中南大学工科化学实验教案02物质制备

乙酰苯胺的制备

Preparationofacetylaniline

实验课时：5学时

实验类型：综合实验

教学对象：应化、制药、化工、冶金、材料、医学等专业本科生

一、目的与要求

1．了解以冰醋酸为酰基化试剂制备乙酰苯胺的基本原理和方法。

2．掌握分馏操作和巩固重结晶和熔点测定等操作。

二、方法与原理

C6H5NH2+CH3COOH→C6H5NHCOCH3+H2O

以过量的乙酸和苯胺反应，并将产生的水脱离反应体系提高转化率。

乙酐和乙酰氯作酰化剂，反应速度较快，但价格较贵。选用乙酸作酰化剂，能更多地进行基本操作和实验方法的综合训练。

三、内容提要

苯胺用乙酸酰基化，用分馏装置使反应产生的水脱离反应体系，重结晶提纯粗品，干燥，测熔点以确定纯度。计算产率。

四、物理常数

化合物

名称

分子量

性状

比重

(d)

熔点

(℃)

沸点

(℃)

折光率

(ｎ)

溶解度

水

乙醇

乙醚

苯胺

93.12

液体

1.022

－6.1

184.4

1.5863

3.618

∞

∞

冰醋酸

60.05

液体

1.049

16.5

118.1

1.3715

∞

∞

∞

乙酰苯胺

135．16

斜方

晶体

1.214

133－4

305

－

0.530

3.580

2120

4660

725

五、教学要点

实验之关健：

1.分馏装置的安装；

2.控温蒸出反应生成的水使反应向右移动

3.反应终点的确定；

4.重结晶提纯。

教学安排

讲解实验原理及注意事项，乙酰化反应的方法与应用。

演示分馏装置操作。

复习和强调重结晶操作的关键步骤。（可结合上次重结晶实验中存在的问题，有针对性地指名演示操作，请同学们纠错，教师点评）

六、注意事项

1.制备时，所用仪器必须干燥（为什么）

2.应加入少许锌粒（什么作用？）

3.蒸出反应生成的水之前，必须保证乙酸与苯胺反应一段时间（为什么）

4.分馏时,必须控温105℃以下(为什么)

七、思考题及解答

1．为什么用分馏装置比蒸馏装置效果好？

答：分馏装置便于蒸馏出沸点差别不大的组分）

2．分馏时实际上收集的液体比理论上应产生的少要多，为什么？

答：因除水外，还有乙酸

3．苯胺是碱而乙酰苯胺不是，解释这种差异。

答：后者因氮原子与羰基的p-π，电子云向羰基氧偏移）

4．如果10g苯胺与过量乙酐作用，计算乙酰苯胺理论产量。（14.5g）

5．当苯胺用乙酸乙酰化时，为什么用过量酸，并将反应生成的水蒸出？

答；乙酸溶于水,易除去；利用沸点的差别，蒸去水，促使平衡右移

6．制备对硝基苯胺，硝化前为什么将苯胺转化为乙酰苯胺？

答：苯胺易氧化，转化为乙酰苯胺以保护氨基

7．苯胺和下列化合物反应，将得到什么产物？

（1）琥珀酸酐，加热（2）二甲基乙烯酮

反应（2）中，先苯胺对烯酮进行亲核加成，然后重排并接受质子

八、参考书

黄涛主编．有机化学实验（第二版）．北京：高等教育出版社．

2、兰州大学，复旦大学合编．有机化学实验（第二版）．北京：高等教育出版社．

正溴丁烷的制备

Preparationofbutylbromide

实验课时：5学时

实验类型：综合性合成实验

教学对象：应化、制药、化工、医学八年制、材料、生物等专业

一、实验目的与要求

1．学习以溴化钠、浓硫酸和正丁醇制备1－溴丁烷的原理和方法。

2．练习连有气体吸收装置的加热回流操作和液体干燥操作。

3．巩固分液漏斗洗涤液体的方法。

4．巩固蒸馏操作。

二、实验原理

三、物理常数

正丁醇（n- butanol）：分子量74.12，沸点117.7℃,nD201.3992d4200.8098。溶于水、苯，易溶于丙酮，与乙醇、丙酮可以任何比例混合。20℃时，本品在水中的溶解度（质量分数）7.7%。是一种用途广泛的重要有机化工原料。

