综合实验训练一
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综合实验训练一 内容汇报 & 思考讨论 - PowerPoint PPT Presentation


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综合实验训练一 内容汇报 & 思考讨论. 李黄河 金纪阳 沙高洁 汤 问. 内容提要. 一、明矾的制备和组分含量的测定、明矾的净水作用 二、三氯化六氨合钴的制备和组分含量的测定、离子构型和分裂能的测定 三、自选实验:十二钨硅酸的制备和酸性测定、催化性能表征. 一、明矾的制备和组分含量的测定与 明矾的净水作用. 1. 实验目的. ☞ 掌握酸溶法和碱溶法制备明矾的基本步骤和注意事项; ☞ 掌握差减法测定结晶水含量的方法; ☞ 复习配位滴定法、分光光度法、重量分析法测定离子含量的方法;

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Presentation Transcript

综合实验训练一

内容汇报&思考讨论

  • 李黄河 金纪阳

  • 沙高洁 汤 问


内容提要

  • 一、明矾的制备和组分含量的测定、明矾的净水作用

  • 二、三氯化六氨合钴的制备和组分含量的测定、离子构型和分裂能的测定

  • 三、自选实验:十二钨硅酸的制备和酸性测定、催化性能表征


一、明矾的制备和组分含量的测定与 明矾的净水作用

1.实验目的

☞ 掌握酸溶法和碱溶法制备明矾的基本步骤和注意事项;

☞ 掌握差减法测定结晶水含量的方法;

☞ 复习配位滴定法、分光光度法、重量分析法测定离子含量的方法;

☞ 用控制变量法探究影响明矾净水效果的因素。


2. 明矾的净水作用实验内容(附相关思考、讨论)

☞ 明矾的制备

☞ 明矾结晶水的测定

☞ Al含量的测定(分光光度法)

☞ SO42-含量的测定

☞ 明矾的净水作用探究


☞ 碱溶法制备明矾 明矾的净水作用

1.实验步骤(附相关原理)

(1)称取2gKOH溶于30ml水中,加入1g废弃铝质易拉罐片,加热溶解后趁热过滤;

2Al+2KOH+2H2O=2KAlO2+3H2↑

(2)将滤液加热至近沸,不断搅拌下加入6mol/L硫酸至沉淀全溶,趁热抽滤;

2KAlO2+H2SO4+2H2O=2Al(OH)3+K2SO4

2Al(OH)3+K2SO4+3H2SO4=2KAl(SO4)2+6H2O

(3)转至蒸发皿,加热浓缩,冷却,抽滤,醇洗,称重,计算产率。


2.思考和讨论 明矾的净水作用

Q1:为什么加硫酸至沉淀全溶便不再加?酸过量有什么后果?

A1:酸过量会促使Al聚合,形成聚铝。

Q2:为什么冷却后析出的是明矾,而不是硫酸铝、硫酸钾?

A2:以下是明矾、硫酸铝、硫酸钾的溶解度曲线:

可以看出,低温下溶解度最小的是明矾;明矾溶解度随温度变化影响很大,可以用冷却法析出。


明矾的制备中问题与讨论 明矾的净水作用

By 金纪阳


提纲 明矾的净水作用

  • 1、明矾的制备方法简介

  • 2、活性炭在酸法中的催化作用

  • 3、酸法和碱法中的其它问题


酸法制备明矾的流程 明矾的净水作用


用什么催化好? 明矾的净水作用

三氯化铁、盐酸:

可以加快反应速率,但是难以分离除去

电解法

不带入杂质,但耗能较大

我们的尝试:活性炭


活性炭可能的催化机理 明矾的净水作用


碱法制备明矾的流程 明矾的净水作用


碱法的主要问题 明矾的净水作用

  • 在溶解过程中的灰黑色杂质是什么东西?

