元素化学和 无机物制备实验 张其颖王麟生编 华东师范大学化学系 二○○五年九月
元素化学和 无机物制备实验 张其颖 王麟生编 华东师范大学化学系 二○○五年九月
目录 前言 第一篇绪论 1.1无机化学的发展进程及元素无机化学 1.2化学实验的重要性及元素无机化学实验的地位、作用 1.3元素无机化学实验的学习方法 第二篇化学原理 实验一、气体常数的测定 实验二、化学反应热效应的测定 实验三、化学反应速度及活化 实验四、醋酸电离常数的测定 实验五、碘化铅溶度积和溶解热的测定 实验六、磺基水杨酸铁配合物组成及稳定常数的测定 第三篇元素化学 第一章P区非金属元素(包括两性元素A1) 实验七、卤素 实验八、氧和硫 实验九、氮 实验十、磷和磷酸盐 实验十一、硼铝和碳硅 第二章主族金属和dS区金属(包括半金属元素As和Sb) 实验十二、碱金属和碱土金属 实验十三、砷锑铋 实验十四、锡和铅 实验十五、铜银锌镉汞 第三章第一过渡系元素 实验十六、钛和钒 实验十七、铬和锰 实验十八、铁钴镍 第四篇无机物制备 第一章无机物制备基本操作 实验十九、试剂级氯化钠的制备 实验二十、碳酸钠制备与氯化铵回收 实验 试剂级氢碘酸的制备 第二章从矿石类原料制备无机化合物 实验二十二、从铬铁矿制备重铬酸钾 实验二十三、从钛铁矿制备二氧化钛 实验二十四、由软锰矿制备高锰酸钾 第三章非水溶剂及无水无氧条件制备无机化合物
目录 前言 第一篇 绪论 1.1 无机化学的发展进程及元素无机化学 1.2 化学实验的重要性及元素无机化学实验的地位、作用 1.3 元素无机化学实验的学习方法 第二篇 化学原理 实验一、气体常数的测定 实验二、化学反应热效应的测定 实验三、化学反应速度及活化 实验四、醋酸电离常数的测定 实验五、碘化铅溶度积和溶解热的测定 实验六、磺基水杨酸铁配合物组成及稳定常数的测定 第三篇 元素化学 第一章 P 区非金属元素（包括两性元素 Al） 实验七、卤素 实验八、氧和硫 实验九、氮 实验十、磷和磷酸盐 实验十一、硼铝和碳硅 第二章 主族金属和 dS 区金属（包括半金属元素 As 和 Sb） 实验十二、碱金属和碱土金属 实验十三、砷锑铋 实验十四、锡和铅 实验十五、铜银锌镉汞 第三章 第一过渡系元素 实验十六、钛和钒 实验十七、铬和锰 实验十八、铁钴镍 第四篇 无机物制备 第一章 无机物制备基本操作 实验十九、试剂级氯化钠的制备 实验二十、碳酸钠制备与氯化铵回收 实验二十一、试剂级氢碘酸的制备 第二章 从矿石类原料制备无机化合物 实验二十二、从铬铁矿制备重铬酸钾 实验二十三、从钛铁矿制备二氧化钛 实验二十四、由软锰矿制备高锰酸钾 第三章 非水溶剂及无水无氧条件制备无机化合物
实验二十五、四碘化锡的制备 实验二十六、醋酸亚铬的制备与性质 实验二十七、二茂铁的制备与检测 第四章高温反应制备无机化合物 实验二十八、氮化硼的制备 实验二十九、无水三氯化铬的制备及性质 第五篇应用化学实验 实验三十、水中溶解氧的测定 实验三十一、化学沉积法制备金属膜电阻器 实验三十二、活性炭的制备及检测 实验三十三、氯化亚铜制备及催化苯环膦酸化反应 第六篇综合实验 实验三十四、碘酸钾的制备与分析 实验三十五、三氯化铬水合异构体的制备与检测 实验三十六、十二钨硅酸的制备与分析 实验三十七、从废铁屑制备铁的化合物 附录部分 实验室安全条例 附录二:实验室常用玻璃仪器 附录三:无机化学实验室三级试剂供储系统管理方法 附录四:常用酸、碱溶液的浓度 附录五:某些特殊试剂的配制 附录六:常用溶剂的性质和应用 附录七:实验室常用干燥剂 附录八:不同温度下水的饱和蒸气压 附录九:标准电极电势表 附录十:微溶化合物的溶度积 附录十一:常见沉淀物的pH 附录十二:常见配离子的稳定常数 附录十三:弱酸、弱碱在水中的解离常数 附录十四:常用缓冲溶液的pH范围 附录十五:常见无机物溶解性表 附录十六:化合物相对分子质量表 附录十七:实验报告示例
