综合化学实验报告

综合化学实验报告电解法和化学法合成碘仿实验08应用化学（2）班____________________________________2011年___月______日电解法和化学法合成碘仿实验前言碘仿是一种重要的有机合成原料，常用作医药中的杀菌消毒剂和防腐剂以及印刷中的敏化剂，另外碘仿还被用来取代二硫化二异丙基黄原酸酯作为聚合反应中相对分子质量调节剂[1]，是一种重要的精细化学品。碘仿的合成方法一般分为两种：一种是化学方法，一种是电化学方法。本次试验为了探究两种方法的优缺点以及化学法和电解法合成碘仿的各有什么特点，并探讨电解电压、温度、电极材料、以及搅拌速率对电流效率的影响。化学法合成碘仿是采用丙酮或乙醇经卤化、水解的方法制得。（装置图a）基本原理[2]为： 电化学方法制碘仿是在碘化钠水溶液中，碘离子在阳极被氧化而成碘，生成的碘在碱性介质中变成次碘酸根离子，再与溶液中的丙酮或乙醇作用成碘仿，（装置图b）即：阳极：or副反应：在副反应中，每生成1mol会消耗6mol电子。因此，在制备碘仿的实验中，实际通过的电量要大于前面计算的数值。极：简易装置图：图a图b实验部分一、仪器和试剂仪器：电磁搅拌器；直流电源(0～30v，0～2A)滑线变阻器；电解池，自制电极（1对Ni电极和1对Cu电极）；水浴锅(可与电解池合用)，布氏漏斗，短颈漏斗，滴液漏斗；热滤漏斗；pH试纸，数字熔点仪。试剂：碘化钠(A.R.)，次氯酸钠(A.R.)；丙酮(A.R.)，乙醇(95％)。二、操作步骤[3]1、化学法合成碘仿按图a连接装置，向反应瓶内依次加入50mL水、6.2g碘化钠和1mL丙酮,搅拌。滴加5%次氯酸钠水溶液45mL，滴加时控制温度不超过25ºC。之后，继续搅拌30分钟，停止反应，抽滤，将产物水洗至中性，于35~40ºC下进行干燥，得粗产品。用适量乙醇作溶剂，溶解固体碘仿，过滤，重结晶，晶体与母液分离，晶体干燥，称量，记下所得的纯品产量,测定产品熔点。2、电极法合成碘仿在温度T下，向电解槽中加入100mL水。搅拌加入6.2g碘化钠，待固体溶解后，再加入1mL丙酮，混合均匀测pH并记录。安装好电极，并接好电源（装置图如图b），在电压U下开始电解，实验过程中需要搅拌。并记下起始时间。1min后再测pH值并记录，实验中分别记录1min、5min、10min、15min、20min、25min、30min时的体系pH值和电流密度。电解约30min，切断电源，停止电解。将电解液用布氏漏斗抽滤，所得固体用水洗涤2-3次，得到回收液及碘仿固体，液体放入回收液容器中，碘仿固体在室温下干燥后进行称量。然后用适量乙醇作溶剂，溶解固体碘仿，过滤，重结晶，晶体与母液分离，晶体干燥，称量，记下所得的纯品产量，测定产品熔点。改变不同实验条件进行对比：(1)Cu电极采用两个尺寸相当的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2cm,控制水浴温度为T=25C，调整电压U=10.0V，按照上述操作步骤进行电解。(2)Ni电极采用两个尺寸相当的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2cm。控制电压（T=25℃）U1=10.0VU2=6.0V分别按照上述操作步骤进行电解，并记录实验数据。控制温度（U=10.0V）在T=42℃下按照上述操作步骤进行电解，并记录实验数据。