  • 为什么加入了过量的硫酸还有乳光?(说明有胶体)


灰黑色的杂质是什么? 明矾的净水作用

  • 3004型铝的组成:   

    Si :0.30%    Cu :0.25 %   

    Mg:0.8~1.3 % Zn:0.25 %   

    Mn:1.0~1.5%   Fe:0.7%   

    其它:0.05%

    可见杂质的一部分可能是无法溶解的金属


灰黑色的杂质是什么? 明矾的净水作用

易拉罐的内壁有一层保护膜,其成分主要是环氧树脂,一些种类的环氧树脂在较高的温度下会发生分解。

可能是因为内壁的保护膜没有刮干净,残留的环氧树脂发生分解


为什么加入过量的硫酸乳光不消失? 明矾的净水作用

  • 1、可能生成一些较复杂的铝的配合物

  • 2、溶解在碱液中的硅在酸性条件下生成硅酸


☞ 明矾结晶水的测定 明矾的净水作用

1.实验步骤

(1)精确称取m1g试样于已恒重(质量为m2)的称量瓶中,置于烘箱中,在280℃下干燥2h;

(2)冷却至室温,放入干燥器中,每隔10min称量一次,直至恒重(最后两次称量差值小于0.0002g),记录瓶与试样的总质量m3。

2.实验数据处理

明矾中结晶水的质量分数为ω= ;

一分子明矾所含结晶水分子的数目为

n= 。


☞ Al含量的测定(分光光度法) 明矾的净水作用

1.实验原理:

二甲酚橙是六齿配体,结构式如下(圈注的原子是配位原子):

在pH=4~5时,二甲酚橙与Al3+形成配位比为1:1的紫红色配合物,最大吸收波长为515nm。


2.实验步骤 明矾的净水作用

(1)5μg/ml 铝标液的配制:称取0.1250g铝溶于10ml 2mol/L盐酸中,用水稀释定容于250ml容量瓶中,再稀释100倍。

(2)标准曲线的绘制:移取0、1、2、3、4、5、6ml的铝标液于50ml容量瓶,各加入0.25ml 2%的二甲酚橙,5ml无水乙醇,用1:1的HAc—NaAc缓冲液定容。10min后,在515nm处,用1cm3比色皿测各容量瓶中溶液的吸光度,绘制标准曲线。

(3)准确称取2.3~2.6g明矾,溶解后用水稀释定容于250ml容量瓶中,再稀释100倍,移取3ml于50ml容量瓶,加入0.25ml 2%的二甲酚橙,5ml无水乙醇,用1:1的HAc—NaAc缓冲液定容。10min后,在515nm处,用1cm3比色皿测其吸光度,对照标准曲线求出c(Al3+),进一步求出样品中Al的含量。


3.思考和讨论 明矾的净水作用

Q1:为什么要在每个容量瓶中加入5ml无水乙醇?

A1:加乙醇的目的有三:

(1)增大络合物的吸光度,减小相对误差(下图为pH=5,c(Al3+)=15μg/50ml时的吸收光谱)。


(2)减弱pH对吸光度的影响,扩大显色pH范围(下图为c(Al(2)减弱pH对吸光度的影响,扩大显色pH范围(下图为c(Al3+)=15μg/50ml,λ=515nm时不同pH下的吸光度)。


(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。

之所以会出现这些现象,是因为乙醇与XO通过氢键形成了—XO—C2H5OH溶剂化物,在乙醇存在下可看作Al3+与—XO—C2H5OH作用,形成了Al—XO—C2H5OH络合物(而不仅仅是Al—XO络合物)。由于乙醇的推电子效应,XO上的羧氧的电子密度增大,配位能力增强,络合物的稳定常数增大,导致吸光度增大、稳定性受pH影响减小、稳定时间延长。


Q2:为什么要用1:1的HAc—NaAc缓冲液定容?(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。

A2:为了控制pH在4~5之间。

二甲酚橙有6级酸式解离。其中H6In至H2In4-是黄色,HIn5-至In6-是红色。在pH=4~5时,二甲酚橙主要以H2In4-的形式存在。H2In4-的酸碱解离平衡如下:   

H2In4- —— H+ + HIn5- (pKa=6.3)

黄 红

当pH过小时,酸效应过强,Al3+与XO不能形成稳定的络合物;当pH过大时,一方面Al3+会水解,另一方面参比液的红色会对待测液的紫红色产生较大的干扰(最大吸收峰相近)。综上所述,最佳pH在4~5之间。