正溴丁烷（n—bromobutane）：分子量138.9，沸点101.6℃,nD201.4399,d4201.2764,无色液体,不溶于水,易溶于醇、醚，是一种有机合成原料。

四、内容提要

以正丁醇、溴化钠、浓硫酸为主要原料，经亲核取代反应制备正溴丁烷。然后经萃取与洗涤、液体化合物的干燥、蒸馏等基本操作，分离提纯得正溴丁烷。以5g正丁醇计，理论产量9.37g。

可选择产品做气相色谱分析。

五、教学要点

1．重点与难点

重点：粗产物的制备和分离；难点：反应产物的洗涤

2．操作要点和说明

浓硫酸用水稀释，摇动混合物均匀冷却至室温，然后才加料（为什么？）；加料时，不要让溴化钠粘附在烧瓶璧；

勿使导气漏斗全部埋入水中（为什么）；

小火加热回流，并经常摇动装置（怎么摇？），否则反应混合物很快颜色变深，甚至产生少量碳渣。操作情况良好时油层仅成浅黄色，冷凝管顶端无溴化氢逸出。

改为蒸馏时，需重新放入沸石；为防止蒸馏温度过高，建议用温度计控制蒸汽的温度，当升至105℃左右而馏出液增加甚慢时或反应瓶中的油层消失时即可停止蒸馏。

洗涤产物时，要注意所需组分在哪一层，不要搞错！（如何判断？）

用浓硫酸洗涤粗产物时，所用分液漏斗必须干燥（为什么？）；

使用浓硫酸注意安全。酸液回收至指定瓶中（环境保护）。

3．操作示范

（１）回流-气体吸收装置；（２）指名演示分液漏斗的使用并强调要点(若单独开了萃取实验)

为防止溴化氢逸出，最好预先安装好气体吸收装置。巡回指导：

4．巡回指导重点：回流-气体吸收装置；洗涤与分液，液体干燥

六、思考题及简要解答

1．加料时，先使溴化钠和浓硫酸混合，然后再加正丁醇和水，行不行？为什么？

答：不行。因为：2NaBr+3HSOBr+SO+2HO+2NaHSO

2．反应后的产物中可能含有哪些杂质？各步洗涤目的何在？用浓硫酸洗涤时为何需用干燥的分液漏斗？

答：可能含有杂质为：n－CHOH，(n－CH)O，HBr，HSO，NaHSO，HO

各步洗涤目的：

①水洗除HBr、大部分n－CHOH

②浓硫酸洗去(n－CH)O，余下的n－CHOH

③再用水洗除大部分HSO

④用NaHCO洗除余下的HSO

⑤最后用水洗除NaHSO与过量的NaHCO等残留物

用浓硫酸洗时要用干燥分液漏斗的目的是防止降低硫酸的浓度，影响洗涤效果。

如果1-溴丁烷中含有正丁醇，蒸馏时会形成前馏分(1-溴丁烷-正丁醇的恒沸点98.6℃,含正丁醇13%）,而导致精制产率降低。

3．用分液漏斗洗涤产物时，产物时而在上层，时而在下层，你用什么简便方法加以判断？

答：从分液漏斗中倒出一点上层液或放出一点下层液于一盛水试管中，看是否有油珠出现来判断。

4．写出无水氯化钙吸水后所起化学变化的反应式，为什么蒸馏前一定要将它过滤掉？

由于无水氯化钙能与水可逆地结合生成2，4，6-水合物，因而蒸馏前要将它过滤掉。

5．回流加热后反应瓶中的内容物呈红棕色，这是什么缘故？蒸馏正溴丁烷后，残余物应趁热倒入烧杯中，何故？

答：氢溴酸被硫酸氧化生成的溴；硫酸氢钠固体析出，不便清洗。

七、参考书

1．兰州大学，复旦大学合编．有机化学实验（第二版）．北京：高等教育出版社．1994

2．周科衍，高占先主编．有机化学实验（第三版）．北京：高等教育出版社

苯甲酸乙酯的制备

PreparationofEthylbenzoate

实验课时：5学时

实验类型：综合性合成实验

教学对象：冶金、环境、材料等专业

一、实验目的与要求

1．学习苯甲酸乙酯的制备原理及操作方法。

2．学习分水器的使用方法。

二、实验原理

直接酸催化酯化反应是经典的制备酯的方法，但反应是可逆反应，反应物间建立如下平衡:

