附平衡规律一样，吸附和脱附以什么样的速率进行，主要是吸附剂与吸附质之间的相互作用决定的，但又受温度、压力等因素影响。因此，从吸附和脱附速率的研究中可以得到许多有关吸附特征的信息。特别是当吸附、脱附是异相反应的控制步骤时，研究它们更是探明整个异相反应机理所必须进行的内容。分子自组装由于其过程的微观性，表征手段复杂多样。其表征方法大致可以分为四类：电化学表征、扫描探针显微术（SPM）光谱学测定和自组装膜表面的润湿性。如：膜结构可通过小角X射线衍射的方法来

48、研究；红外光谱和X射线光电子能谱可获得组装体系的分子结构和电子结构的信息；X射线反射可测自组装膜的厚度和粗糙度；二次离子能谱能对分子膜的成分进行测定。椭圆偏光法、接触角测定法等非现场方法及现场的石英晶体微天平法均表明硫醇在Au表面的自组装动力学分为两步：首先是快速的物理吸附过程，在几分钟内就能完成，并符合一级动力学方程，接触角接近或达到极限值，厚度达到极限值的80%-90%,石英晶体微天平测得的频率改变值（质量改变值）接近极限值；第二步为较慢的表面的重组过程，一般维持数小时，在该过程中，厚度逐渐达到极限值。Bain等认为先是快速吸附产生不完美的单层膜，而后是慢步骤以减少缺陷增加致密性及硫醇长链

49、的固结，可能包括取代污染及将溶剂从单层膜中排出。图为十二硫醇在金电极表面的吸附图。图中有两个时间段，0-500s的快速吸附阶段和500s-3200s的缓慢表面重组阶段。电化学方法由于其灵敏性而广泛地应用于自组装膜的研究，循环伏安方法可用于考察SAM的性能，在支持电解质溶液中，可将SAM近似为理想的平板电容器，经SAM修饰的电极，其界面双层电容可由下式计算： （1）式中：为修饰电极的单位面积界面双层电容；为双层充放电电流绝对值之和；为扫描速率；A为电极的面积。金属的欠电位沉积（UPD）是指金属在比其热力学电位更处于发生电位沉积的现象。这种现象常发生在金属离子在异体底物上的沉积。UPD法是制备精细

50、结构单层修饰电极的一种方法。在UPD法中，通常是将一些金属元素欠电位沉积在某些贵金属或过渡金属基底上，形成一定的空间结构的单原子层。在一定的温度下，可以符合Langmuir吸附等温式的一级吸附动力学方程来描述自组装过程： （2）式中：代表已吸附的吸附位；为吸附动力学常数；c是硫醇在溶液中的浓度；t是组装时间。也可由循环伏安法中的电容求得，也可由欠电位沉积中的积分电量求得。由循环伏安法求电容得： （3）式中：为裸金电极的电容；为在t时刻该电极的电容；为硫醇单分子层组装致密时的电容。由欠电位沉积求得： （4）式中：为t时刻的积分电荷量（C/mol）；为金电极的积分电荷量（C/mol）。 （5）式中

51、：n为物质的量(mol)；Z为电极反应中的电子得失数；F为法拉第常数（96485C/mol）；A为电极面积(cm2)。将（2）式整理得: （6）则以为纵坐标，t为横坐标作图，可以得到一条直线，由该直线的斜率可以求得吸附动力学常数。三、仪器和试剂仪器：电化学工作站，微量进样器。三电极系统（工作电极：圆盘状多晶金电极；指示电极：Ag/AgCl（饱和氯化钾）电极或饱和甘汞电极；对电极：铂丝），容量瓶，烧杯。试剂：半胱氨酸（AR）。氯化钾（AR）, 硫酸，硫酸铜，无水乙醇。四、实验步骤1.溶液配制（1）配制0.2mol/LCuSO4和0.1mol/L的H2SO4溶液1L。（2）配制半胱氨酸的乙醇溶液，

52、浓度为10。（3）配制0.5mol/L的硫酸溶液。2.金电极的处理和组装（1）电极的预处理 先用砂纸打磨，再用蒸馏水淋洗多次，最后进行5min的低功率的超声清洗。（2）电化学处理 利用循环伏安法对已处理过的金电极进行化学清洗至稳定的循环伏安图。电解液：0.5mol/L的硫酸溶液。每隔15min换一次电解液。（3）测量电极表面积及表面粗糙因子（4）选择金电极氧化还原图的平稳电位区间，在0.5mol/L的硫酸溶液中循环扫描，得到裸金电极的充放电电流图。（5）用蒸馏水、乙醇淋洗电极，然后把电极浸入硫醇的乙醇溶液中浸泡给定的时间。（6）取出电极，分别用乙醇和高纯水淋洗，转入电解池进行电化学测试。3.表

53、面覆盖度的测定（1）在电解池中放入相应的溶液，固定好工作电极、铂丝辅助电极和甘汞电极。在所选的电位区间内，在0.5mol/L的硫酸溶液中扫描修饰后的金电极，得其电容图。将蒸馏水淋洗后，置于0.2mol/L CuSO4/0.1mol/L H2SO4溶液中，循环扫描得到Au的UPD的伏安图。（2）将电极转移至硫酸溶液中做电化学抛光，准备下一组实验。如果得不到完美的Au电极的循环伏安图，需要重新抛光电极。五、注意事项1.指示电极表面必须仔细清洗，否则严重影响循环伏安图图形2.修饰电极必须认真做好，否则严重影响结果的准确性3.每次扫描前，为使电极表面条件稳定，应静止1-2min再扫描测量六、结果与讨论

54、1.从金电极在硫酸溶液中的循环伏安曲线的还原峰求电极表面积，并计算表面粗糙因子。由金电极的电容图计算。2.由修饰的金电极电容图计算。由欠电位沉积结果计算。实验七 液致相分离法制备聚苯乙烯微孔膜一、实验目的了解液致相分离制备微孔膜技术以及影响膜结构的因素;掌握环境扫描电镜操作方法。二、实验原理 液致相分离成膜是指在聚合物/溶剂体系中，利用溶剂挥发引起高分子溶液相溶性变差、发生液-液分相的过程，制得多孔膜结构。将可与聚合物溶液溶剂混溶的非溶剂作为凝固浴，当聚合物溶液滴加在凝固浴上时，由于凝固浴中的非溶剂会扩散到聚合物溶液中，聚合物溶液中的溶剂也会不断挥发，使聚合物溶液与非溶剂发生液-液相分离。相分离发生后，聚合物液膜中存在的非溶剂以小液滴形式存在，液滴的大小与分布各点聚合物浓度有关。当溶剂完全脱离聚合物后，被非溶剂液滴占据的部分就会在聚合物表面及内部留下孔洞。在本实验中，当铸膜液(PS+THF)倾倒于非溶剂组成的凝固浴(丙三醇+正丙醇)上时，液膜-凝固浴界面附近的溶剂(THF)进入非溶剂中的速度很快，量很大，因此在液膜与凝固浴界面处的聚合物浓度增加了，聚合物发生凝胶化，在液膜与凝固浴接触部分形成了致密的皮层