实验二十五、四碘化锡的制备 实验二十六、醋酸亚铬的制备与性质 实验二十七、二茂铁的制备与检测 第四章 高温反应制备无机化合物 实验二十八、氮化硼的制备 实验二十九、无水三氯化铬的制备及性质 第五篇 应用化学实验 实验三十、水中溶解氧的测定 实验三十一、化学沉积法制备金属膜电阻器 实验三十二、活性炭的制备及检测 实验三十三、氯化亚铜制备及催化苯环膦酸化反应 第六篇 综合实验 实验三十四、碘酸钾的制备与分析 实验三十五、三氯化铬水合异构体的制备与检测 实验三十六、十二钨硅酸的制备与分析 实验三十七、从废铁屑制备铁的化合物 附录部分 附录一： 实验室安全条例 附录二：实验室常用玻璃仪器 附录三：无机化学实验室三级试剂供储系统管理方法 附录四：常用酸、碱溶液的浓度 附录五：某些特殊试剂的配制 附录六：常用溶剂的性质和应用 附录七：实验室常用干燥剂 附录八：不同温度下水的饱和蒸气压 附录九：标准电极电势表 附录十：微溶化合物的溶度积 附录十一：常见沉淀物的 pH 附录十二：常见配离子的稳定常数 附录十三： 弱酸、弱碱在水中的解离常数 附录十四：常用缓冲溶液的 pH 范围 附录十五：常见无机物溶解性表 附录十六：化合物相对分子质量表 附录十七：实验报告示例
实验二、化学反应热效应的测定 「预习要求] 1.了解配制0200mol/ CUsO4溶液的方法 2.热容、比热容、热效应、焓的概念。 3.根据29815K时单质和水合离子的标准摩尔生成焓的数值,计算本实验反 应的标准摩尔焓变,并用△rH°29估算本实验的△T 、实验目的 1学习利用量热计测定反应热效应的原理和方法 实验原理 个化学反应的发生可能伴随着能量的变化,通常以热的形式表现出来。恒 压下发生反应时,体系吸收或放出的热量称为反应热或热焓变化,以符号△H表 示(其中H表示热焓,Δ表示变化过程)。 恒压下酸和碱发生中和反应生成lmol水时放出的热量,称为中和热(或中 和热焓) H +oH H,O -57.3kJ/mol 恒压下金属锌置换铜盐生成1mol铜时放出的热量,称为该反应的置换热(或 置换热焓): Zn+ cu △rH298=-2169kJ/mol 如果△rH为负值则是放热反应,△rH为正值则是吸热反应。 放热反应的反应热测定方法是很多的,本实验是在量热计中进行。反应中放 出的热量,一方面将引起量热计中溶液温度的升高,另一方面也使量热计相应地 提高温度。这样,反应中放出的热量Q计算如下: Q=-[△T×Cd+△T×Cx) 如果反应中生成nmol的水或nmo的铜时,则中和热或置换热可表示为 △H=Q/n= ATxCVd/n+△TxCx/n] 其中: △H—反应热( kJ/mol); ΔT—溶液或量热计升高的温度(℃) C一溶液的比热(J/g℃) V一溶液的体积(m);d—溶液的密度(g/m) n—Vml溶液中生成水或铜的量(mol)。 Cx—量热计的热容 所谓“量热计的热容指量热计的温度升高1℃所需要的热量。在测定反应热 之前必须先测定量热计的热容,其方法如下:在量热计中加入一定量的冷水 (500g),测得温度为T1,加入相同量的热水(其温度为T2),混合后的水温测 得为T3 已知水的比热为418Jg℃