既然反应可逆，为提高酯的转化率,使用过量乙醇或将反应生成的水从反应混合物中除去，都可以使平衡向生成酯的方向移动。另外，使用大大过量的强酸催化剂，水转化成它的共轭酸H3O+,没有亲核性，也可抑制逆反应的发生。

三、实验准备

1．仪器:50mL圆底烧瓶，回流装置；蒸馏装置；分水器。

2．试剂：苯甲酸；乙醇；环己烷；浓硫酸；乙醚；饱和氯化钠；无水氯化钙；硅油；沸石。

四、有关的物理常数

化合物

熔点/℃

沸点/℃

比重

苯甲酸

121.7

249

-

环己烷

-

80

0.78

苯甲酸乙酯

-

212

1.0468

五、反应装置图

分水回流装置乙醚蒸馏装置

六、教学要点

本实验的重点与难点：

重点：苯甲酸乙酯的制备。难点：反应产物的洗涤过程（分液漏斗的使用）。

2、为保证实验圆满成功，需提醒学生以下几点：

1）．加入浓硫酸后，摇动烧瓶，充分混合。

2）．待反应混合液温度低于80℃，方可加环己烷，防冲料。回流过程火可大点，可用空气浴进行。

3）分水过程中注意防火。蒸发乙醇、环己烷时注意要使用小火进行，最要用水浴进行，防反应液变色。

4）．分批用碳酸钠洗，搅拌进行，直至没有二氧化碳逸出，溶液呈碱性，再将混合物转入分液漏斗进行分液。

5)．水浴蒸去乙醚。在通风良好的环境中进行操作。

6）．因产品沸点较高，最好减压蒸馏；没有，也可用在石棉网上加热进行蒸馏，收集210～213℃馏分。

七、实验思考题

1、判断题

1.伯醇的酯化是由羧酸中的－OH和醇中的－H结合成水分子，剩余部分结合成酯；而叔醇的酯化则是由羧酸的－H和醇中的－OH结合成水，剩余部分结合成酯。()

2.本实验采用将反应产物水H2O除去来促进酯化反应完全。()

3.增加硫酸的量,不能增加酯的产量.()

4.即使酸的价格比较低，也不能用过量的酸来促进酯化反应完全.()

2、单选题

1.在本实验分离提纯过程中时，加入的萃取剂为()。

A乙醚B乙醇C石醚D醋酸

2.与乙醇酯化反应速率最大的是()。

A苯甲酸B乙酸C苯乙酸D甲酸

3.在本我们实际的合成中是采用()。

A水浴加热B油浴加热C直接加热D沙浴加热

4.在本合成实验中没有采用的仪器是()。

A布氏漏斗B回流冷凝管C分水器D分液漏斗

【参考答案】

1、判断题1.Y2.Y3.Y4N

2、单选题1.A2.D3.C4.A

八、参考书：

兰州大学，复旦大学合编．有机化学实验（第二版）．北京：高等教育出版社。

周科衍，高占先主编．有机化学实验（第三版）．北京：高等教育出版社。

甲基橙的制备

Preparationofmethylorange

实验学时：4-5学时

实验类型：综合性

适应专业：应化、药学、制药、化工、医学七、八年制等专业；生物医学类等专业

一、实验目的

1.熟悉重氮化反应和偶合反应的原理；

2.掌握甲基橙的制备方法。

3．学会用冰水浴控温，

4．巩固抽滤、重结晶、干燥等操作。

二、实验原理

本实验主要运用了芳香伯胺的重氮化反应及重氮盐的偶联反应。由于原料对氨基苯磺酸本身能生成内盐，而不溶于无机酸，故采用倒重氮化法，即先将对氨基苯磺酸溶于氢氧化钠溶液，再加需要量的亚硝酸钠，然后加入稀盐酸。

三、物理常数

化合物

分子量

性状

比重(d)

熔点(℃)

沸点(℃)

折光率(ｎ)