☞ SO(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。42-含量的测定

1.实验步骤

(1)准确称取4~5g明矾,置于250ml烧杯中,用100ml水溶解,加入5ml 2mol/L 盐酸,加热至近沸。

(2)称取6gBaCl2•2H2O溶于50ml水中,加热至近沸,趁热将其用小滴管逐滴滴入热的明矾溶液中,并不断搅拌,加完后于上层清液中加一两滴BaCl2溶液,检验是否沉淀完全。确定沉淀完全后,水浴加热40min陈化。

(3)用倾析法过滤沉淀,用水洗涤2~3次,每次约10ml,定量转移到滤纸上(用折叠滤纸时撕下的小片擦拭杯壁,将此小片放入漏斗中)。

(4)将滤纸折叠、包置于已恒量的坩埚中,烘干、炭化、灰化,在马弗炉中灼烧800℃约3h,冷却后称量至恒重,根据BaSO4沉淀的质量计算Ba的含量。


2.思考和讨论:(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。

Q1:加入盐酸的目的是什么?盐酸加入过多会怎样?

A1:加入盐酸是为了防止Al3+在加热时水解。盐酸加入过多,一方面容易形成聚铝,另一方面会增大同离子效应,增加BaSO4沉淀的溶解损失。

Q2:为什么沉淀最好用水洗,而非用硫酸洗?

A2:洗涤沉淀的目的是除去沉淀中吸附的受热不易分解的K+、Al3+、Cl-、Ba2+等。用硫酸洗固然能降低BaSO4沉淀的溶解损失,硫酸本身也易受热分解而除去,但它会与沉淀中吸附的Ba2+形成不溶物,造成误差。因此在没有找到更好的洗涤剂之前,只能用水洗,但次数要少。


☞ 明矾的净水作用探究(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。

1.水中物质的种类对明矾净水作用的影响

在3只100ml烧杯中分别加入50ml混有泥沙的湖水、50ml滴入5滴墨水的自来水、50ml0.1mol/L的CuSO4溶液,测得其吸光度分别为I1、I2、I3;各加入5ml0.1mol/L的明矾溶液,调节pH=7,静置20min,测得其吸光度分别为I’1、I’2、I’3。

可见,明矾对不同有色分散系的净水效果依次为浊液>胶体>溶液,即分散质的颗粒越大,越容易被吸附,净水效果越好。


2.pH对明矾净水效果的影响。(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。

在7只100ml烧杯中分别加入50ml滴入5滴墨水的自来水,测得吸光度为I,滴入5ml0.1mol/L的明矾溶液,用0.1mol/L的HCl、1:1的(CH2)6N—(CH2)6NH+缓冲液、0.1mol/L的NaOH调节各烧杯的pH分别为2、3、5、7、9、11、12,静置20min,测得各烧杯的吸光度为I’。

可见,pH=5~9时,明矾的净水效果最好,因为此时Al(OH)3的酸式电离和碱式电离都受到抑制,Al3+、AlO2-的浓度都很小。pH过小,Al3+水解不完全;pH过大,Al(OH)3溶解为AlO2-。


相关链接:聚铝(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。

聚铝是介于硫酸铝和氢氧化铝之间的水解产物,相对分子质量大,是白色粉末状或胶状物质,通式为[Aln(OH)m(SO4) ],0<m<3n。


聚铝能(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。杀菌、除臭、脱色,除氟、铝、铬、酚,除油、除浊、除重金属盐,除放射性污染物质等,广泛用于净化生活用水、生活污水,工业用水、工业废水,矿山、油田回注水。生产中用于造纸施胶、印染漂染、水泥速凝剂、精密铸造硬化剂、耐火材料粘合剂、甘油精制、布匹防皱等。


聚铝的净水原理:(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。


二、(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。Co(NH3)6Cl3的制备和组分含量的测定、离子构型和分裂能的测定

1.实验目的

☞ 通过制备三氯化六氨合钴,掌握控制各种反应条件(如温度)的方法;

☞ 复习氧化还原滴定法(间接滴定法、碘量法)、配位滴定法(返滴定法)、沉淀滴定法(莫尔法、福尔哈德法)测定离子含量的方法;

☞ 掌握通过测电导率求离子构型的方法;

☞ 掌握配离子分裂能的测定方法。


2.(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。实验内容(附相关思考、讨论)

☞ Co(NH3)6Cl3的制备

☞ Co的测定(氧化还原法、配位滴定法)