三、实验结果与讨论1、化学法丙酮A.R反应时间/min粗产品纯产品产率熔点1mL302.7g1.5g0.50120.5℃2、电解法（1）原始数据记录表1电极：CuT=25℃U=10.0Vt/min0151015202530PH6891011111212I/A00.640.360.340.300.230.220.22表2电极：NiT=25℃U=10.0Vt/min0151015202530PH68101011111112I/A01.021.091.061.101.081.051.05表3电极：NiT=25℃U=6.0Vt/min0151015202530PH68899101011I/A0.000.410.400.370.380.360.370.37表4电极：NiT=42℃U=10.0Vt/min0151015202530PH68101011111112I/A0.001.011.041.131.271.371.271.10（2）绘图根据表1、2、3、4分别绘制图形图1、2、3、4图1图2图3图4（3）结果分析（10）电极材料对电流效率的影响表aT=25℃U=10.0V电极材料CuNi粗产品0.1g0.6g电流效率25%46%由表a可见，电极材料对电流效率的影响很大，铜电极明显不如镍电极。一方面是因为，镍在还原性环境中比较稳定，这样阴极被保护，并且镍在强碱性的溶液中容易被钝化，使得阳极也不容易被腐蚀[4]；另一方面，镍的方阻小，附着强度大，因此镍电极性能较好[5]；再一方面在强碱性溶剂中铜的分解电压明显降低，因此在较高电压下阳极容易分解，被腐蚀，影响其电流密度。（20）电解电压对电流效率的影响表bNi电极T=25℃U10.0V6.0V粗产品0.6g0.4g电流效率46%47%由表b可见，在电极、温度以及搅拌速率基本不变的情况下，电解电压在一定范围内降低时，电流效率有稍微的增大。这是由于当电流密度在0.01A.cm-1~1.0A.cm-1时当电流密度增大时氢气在镍电极上的超电位增大，超电位越大，消耗电能越大[6]。（30）温度对电流效率的影响表cNi电极U=10VT/℃2542粗产品0.6g1.3g电流效率46%91%由表c可见，在电极，外加电压以及搅拌速率基本不变的条件下，温度在一定的范围内升高，电流效率明显提高。一方面是因为温度升高加快传质过程，使得在阳极部位生成的碘单质迅速扩散，并在碱性环境下发生歧化反应产生次碘酸根，进而与丙酮反应生成碘仿；另一方面温度升高使得次碘酸根更容易与丙酮SN2反应[２]，避免了进一步被氧化，从而提高了电流效率。（４０）副反应对电流效率的影响电解过程中的副反应主要发生在阳极，由于ＩＯ－的歧化速度很快，溶液中很难存在次碘酸盐，因此产生的ＩＯ－一部分与丙酮反应，剩余部分发生歧化反应碘酸根以盐的形式存在，而碘离子可被重新氧化成Ｉ２，每生成１ｍｏＬ就会有６ｍｏＬ电子被消耗，使得电流效率降低；此外，随着反应的进行，溶液中ＯＨ－浓度逐渐升高，Ｉ－浓度降低，阳极容易发生ＯＨ－被氧化的副反应，进而影响电流效率。（５０）对PH~t曲线和I~t曲线的分析由图1、2、3、4可见溶液的PH值随着反应的进行逐渐增大，从反应机理可知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逐渐升高。图1和图2、3、4对比可知铜电极电流波动较大，随着反应的进行电流明显下降然后趋于平衡，原因如（10）所述；由图2和图4对比可知当温度升高时电流密度略有增加，这是由于温度提高传质加快，使得生成的乙酸跟以及未反应的丙酮不易聚集在阳极，而影响碘离子的进一步氧化[7]。(６０)电解法和化学法合成碘仿的比较化学法粗产品/g2.7产率50%电解法电极CuNiT/℃252542U/V10.06.010.0粗产品/g0.10.60.41.3产率1.8%11%7.4%24%纯产品（总）/g0.3熔点/℃120.8 从反应条件上看电解法反应比较温和，反应过程中不需要添加额外氧化物，不会引进新的杂质；电解法不