大学化学实验基本知识

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本篇由无机制备、称量和滴定操作练习组成。通过初步的基本操作、基本技术的训练,要求学生能规范的学会以下的操作和方法:仪器的洗涤和干燥,试剂的取用,试纸的取用,煤气灯的使用,台天平、分析天平的使用,量筒、吸管、滴定管的使用,离心机的使用;直接加热和水浴加热,溶解和结晶,溶液的蒸发、浓缩,固液分离(倾滗法、吸滤法和少量沉淀的离心分离),直接称量、相减法称量,数据处理、误差表示等。要求学生自觉地重视能力与非智力因素诸方面的培养,并将此贯穿于整个实验课程的始终。

无机化合物的种类极多,不同类型的无机物制备方法有所不同,差别也很大。同一无机物也可有多种制备方法。在本篇中只介绍常见无机物常用的制备和提纯方法。

1.无机物常用的制备方法

⑴利用氧化还原反应制备

①活泼金属和酸直接反应,经蒸发、浓缩、结晶、分离即可得到产品。如由铁和硫酸制备硫酸亚铁。

②不活泼金属不能直接和非氧化性酸反应,必须加入氧化剂,反应后要有分离、除杂质的步骤。如硫酸铜的制备,不能由铜和稀硫酸直接反应制备,必须加入氧化剂(如硝酸),反应后有杂质硝酸铜,所以要用重结晶法来提纯制得的硫酸铜。

⑵利用复分解反应制备

利用复分解反应制备无机物,如产物是难溶物或气体,则只需通过分离或收集气体即可得产物。若产物是可溶的,就要经蒸发、浓缩、结晶、分离等步骤后才能得到产物。如由硝酸钠和氯化钾制备硝酸钾,这两种盐溶解、混合后,在溶液中有4种离子-K+、Na+、NO3-、Cl-,由它们可组成四种盐。当温度改变时,它们的溶解度变化不同。利用这种差别,可在高温时除去氯化钠,滤液冷却后则得到硝酸钾。再用重结晶法提纯,可得到纯度较高的硝酸钾。

2. 结晶与重结晶

⑴结晶

在一定条件下,物质从溶液中析出的过程称结晶。结晶过程分为两个阶段,第一个阶段是晶核的形成,第二阶段是晶核的成长。溶液的过饱和程度和温度都能影响晶体颗粒的大小,其中温度的影响更大些。有时会出现过饱和现象,即当温度降低后仍不析出晶体。此时可慢慢摇动结晶容器,或用玻璃棒轻轻磨擦器壁,也可加入小粒晶种,促使晶体析出。

晶体颗粒的大小要合适,否则会影响产品的纯度。晶体颗粒大而均匀,夹带母液和杂质少,易洗涤,所得产品纯度高,但结晶时间长。晶体快速析出时则相反。

⑵晶体制备的一般方法

①冷却法将一定浓度的溶液冷却至过饱和,使晶体析出的方法称冷却法。冷却速度对晶体的成长有很大的影响,温度缓慢下降,利于形成大晶体,反之则形成小晶体。

②蒸发法在一定温度下蒸发溶剂使溶液达到过饱和,析出晶体的方法称蒸发法。此法适用随温度升高,溶解度降低的物质,或溶解度变化不大的物质。如Na2SO4、NaCl等。与冷却法相比,此法很难得到大晶体。

在制备实验中,常常将蒸发与冷却两法结合使用。由于析出晶体的大小与结晶条件有关,故控制结晶条件可以得到大小合适的晶体。如溶液的浓度较高,溶质的溶解度较小,冷却得较快,并不时搅拌溶液,析出的晶体就较小。反之,如溶液的浓度不高,冷却缓慢,或投入一小粒晶种后静置,则得到较大大晶体。