☞ Cl的测定(莫尔法)

☞ 离子构型的测定(电导率法)

☞ 分裂能的测定


☞ Co(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。(NH3)6Cl3的制备

1.实验原理

与实验书上的相同:

溶解——混合——加入催化剂——加入配体(浓氨水)——氧化(加入双氧水)——恒温搅拌反应——加热溶解产物(加入稀盐酸)——趁热过滤——沉出(加入1:1盐酸)——过滤——干燥、称重


2(3)延长络合物的稳定时间,便于操作。实验证明,不加乙醇时,络合物只能稳定10min;加了乙醇后,络合物能稳定2h。.实验步骤

第一次完全按照书上的做:

(得到红褐色产物)

分析原因:加盐酸过快,结果发现制出的产物颜色显红褐色。这可能是因为加盐酸过快造成溶液中部分区域氯离子浓度过大,导致了盐酸中的Cl-进入了配合物的内界。


第二次与实验书上的大同小异,不过用量加倍:第二次与实验书上的大同小异,不过用量加倍:

(过氧化氢又额外加倍,视反应情况而定)

溶解——混合——(加入催化剂)——加入配体(浓氨水)——氧化(加入双氧水)——恒温搅拌反应——加热溶解产物(加入稀盐酸)——趁热过滤——沉出(加入1:1盐酸)——过滤——干燥、称重

得到13g的砖红色产物,说明水分子取代了一个氨分子进入了配体内界,推测是由于溶剂量太大(最后过滤之前大约350ml,分成了两次过滤)且没有加活性炭催化剂的缘故


☞ Co的测定(氧化还原法)第二次与实验书上的大同小异,不过用量加倍:

1.实验原理

(1)Na2S2O3的标定。

基准物K2Cr2O7在酸性下与过量KI溶液生成I2:

Cr2O72-+6I-+14H+=2Cr3++3I2+7H2O;

生成的I2能与Na2S2O3定量反应:

I2+2S2O32-=2I-+S4O62-。

(2)Co的测定。

碱性下煮沸:Co(NH3)63++3OH-=Co(OH)3↓+6NH3↑;

酸溶、氧化:2Co(OH)3+6H++2I-=2Co2++I2;

滴定:I2+2S2O32-=2I-+S4O62-


2.实验步骤第二次与实验书上的大同小异,不过用量加倍:

(1)Na2S2O3的标定:精确称取0.6129gK2Cr2O7溶于50ml水中,在250ml容量瓶中定容,移取25.00ml于碘量瓶中,加入2gKI、15ml水、4mol/L HCl 5ml,摇匀、密闭,在暗处放置10min。加水30ml,用配好的Na2S2O3滴定至接近终点(溶液由深黄色变为黄绿色),加入淀粉溶液2ml,继续滴定至溶液由蓝色变为亮绿色为终点,记录消耗Na2S2O3体积V,平行滴定三次。


3.思考和讨论第二次与实验书上的大同小异,不过用量加倍:

Q1:为什么要密闭、在暗处放置10min?

A1:密闭、避光是为了防止I-被空气中的O2氧化;静置10min是为了让K2Cr2O7与KI反应完全。

Q2:为什么直到接近终点时才加淀粉?

A2:如果在接近终点之前加淀粉,则大量I-被淀粉吸附,反应活性差,而Na2S2O3的浓度有限,与I-的反应速度跟不上滴定速度,会使终点延迟。


☞ Co的测定(EDTA法)第二次与实验书上的大同小异,不过用量加倍:

1.实验原理

(1)EDTA的标定

(2)Co的测定

碱性下煮沸:Co(NH3)63++3OH-=Co(OH)3↓+6NH3↑;

在酸性条件下,Co3+不稳定,因此要先用H2O2将Co3+还原成Co2+:2Co3++H2O2=2Co2++2H++O2;

根据林邦曲线,pH≥4时,可以用EDTA直接滴定Co2+,但由于Co2+会封闭指示剂二甲酚橙,使终点变色不敏锐,因此适合采用返滴定法:先用过量的EDTA与Co2+反应,再调节pH=4~5,用标准Zn溶液滴定剩余的EDTA,以二甲酚橙为指示剂,橙黄(亮黄+粉红)色到紫红色指示终点。