溶解度

水

乙醇

对氨基苯磺酸

173.84

白色或灰白色晶体

1.485

280℃时分解炭化

－

－

微溶

不溶

亚硝酸钠

69.05

白色或微带浅黄色晶体

2.168

271

320℃以上分解

－

易溶

微溶

N,N-二甲基苯胺

121.18

淡黄色油状液体

0.9557

2.45

194

1.5582

微溶

易溶

甲基橙

327.34

橙黄色鳞片状结晶

－

－

－

－

微溶，易溶于热水

不溶

四、内容提要

用对氨基苯磺酸经过重氮化、再与N,N-二甲基苯胺发生偶联反应制备甲基橙，学习冰水浴控温操作，巩固抽滤、重结晶、干燥等操作。并用盐酸及氢氧化钠检验所合成的指示剂。

以2g（0.0115mol）对氨基苯磺酸计，理论产量为3.8g。

五、教学要点

1．什么叫重氮化反应和偶联反应，它们需在什么条件下进行？

2．如何判断亚硝酸钠的用量是否适量（用淀粉碘化钾试纸）。过量的亚硝酸钠（会与二甲苯胺发生亚硝化反应），应如何处理（加尿素）。

如何控制重氮化反应的温度在5℃以下（冰-盐水控温）。

实验关键：控制反应温度（冰-盐水控温；水浴加热控温）

六、操作要点与说明

本反应温度控制相当重要，制备重氮盐时，温度应保持在１０℃以下。如果重氮盐的水溶液温度升高，重氮盐会水解生成酚，降低产率。

对氨基苯磺酸是两性化合物，酸性比碱性强，以酸性内盐存在，所以它能与碱作用成盐而不与酸作用成盐。

若含有未作用的Ｎ，Ｎ－二甲基苯胺醋酸盐，在加入氢氧化钠后，就会有难溶于水的Ｎ，Ｎ－二甲基苯胺析出，影响纯度。

4．由于产物呈碱性，温度高易变质，颜色变深。反应产物在水浴中加热时间不能太长（约5min），温度不能太高（约60℃-80℃），否则颜色变深（为什么）。

5．由于产物晶体较细，抽滤时，应防止将滤纸抽破（布氏滤斗不必塞得太紧）。用乙醇、乙醚洗涤的目的是使其迅速干燥。湿的甲基橙受日光照射，亦会颜色变淡，通常在55－78℃烘干。所得产品是一种钠盐，无固定熔点，不必测定。

七、思考题及简要解答

1．何谓重氮化反应？为什么此反应必须在低温、强酸性条件下进行？

答：芳香伯胺在酸性介质中和亚硝酸钠作用生成重氮盐的反应叫做重氮化反应。重氮盐在中性或碱性介质中不稳定，高温、受热、见光、振动都会使之发生爆炸。

2．本实验中，制备重氮盐时，为什么要把对氨基苯磺酸变成钠盐？本实验若改成下列操作步骤，先将对氨基苯磺酸与盐酸混合，再加亚硝酸钠溶液进行重氮化反应，可以吗？为什么？

答：由于对氨基苯磺酸本身以内盐形式存在，不溶于无机酸，很难重氮化，故采用倒重氮化法，即先将对氨基苯磺酸溶于氢氧化钠溶液，再加需要量的亚硝酸钠，然后加入稀盐酸。所以反过来不行。

3．什么叫做偶联反应？结合本实验讨论一下偶联反应的条件。

答：在中性或弱碱性条件下，芳香胺、酚类等芳香烃化合物与重氮盐发生芳环上的亲电取代，生成偶氮化合物的反应，叫做偶联反应。

4．试解释甲基橙在酸碱介质中变色的原因，并用反应式表示。

八、参考书

黄涛主编．有机化学实验（第二版）．北京：高等教育出版社．

王福来编著．有机化学实验（第一版）．武汉：武汉大学出版社．

电解法制备过二硫酸钾

实验类型：综合性

实验学时：8学时

教学对象：应化、化工、制药、冶金、环境、教化等专业

一．实验目的与要求

1．了解电化合成的基本原理、特点及影响电流效率的主要因素；

2．掌握阳极氧化制备含氧酸盐的方法和技能。

二．实验原理

本实验采用电解KHSO4水溶液的方法制备K2S2O8。

在电解液中，主要含有K+、H+和HSO4-离子，电流通过溶液后，发生电极反应，其中：

阴极反应：2H++2e→H2E0=0V

阳极反应：2HSO4-→S2O82-+2H++2eE0=2.05V

在阳极，除了以上的反应外，H2O变为O2的氧化反应也是很明显的：

2H2O→O2+4H++4eE0=1.23V

从标准电极电位来看，H2O的氧化反应先发生，HSO4-的氧化反应也随之而发生。实际上从水里放出O2需要的电位比1.23V更大，这是由于水的氧化反应是一个很慢的过程，从而使得这个半反应为不可逆的，这个动力学的慢过程，需要外加电压（超电压）才能进行。