实验二、化学反应热效应的测定 [预习要求] 1．了解配制 0.200mol/L CuSO4溶液的方法。 2．热容、比热容、热效应、焓的概念。 3.根据 298.15K时单质和水合离子的标准摩尔生成焓的数值，计算本实验反 应的标准摩尔焓变,并用ΔrHΘ 298估算本实验的ΔT。 一、实验目的 1.学习利用量热计测定反应热效应的原理和方法。 二、实验原理 一个化学反应的发生可能伴随着能量的变化，通常以热的形式表现出来。恒 压下发生反应时，体系吸收或放出的热量称为反应热或热焓变化，以符号 ΔH 表 示（其中 H 表示热焓，Δ 表示变化过程）。 恒压下酸和碱发生中和反应生成 1mol 水时放出的热量，称为中和热（或中 和热焓）： H+ + OH- ＝ H2O ΔrHΘ 298 ＝ -57.3kJ/mol 恒压下金属锌置换铜盐生成 1mol 铜时放出的热量，称为该反应的置换热(或 置换热焓)： Zn + Cu 2+ = Cu + Zn2+ ΔrHΘ 298 = -216.9kJ/mol 如果 ΔrH 为负值则是放热反应，ΔrH 为正值则是吸热反应。 放热反应的反应热测定方法是很多的，本实验是在量热计中进行。反应中放 出的热量，一方面将引起量热计中溶液温度的升高，另一方面也使量热计相应地 提高温度。这样，反应中放出的热量 Q 计算如下： Q = - [ΔT×CVd + ΔT×Cx） 如果反应中生成 n mol 的水或 n mol 的铜时，则中和热或置换热可表示为： ΔH = Q/n = -[ΔT×CVd/n + ΔT × Cx /n] 其中： ΔH — 反应热（kJ/mol）； ΔT — 溶液或量热计升高的温度（℃）； C — 溶液的比热（J/g ℃）； V — 溶液的体积 (ml)；d — 溶液的密度（g/ml）； n — Vml 溶液中生成水或铜的量（mol）。 Cx —量热计的热容。 所谓“量热计的热容”指量热计的温度升高 1℃所需要的热量。在测定反应热 之前必须先测定量热计的热容，其方法如下：在量热计中加入一定量的冷水 （50.0g），测得温度为T1，加入相同量的热水（其温度为T2），混合后的水温测 得为T3。 已知水的比热为 4.18J/g℃
热水失热=(T2-T3)×500×48(J 冷水得热=(T3-T1)×50.0×4.18(J) 因为热水失热与冷水得热之差即为量热计得热,故量热计的热容Cx为: (T2T3)×50.0×418-(Ty-T1)×50.0×4.18 (T3-T1) 三、仪器与试剂 量热计+带环搅拌棒,台式天平,分析天平,温度计(0-50℃,具有0.1分 度),容量瓶烧杯;硫酸铜(s),锌粉,1.00 mol/L NaoH,1.O0mo/LHCl 四、实验步骤 1.测定量热计的热容 如图2-1所示,在400ml塑料杯底部铺上一层泡沫塑料碎片,套入一个150ml 的塑料 杯,在两杯之间填以泡沫塑料碎片,组成一个量热计(如有保温杯,可直接 用作量热计)。将温度计和带环搅拌棒插入双孔塑料盖中,温度计套在搅拌棒的 环中,用量筒向量热计杯中正确加入250m自来水,加盖后适当搅拌,使体系 等待5-10分钟,以达热平衡,然后记录温度T1(精确至005℃),另取25.0ml水, 加热到冷水温度以上15-20℃,测出温度T2,并尽快将水倒入量热计中,立即加 盖搅拌之,同时立即计时,每隔15秒.