2.实验步骤第二次与实验书上的大同小异,不过用量加倍:

(1)EDTA的标定

(2)Zn标液的配制:准确称取0.4~0.5gZn于100ml烧杯中,加入6mol/L盐酸5ml溶解,转移至250ml容量瓶中定容;


(3)Co的测定:准确称取1.0~1.3g样品,加50ml水溶解后用250ml容量瓶定容,移取25.00ml于锥形瓶,加45ml水,10%NaOH 10ml,加热至沸,再加热10min,直到不产生能使湿润的pH试纸变蓝的气体为止。趁热加入6mol/L HNO3 5ml,30% H2O2 2滴,剧烈摇晃,使沉淀溶解为粉红色溶液,继续加热10min,冷却后,加入50.00ml EDTA、2滴二甲酚橙,用10% NaOH逐滴调至pH≥3,加入10ml 1:1的HAc—NaAc缓冲溶液,此时pH=4~5,用Zn标液滴定至溶液由橙黄色变成紫红色,记录消耗体积V,平行滴定3次。计算Co的含量。


3.思考和讨论 10ml,加热至沸,再加热10min,

Q1:为什么用H2O2将Co(Ⅲ)还原为Co(Ⅱ)后还要继续加热10min?

A1:让剩余的H2O2分解,防止其氧化有机指示剂二甲酚橙。


☞ Cl的测定(莫尔法) 10ml,加热至沸,再加热10min,

1.实验原理

Ag++Cl-=AgCl↓(白),KΘsp=1.8×10-10

2Ag++CrO42-=Ag2CrO4↓(砖红),KΘsp=1.1×10-12

刚开始时,c(Cl-)>>c(CrO42-),根据分步沉淀原理,首先生成的是AgCl沉淀,随着Ag+不断加入,至计量点时,Cl-越来越少,Ag+相应地增多,砖红色的Ag2CrO4沉淀指示终点。


2.实验步骤 10ml,加热至沸,再加热10min,

准确称取1.8~2.0g样品配制250ml溶液,取25ml通过阳离子交换柱,在收集的溶液中加入1滴酚酞,用1%NaOH调至溶液刚好变红,再加入10ml 1:1的(CH2)6N4—(CH2)6N4H+缓冲溶液,调节pH=9,加入0.5ml 5%的K2CrO4溶液作指示剂,用AgNO3标液滴定至刚好出现砖红色沉淀为止,记录消耗的体积V,平行滴定三次。计算Cl的含量。


☞ Cl的测定(福尔哈德法) 10ml,加热至沸,再加热10min,

1.实验原理:

加入定量过量的银离子:

Ag++Cl-=AgCl↓(白),

反滴定银离子:

Ag++SCN-=AgSCN↓(白),

终点:

Fe3++SCN-= Fe(SCN)2+ (砖红)


2 10ml,加热至沸,再加热10min,.操作步骤:

加水溶解——加碱煮沸除氨——过滤除去Co(OH)3沉淀——加入50.00ml准确浓度Ag+溶液——煮沸陈化AgCl沉淀——过滤除杂——用NH4SCN滴定

3.实验结果

前期处理时间较长,最后滴定时由于没有控制指示剂的量导致平行度丧失,未能得到准确结果,实验失败


4 10ml,加热至沸,再加热10min,.思考和讨论

Q1:为什么要将溶液通过阳离子交换柱?过柱时应当注意什么?

A1:通过阳离子交换柱的目的是将Co(NH3)63+离子变为H+离子,从而避免了Co(NH3)63+的橘黄色对终点颜色(砖红色)判定的干扰,也避免了Co(NH3)63+解离出的NH3与Ag+形成配合物,对AgCl、Ag2CrO4沉淀形成的干扰。

过柱时为了使得阳离子交换完全,添加溶液时应当“少量多次”,放出溶液的速度要慢(不可形成“水柱”),溶液放完后要用去离子水洗涤树脂2~3次,洗涤液并入收集液中。


Q2:为什么要调节pH=9? 10ml,加热至沸,再加热10min,

A2:莫尔法滴定最适宜的pH是6.5~10.5。

酸性太强时,CrO42-会转化为Cr2O72-,c(CrO42-)降低,Ag2CrO4沉淀出现过迟,甚至不会沉淀;

碱性太强时,Ag+与OH-会生成AgOH沉淀,并迅速分解为Ag2O。


Q3:为什么要加入0.5ml 5%的K 10ml,加热至沸,再加热10min,2CrO4?