超电压的大小与电极材料有关。对于合成目的来说，正是由于氧的超电压使物质在水中的氧化反应可以进行。因为氧在Pt上具有高的超电压，所以以Pt为电极材料，可以使K2S2O8最大限度地生成，并使氧的生成限制在最小程度。

调整电解的条件以增加氧的超电压是有利的，因为超电压随电流密度增加而增大，所以实验中采用较大的电流。同样，假如电解在低温下进行，因为反应速度变小，同时水被氧化的速度也会变小，这就增加了氧的超电压，所以低温对K2S2O8的形成是有利的。最后，提高HSO4-的浓度，使K2S2O8的产量最大。

由于上述原因，在K2S2O8的电解制备中将采用：①pt电极；②高电流密度；③低温；④饱和的KHSO4溶液。

根据法拉第电解定律可以计算电解合成产物的理论产量和产率：

因为有副反应，所以实际产量往往比理论产量少，通常所说的产率在电化学中称为电流效率：

S2O82-离子是已知最强的氧化剂之一，它的氧化性甚至比H2O2还强，它可以把很多元素氧化为它们的最高氧化态，如将Cr3+氧化为Cr2O72-，将Mn2+氧化为MnO4-。

三.内容提要

以硫酸氢钾为原料，金属铂为电极，在-4℃左右的低温下电解制备K2S2O8，然后对所得产品的纯度及氧化性质进行鉴定。

四、难点分析

1．电化学制备的基本原理，电解反应。这是学生进行的第一个电解制备实验，他们对电解的基本原理还不是很清楚，实验前应着重介绍电解的基本原理以及电解在工业中的应用，提高学生的兴趣。

2．电流效率（产率）的计算，影响电流效率（产率）的因素。教学中应介绍电流效率的概念、计算方法，本实验中为提高电流效率所采取的四大措施：选择Pt电极、低温电解、饱和KHSO4溶液、高的阳极电流密度。

五、教学要点（各实验步骤中的操作关键点）

1．K2S2O8的电解制备

1）以Pt丝为阳极，Pt片为阴极，用冰盐浴控制电解温度为-4℃左右，通电电流稳定在~0.33A进行电解；

2）电解后得到的产物不能用水洗，直接用乙醇洗涤。

2．K2S2O8的反应

1）若反应现象不明显，可在水浴中加热

3．K2S2O8的鉴定

此步骤目的是测定电解所得样品的纯度，从而计算实际产量，求算电流效率。关键是滴定操作严格按照操作规程，尽量减小误差，提高分析的精确度。要求平行测定3个样品。

六．本实验的成败关键

1．正确连接电解装置，阴阳极不能接错；

2．电解产物不能用水洗，否则收集不到产物；

七．思考题

1．分析制备K2S2O8的电流效率降低的主要原因。

答：（1）水参与电解，阳极析氧

（2）阳极电解得到的K2S2O8碰到阴极又被还原

2．比较S2O82-的标准电极电位，你能预言S2O82-可以氧化H2O为O2吗？实际上这个反应能发生吗？为什么能或为什么不能？

答：从热力学理论上来说，K2S2O8能都氧化水为氧气，但实际上此反应不会发生，这是因为，该反应的反应速度很慢。

3．如果用铜丝代替铂丝作阳极，仍能生成K2S2O8吗？

答：不能。

4．为什么在电解时阳极和阴极不能靠得很近？

答：如果靠得很近，一方面阴阳极容易碰到而短路；另一方面阳极产物易跑到阴极被还原，阴极产物跑道阳极被氧化。

水热法制备纳米氧化铁

实验类型：综合性

实验学时：10学时

教学对象：应化、化工、制药、冶金、环境、教化等专业

一．实验目的与要求

了解水热制备法制备纳米材料的原理与方法；

加深对水解反应影响因素的认识；

熟悉分光光度计、离心机、酸度计的使用。

二、实验原理

水解反应是中和反应的逆反应，是一个吸热过程。升温使水解反应速率加快，反应程度增加；浓度增大对反应程度无影响，但可使反应速度加快。对金属离子的强酸盐来说，pH值增大，水解程度与速率皆增大。在科研和生产中经常利用水解反应来进行物质的分离、鉴定和提纯，许多高纯度的金属氧化物，如Bi2O3,Al2O3,Fe2O3等都是通过水解沉淀来提纯的。