⑶重结晶

先将晶体溶解,再使它重新析出的过程称重结晶。用重结晶法提纯物质,是利用物质的溶解度随温度而变化的依赖关系。杂质一般有不溶物和可溶物两类,都可以利用溶解度差别来除去。在实际操作时,在待提纯的物质中加适量水(或其他合适的溶剂),加热使成饱和溶液,趁热过滤除去不溶性杂质;然后将滤液冷却,待提纯物质从溶液中结晶出来,而少量可溶性杂质则留在母液中,用过滤法将晶体和母液分开。此法可用来提纯溶解度随温度变化显著的物质。

如物质的溶解度随温度变化较小,则不能按上述的方法提纯。而是先将溶液进行浓缩,蒸发掉一部分水,这时就有纯净物质部分的结晶出来,而杂质则留在溶液中。

仪器用途与注意事项

烧杯

•以容积表示大小,如250mL烧杯;

•用作反应容器,配制、蒸发、浓缩溶液;

•反应液体不得超过烧杯容积的2/3;

•烧杯上标有:

厂标

烧杯容积

烧杯编号处(若同时用到两只以上烧杯时,为便于区别,则可在此处写上数字编号)

容量刻度(由于反应液体不得超过容量的2/3,所以刻度到200mL足够)。

烧杯容积

烧杯编号处

厂标

容量刻度

点击左图标记,可以得到进一步的说明

锥形瓶•以容积大小表示,如250mL锥形瓶;

•有具塞和无塞两类;

•用作反应容器(加热时可避免液体大量蒸发),也用于滴定。旋摇锥形瓶可使溶液混合均匀。

量筒、量杯•以容积大小表示,如10mL量筒;

•用于量取液体的体积(准确度不高)。不能用作反应容器,不能加热,不能量取热的液体;•读数时视线应与弯月面的最低点保持水平。

称量瓶•以外径(mm)×高(mm)表示,有高型、扁型两类;

•用于准确称量试样或基准物;

•称量时盖紧盖子,不能用手拿取,应用洁净的纸带。

干燥器•以口径大小表示;

•用于干燥或保存干燥物品,但不能用来保存潮湿的器皿或沉淀;

•常用变色硅胶做干燥剂,当蓝色硅胶变成红色时,则应更换,红色硅胶烘干后可反复使用;

•务必用双手拿着干燥器和盖子的沿口搬移干燥器,绝对禁止用单手拿,以防盖子滑落打碎。

容量瓶•以容积大小表示,如250mL容量瓶;

•用于配制标准溶液;

•尽可能只用水冲洗,必要时才用洗液浸洗。用完立即洗净;

•自然晾干,不能放在烘箱中烘干。

吸管•以所量的最大容积表示,有无分度吸管和有分度吸管两类,如25mL无分度吸管;

•用于精确移取一定体积的液体;

•自然干燥,不能烘干;用后洗净。

滴定管•滴定管以最大容积表示,如50mL滴定管;•用于滴定溶液,读数时,视线应与弯月面最低点保持水平;

•酸液放在酸式滴定管中,碱液则放在碱式滴定管中;

•滴定管要洗涤干净,不挂水珠。全管不得留有气泡。用后立即洗净。

小试管及试

管架•试管以管口直径×管长表示(mm);

•试管作为反应容器,便于操作、观察,用药量少;

试管架用于盛放试管;

•反应液体不超过试管容量的1/2,加热时不超过1/3;

•一般大试管直接在火焰上加热,小试管用水浴加热;

•直接加热试管时应使试管的下半部受热均匀;•反应或加热时,要振荡试管使溶液混合均匀。

布氏漏斗、吸滤瓶、橡

皮管•布氏漏斗以直径,吸滤瓶以容积表示;

•用于减压过滤;

•根据沉淀或晶体的多少选择漏斗,使二者匹配。

注意漏斗与滤瓶大小的配合;

•根据滤瓶口的大小选择橡皮塞,塞子伸入瓶颈部分为塞子本身长度的1/3~2/3。根据漏斗颈的大

小选择钻孔器在塞子上钻孔,使塞孔与漏斗颈紧

密吻合;

•不能直接加热。