A3:化学计量点时

c(Ag+)=c(Cl-)= =1.3×10-5mol/L

c(CrO42-)= =6.0×10-3mol/L

由于CrO42-的颜色较深,常用浓度为5.0×10-3mol/L,因此可在约50ml溶液中加入0.5ml 5%的K2CrO4,由此引起的误差不超过0.1%,符合滴定要求。浓度过高,终点过早;浓度过低,终点过迟。


☞ 离子构型的测定(电导率法) 10ml,加热至沸,再加热10min,

1.实验原理

测得溶液的电导率k后,可以根据△M=k/c求得摩尔电导率(c为溶液的物质的量浓度),根据下表确定离子数目和离子构型:


2.实验步骤及结果分析 10ml,加热至沸,再加热10min,

测得EDTA法测Co后遗留的样品溶液的k=2.04ms/cm,而c=0.01826mol/L,△M=k/c=385,离子构型介于MA2与MA3之间,更接近MA3。可见钴氨配离子为+3价,外界有3个Cl,内界没有Cl。

但产品中可能掺杂有少量MA2型的物质,外界有2个Cl,内界有1个Cl,为[Co(NH3)6Cl]Cl2。如果莫尔法测得的Cl含量低于理论值,则证实了这一推断。


☞ 分裂能的测定 10ml,加热至沸,再加热10min,

1.实验原理

配离子的中心离子在八面体配体场的作用下,d轨道会发生分裂,形成低能级dε和高能级dγ。

当dγ未充满时,dε上的电子吸收一定频率的光能会跃迁到dγ。当电子再次回到低能级时,发射出与吸收时相同频率的光波,若频率为ν,则应用Δ0=hν可求出分裂能Δ0的值。


2.实 10ml,加热至沸,再加热10min,验步骤及结果分析

在450nm~540nm下,对EDTA法测Co后遗留的样品溶液每隔10nm(接近峰值处每隔2nm)测一次吸光度,作A—λ曲线,看出λmax=476nm:

则Δ0=hν=hc/λmax=2.61eV。


三、自选实验:十二钨硅酸的制备和酸度测定、催化性能表征三、自选实验:十二钨硅酸的制备和酸度测定、催化性能表征

1.实验目的

☞ 掌握有机溶剂萃取法制备杂多酸的方法;

☞ 复习酸碱滴定法测定酸含量的方法;

☞ 掌握测定反应物转化率的方法;

☞ 用控制变量法比较钨硅酸和硫酸铜在催化酯化反应时的性能。


2.三、自选实验:十二钨硅酸的制备和酸度测定、催化性能表征实验内容(附相关思考、讨论)

☞ 十二钨硅酸的制备

☞ 十二钨硅酸酸性的测定

☞ 十二钨硅酸催化性能的表征


☞ 十二钨硅酸的制备三、自选实验:十二钨硅酸的制备和酸度测定、催化性能表征

1.在十二钼硅酸的制备中,第一次制备时因为条件控制不当出现了比较严重的钼被还原的情况。我们认为可能是一下几方面的原因:

首先,酸度没有调节好,溶液中的酸度过大,导致钼酸根的氧化性变强(根据能斯特方程),也就是说钼酸根更容易被还原。

其次,在水洗步骤用的水,有一些资料说要滴加少量的硝酸这可能是因为这些去离子水中仍有一些还原性的物质。

于是,在第二次制备中我们修正了这两处错误,将pH调整为2,并且在反应的各个步骤中都不时加入少量的2mol/L硝酸,结果反应液和萃取物都呈现钼硅酸的黄色。


2.三、自选实验:十二钨硅酸的制备和酸度测定、催化性能表征十二钼硅酸的制备中,看到溶液在加入盐酸之后有黄色沉淀产生,是否可以不萃取,而直接抽滤,得到十二钼硅酸粗产品(张金刚小组在制备十二钼磷酸的时候使用了类似地方法)。

在十二钨硅酸的制备中,我们尝试过不用乙醚萃取而采用过滤分离的办法,但发现反应体系是浓度相当大的胶体物质,状态类似浆糊,难以过滤或者抽滤,因此只能采用萃取的方法。


3.三、自选实验:十二钨硅酸的制备和酸度测定、催化性能表征制备十二钼硅酸时,产率很低,萃取的过程中,水相中仍然有较深的黄色,说明萃取过程中操作不当,两相之间没有充分混合是导致产率低的一个原因。此外,在烧杯的底部可以发现不少的白色固体沉淀。

Q:这个沉淀是什么?