纳米材料是指晶粒和晶界等显微结构达到纳米级尺度水平的材料，是材料科学的一个重要发展方向。氧化物纳米材料的制备方法很多，有化学沉淀法、热分解法、固相反应法、溶胶-凝胶法、气相沉积法、水热法等。水热水解法是较新的制备方法，它通过控制一定的温度和pH值条件，使一定浓度的金属盐水解，生成氢氧化物或氧化物沉淀。若条件适当可得到颗粒均匀的多晶态溶胶，其颗粒尺寸在纳米级，对提高气敏材料的灵敏度和稳定性有利。

本实验通过FeCl3水解来制备纳米Fe2O3。在FeCl3水解过程中，由于Fe3+转化为Fe2O3，溶液颜色发生变化，随着时间增加，Fe3+量逐渐减少，Fe2O3粒径也逐渐增大，溶液颜色也趋于一个稳定值，可用分光光度计进行动态检测。

三.内容提要

利用三氯化铁的水解制备纳米氧化铁。根据三氯化铁水解产生的溶胶的吸光度确定其水

解程度，考察三氯化铁的水解与Fe3+浓度、pH、温度、时间的关系。

四．难点分析

1．影响水解的因素有浓度、温度、pH等，通过加入络合剂，控制温度、pH等来控制Fe3+的水解。

2．用分光光度计监控水解程度。水解达到一定时，所生成的溶胶的吸光度不在发生变化，以此来监控水解程度。

五、操作要点（各实验步骤中的操作关键点）

1．实验中所有玻璃仪器均需严格清洗，先用铬酸洗液洗，再用蒸馏水冲洗干净，然后烘干备用；

2．熟悉分光光度计的使用。

六．思考题

影响水解的因素有哪些？如何影响？

答：浓度越小、温度越高、pH越高水解越完全。

水解器皿在使用前为什么要清洗干净？若清洗不净会带来什么后果？

答：实验器皿若不洁净，将会使溶胶聚沉。

如何精密控制水解的pH值？为什么可用分光光度计监控水解程度？

答：用pH计控制水解pH。

氧化铁溶胶的分离有哪些方法？哪种效果较好？

答：高速离心分离与加电解质聚沉在普通离心分离。其中以加电解质聚沉在普通离心分离效果较好。

共沉淀法制备ZnO压敏陶瓷

实验类型：综合性

实验学时：10学时

教学对象：应化、化工、制药、冶金、环境、教化等专业

一．实验目的与要求

1．掌握金属离子共沉淀的操作，了解陶瓷的基本生产工艺流程。

2．学习测试压敏陶瓷的特殊电化学性能。

3．学习差热分析、扫描电镜、X射线衍射（XRD）等无机化合物的结构性能表征方法。

二．实验原理

氧化锌压敏陶瓷是近几十年发展起来的新型电压敏感材料，利用ZnO晶粒和含有杂质偏析的晶界所构成的多晶界结构，产生优良的非线性电压电流特性（非欧姆特性）和吸收能量的能力，在电子线路和电力系统过电压保护中得到广泛的应用。氧化锌压敏电阻器是一种伏安特性为非线性的元件，和其它非线性元件（如稳压二极管、整流管等）相比，具有电压范围宽（几伏到几十万伏、电压温度系数小、耐浪涌（超过正常工作电压的异常电压）能力强、寿命长、工艺简单、非线性系数大（非线性系数大于50）等优点，广泛用于电视机、程控电话、计算机、家用电器及自控设备中。用氧化锌压敏陶瓷制作的避雷器，具有无间隙、保护特性好、过电压能量的吸收能力大、结构简单和运行可靠等优点，已成为当今避雷器的主流。

图1是ZnO压敏电阻的非线性电流－电压曲线。由该曲线，可以求得非线性系数：

α=lg(I1/I2)/lg(U1/U2)