记录一次温度,直至找到最高温度后再 继续记录3分钟.作温度与时间的关系图,求出△T(即T3-T1) 图2-1量热计 2.测定中和热 2.1 NaoH-HCI的中和热 用吸水纸擦干量热计和温度计。向量热计中准确加入250ml1.00mol/L NaOH溶液,待热平衡后记录碱液温度。另取25.0ml1Omol/LHCl溶液,记录 酸液温度。可用手温热或用自来水冷却盛酸的烧杯,使酸的温度与碱的温度相同 (若酸碱温度不同,也可取其平均温度)。小心把酸液一次加入量热计,加盖搅 拌计时。同上法记录温度,作图,求出△T 2.2 NaoH-hAc的中和热 用25 Oml 100mol/LHAc代替HCl溶液,同上操作测量中和热。 3.测定置换热 在擦干的量热计中准确加入50m10.200 mol/L Cuso4溶液,加盖。达热平衡 后迅速将1.5g锌粉加入溶液中。加盖搅拌,计时,每隔1分钟.记录一次温度
热水失热 ＝ （T2-T3）× 50.0 × 4.18(J) 冷水得热 ＝ (T3-T1) ×50.0 × 4.18(J) 因为热水失热与冷水得热之差即为量热计得热，故量热计的热容 Cx 为： （T2-T3）×50.0×4.18 - (T3-T1) ×50.0×4.18 Cx = ———————————————————-------- （J） （T3- T1） 三、仪器与试剂 量热计+带环搅拌棒，台式天平，分析天平，温度计（0-50℃，具有 0.1 分 度），容量瓶烧杯；硫酸铜（s），锌粉，1.00mol/L NaOH，1.00mol/L HCl。 四、实验步骤 1．测定量热计的热容 如图2-1所示，在400ml 塑料杯底部铺上一层泡沫塑料碎片，套入一个150ml 的塑料 杯，在两杯之间填以泡沫塑料碎片，组成一个量热计（如有保温杯，可直接 用作量热计）。将温度计和带环搅拌棒插入双孔塑料盖中，温度计套在搅拌棒的 环中，用量筒向量热计杯中正确加入 25.0ml 自来水，加盖后适当搅拌，使体系 等待 5-10 分钟，以达热平衡，然后记录温度T（精确至 1 0.05℃），另取 25.0 ml 水， 加热到冷水温度以上 15-20℃，测出温度T2，并尽快将水倒入量热计中，立即加 盖搅拌之，同时立即计时，每隔 15 秒．记录一次温度，直至找到最高温度后再 继续记录 3 分钟. 作温度与时间的关系图，求出ΔT（即T3-T1）。 图 2-1 量热计 2．测定中和热 2．1 NaOH-HCl 的中和热 用吸水纸擦干量热计和温度计。向量热计中准确加入 25.0ml 1.00mol/L NaOH 溶液，待热平衡后记录碱液温度。另取 25.0ml 1.00mol/L HCl 溶液，记录 酸液温度。可用手温热或用自来水冷却盛酸的烧杯，使酸的温度与碱的温度相同 （若酸碱温度不同，也可取其平均温度）。小心把酸液一次加入量热计，加盖搅 拌计时。同上法记录温度，作图，求出 ΔT。 2．2NaOH-HAc 的中和热 用 25.0ml 1.00mol/L HAc 代替 HCl 溶液，同上操作测量中和热。 3．测定置换热 在擦干的量热计中准确加入 50ml 0.200mol/L CuSO4溶液，加盖。达热平衡 后迅速将 1.5g 锌粉加入溶液中。加盖搅拌，计时，每隔 1 分钟. 记录一次温度