☞ 十二钨硅酸酸性的测定三、自选实验:十二钨硅酸的制备和酸度测定、催化性能表征

1.实验原理

将产物配成一定浓度的溶液后,用标准NaOH滴定,酚酞作指示剂,溶液由无色变成微红为终点,通过消耗NaOH的量可以算出总酸度c0;

通过测溶液的pH可以求出溶液中电离出的c(H+);

若[H+]=c0,则十二钨硅酸是强酸,四步皆完全电离;

若3c0/4≤[H+]<c0,则前三步完全电离;

若c0/2≤[H+]<3c0/4,则前两步完全电离;

若c0/4≤[H+]<c0/2,则第一步完全电离;

若[H+]<c0/4,则十二钨硅酸是弱酸。


2.实验步骤及结果分析三、自选实验:十二钨硅酸的制备和酸度测定、催化性能表征

(1)溶液的配制和pH值的测定。准确称取1.1—1.5g的十二钨硅酸用50ml水溶解,定容到100ml容量瓶中。取20ml溶液于100ml烧杯中,用pH计测得其pH=1.73 。

(2)NaOH溶液的配制与标定。称取2.0gNaOH固体于500ml烧杯中,加250ml水溶解。称取8—12g邻苯二甲酸氢钾,定容于250ml容量瓶中,移取25.00ml的邻苯二甲酸氢钾标准溶液于250ml锥形瓶中,加入酚酞指示剂1~2滴,用配好的NaOH溶液滴定到刚好呈微红色且振荡不褪色为终点,记录消耗体积V1。

CNaOH=


(3)产品总酸度的测定。移取25.00ml配制好的钨硅酸溶液于250ml锥形瓶中,加入酚酞指示剂1~2滴,用NaOH溶液滴定到刚好呈微红色为终点,记录消耗体积为V(3)产品总酸度的测定。移取25.00ml配制好的钨硅酸溶液于250ml锥形瓶中,加入酚酞指示剂1~2滴,用NaOH溶液滴定到刚好呈微红色为终点,记录消耗体积为V2。

c总酸度= =0.01913mol/L

根据pH=1.73算得c(H+)=0.019mol/L

c(H+)=c总酸度

因而十二钨硅酸是四元强酸。


☞ 十二钨硅酸催化性能的表征(3)产品总酸度的测定。移取25.00ml配制好的钨硅酸溶液于250ml锥形瓶中,加入酚酞指示剂1~2滴,用NaOH溶液滴定到刚好呈微红色为终点,记录消耗体积为V

1.实验步骤及结果分析

附注:

(1)由于没有冷凝回流装置,反应温度又高于乙醇沸点(78℃),致使乙醇挥发很快,为了避免损失,初始投入量应当过量,反应过程中也要不断补充,以确保乙醇始终过量;

(2)反应温度的控制采用沙浴;

(3)用2.5mol/L的NaOH溶液滴定反应完毕后的混合液,记录消耗体积V,借此可算出剩余乙酸的量,从而算出消耗乙酸的量,求出乙酸的转化率。


(4)由于乙醇极易挥发,闪点(12℃)和爆炸下限(3.3%)都很低,实验过程中要做好通风措施。(4)由于乙醇极易挥发,闪点(12℃)和爆炸下限(3.3%)都很低,实验过程中要做好通风措施。

可以看出,十二钨硅酸对乙醇与乙酸的酯化反应有很好的催化效果,是比CuSO4·5H2O更好的催化剂。


谢谢!(4)由于乙醇极易挥发,闪点(12℃)和爆炸下限(3.3%)都很低,实验过程中要做好通风措施。


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