式中U1和U2分别为对应于电流为I1=0.1mA和I2=1mA时的电压.它可用来表征压敏陶瓷的非线性电流—电压关系，表现该变阻器对电流变化的敏感程度。变阻器的另一个技术指标为压敏电压U1,指电流为0.1mA时的电压。

氧化锌压敏陶瓷是在氧化锌粉末中直接加入微量的氧化铋、三氧化二钴、二氧化锰、三氧化二锑和三氧化二铬等添加物，经过混合、干燥、预烧、粉碎、造粒、成型、烧结等工序加工而成。后来经过补充完善、发展成为添加物（掺杂物）为五元~九元配方的传统工艺。干法的缺点是各种氧化物机械混合不均匀，高温烧结温度下反应不易完全，成相不好，加工过程中易带入机械杂质，制约了氧化锌压敏陶瓷性能的进一步提高。

最近报导了共沉淀法掺杂制备压敏陶瓷氧化锌粉末的新方法，称为湿法。该方法是将锌盐和添加物的离子配成溶液，然后用沉淀剂将各种离子共同沉淀下来，沉淀物经过滤、洗涤、干燥、预烧后成为以ZnO为主体的掺有杂质的复合氧化物粉体。这种粉料直接用来加工为氧化锌压敏陶瓷。湿法共沉淀掺杂制粉技术为原料呈离子状态在溶液中混合，然后再共同沉淀下来，因此具有物质混合均匀，反应活性好，烧结成相优良，粉末粒度容易控制等特点，同时可缩短加工工艺，有利于提高氧化锌压敏陶瓷的性能。

三.内容提要

以ZnCl2为原料，采用化学沉淀法制备氧化锌压敏陶瓷粉体，然后测试其电化学性能。

四．难点分析

1．功能陶瓷的种类、应用及其制备方法。学生还没有进入专业课的学习，对功能材料还没有足够的认识和了解。要求学生查阅相关资料，了解功能陶瓷材料的相关知识，课堂上还要介绍ZnO2压敏陶瓷的性能、应用及制备方法。

2．共沉淀pH的选择及控制

五、操作要点（各实验步骤中的操作关键点）

1．共沉淀终点pH控制为6.9~7.0，以使各种金属离子全部共同沉淀；

2．共沉淀前驱体应洗至无Cl-检出；

3．压片要均匀、一致；

4．正确使用各种测试仪器。

六．思考题

1．为什么共沉淀终点pH要控制在6.9~7.0？

答。保证几种离子同时沉淀。

2．试列举2种以上其它制备氧化锌陶瓷粉末的方法。

答：高温固相反应、水热合成等

焦磷酸钾的制备和无氰镀铜

实验类型：综合性

实验学时：8学时

教学对象：应化、化工、制药、冶金、环境、教化等专业

一．实验目的与要求

1．了解有关电解质溶液、电解、配合物等基础知识的综合应用。

2．掌握焦磷酸钾和焦磷酸铜的制备方法。

3．学习无氰镀铜的基本原理和操作。

二．实验原理

1．焦磷酸钾与焦磷酸铜的制备

H3PO4为三元酸。利用磷酸和氢氧化钾的中和反应，控制pH为8.5时生成磷酸氢二钾；再从磷酸氢二钾的缩合反应制取焦磷酸钾：

H3PO4+2KOH=K2HPO4+2H2O

缩合反应

2K2HPO4========K4P2O7+H2O

△

焦磷酸钾和硫酸铜反应生成难溶的焦磷酸铜：

K4P2O7+2CuSO4=Cu2P2O7↓+2K2SO4

2．无氰镀铜

长期以来，各种电镀溶液都离不开氰化钠，它不但危害电镀工人的健康，也造成周围环境的严重污染。无氰电镀的研究为解决电镀工业中氰化钠的危害开辟了途径。无氰镀铜的电镀溶液是以焦磷酸铜和焦磷酸钾形成的配合物为基本成分。

Cu2P2O7+3K4P2O7=2K6[Cu(P2O7)2]

配离子[Cu(P2O7)2]6-在水溶液中存在离解平衡：

[Cu(P2O7)2]6-===Cu2++2P2O74-

电镀时的电极反应：

阴极反应：Cu2++2e==Cu(主要反应)

2H++2e==H2