05化学本科班开设《化学设计实验》备选实验题目及相关目的要求.docx
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05化学本科班开设《化学设计实验》备选实验题目及相关目的要求
05化学本科班开设《化学设计实验》备选实验题目及相关目的、要求
实验序号
1
实验题目
碱式碳酸铜的制备与差热分析
指导教师
吴树新
职称
副教授
实验目的、要求
实验目的：
1．掌握碱式碳酸铜的制备反应及影响因素，巩固无机化学所学元素化合物性质的知识；
2．掌握差热分析技术的使用方法和能够达到目的；
3．掌握考察实验影响因素的研究方法和数学手段。
实验要求：
1．查阅文献列举出可能的反应和相应的实验条件，分析其中的问题，并确定制备实验的侧重点。
2．设计实验方案：
（1）给出要研究的因素并说明原因；
（2）给出考察各因素对碱式碳酸铜制备影响规律的研究方法和具体步骤；
3．上交实验方案：
按下列内容写出实验方案
①因素的选择
②制备的流程图；
③产品的定性评价方法
④具体实验内容：
包括具体的反应物料比例、pH值、反应温度、反应时间、抽虑次数、烘干时间、烘干温度等
⑤DTA分析的操作步骤和要实现的目的。
实验药品和仪器：
碱式碳酸铜、硝酸铜、硫酸铜、氯化铜；碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢铵、尿素、碳酸铵；去离子水等
pH计；恒温槽、搅拌器、烧杯、容量瓶、量筒、烘箱、抽虑装置等
实验序号
2
实验题目
卤素对B-Z振荡反应的影响研究
指导教师
贾静娴
职称
高级实验师
实验目的、要求
一、实验背景
化学振荡是一种周期性现象，一些自催化反应有可能使反应体系中某些物质的浓度随时间（或空间）发生周期性的变化，这类反应称为化学振荡反应。
在1959年，贝洛索夫（Belousov）首先观察到并随后为恰鲍廷斯基（Zhabottinsky）深入研究的，丙二酸在溶有硫酸铈的酸性溶液中被溴酸钾氧化的反应：
是人们对化学振荡发生了广泛的兴趣，这个反应被称为贝洛索夫-恰鲍廷斯基反应，简称BZ反应。
化学振荡反应是指在化学过程中某些组分或中间产物的浓度能够随时或空间发生有序的周期性变化。
这种周期性的变化直观地展现了自然普遍存在的非平衡非线性问题，广泛存在于化学、物理学、生物学等领域中。
它已成为现代化学的前沿课题之一。
二、实验目的与要求
设计性实验是培养学生分析问题、解决问题的能力重要教学环节，着重学生创新能力的培养，扩大学生的知识面学习各种实验方法和实验手段的综合应用方法，其目的在于培养学生全面掌握物理化学实验方法训练学生灵活运用物理化学实验技术的能力。
通过设计性实验使学生加深对物理化学基本理论的理解，进一步提高学生运用物理化学知识来解决实际问题的能力，提高学生进行科学研究的能力和素养。
三、实验的程序
1.在设计实验中，要求学生首先查阅大量的文献（主要是通过网上查阅），结合文献所报道的工作，了解化学振荡反应发展和研究现状；
2.了解发生化学振荡的基本条件，掌握化学振荡反应的一般方法，初步认识系统远离平衡态的复杂行为，为进一步研究自然界中普遍存在的非平衡非线性问题奠定基础；
3.摸索实验的条件，建立一套新的测试体系和方法，依次来设计实验。
从实验题目，实验原理到实验操作步骤等等要求学生独立完成，在设计实验中，要求学生掌握实验仪器的结构、性能和操作方法。
结合FKN模型，设计F-、Cl-、I-离子对B-Z振荡反应的影响的实验方案，学生独立进行实验。
4.要求学生完成一篇论文。
5.根据学生掌握文献的情况，对设计实验论文进行考评。
实验序号
3
实验题目
亚硝酸（HNO2）结构和性质的量子化学理论研究
指导教师
孟祥军
职称
讲师
实验目的、要求
实验背景：
量子化学是理论化学的一个分支学科，是应用量子力学的基本原理和方法，研究化学问题的一门基础科学。
量子化学的研究范围包括稳定和不稳定分子的结构、性能，及其结构与性能之间的关系；分子与分子之间的相互作用；分子与分子之间的相互碰撞和相互反应等问题。
20世纪80年代以来，由于计算机技术的发展，量子化学研究方法（理论模型）及其应用得到迅猛发展。
量子化学计算方法主要包括：
半经验方法、电子相关和后SCF方法、偶合簇方法、二次相关方法和密度泛函方法等。
由于不同方法计算精度和计算量差异很大，通常根据研究体系性质与大小、研究精度和计算机配置来选择相应方法。
选择亚硝酸（HNO2）为研究对象基于以下几点：
一、亚硝酸存在顺反异构体。
选择理论方法研究各异构体的结构和性质以及异构化过程，并将计算结果与实验值比较，能够深入理解热力学原理和动力学原理，巩固理论知识。
二、亚硝酸体系存在异构化反应，所以研究亚硝酸能够涉及到较多计算模型，有助于学生了解更多的理论方法。
三、亚硝酸体系较小，计算量小，实验室现有计算机能够轻易完成相关计算任务。
实验目的：
掌握量子化学研究物质结构和性质的一般方法和研究步骤；学会查阅和分析文献；学会实验方案设计方法，学会小论文写作方法；初步了解毕业论文工作模式。
实验要求：
1、向教师学习量子化学实验研究的一般原理和基本方法以及查阅分析文献的方法，通过教师讲解领会实验背景和目的要求
2、查阅相关资料，选择理论方法，并在教师指导下设计并写出实验方案。
3、在教师协助下完成计算任务，独立整理分析数据，写出实验报告或小论文。
实验序号
4
实验题目
碳纳米管/普鲁士蓝杂化材料的制备及其性质
指导教师
翟江丽
职称
助教
实验目的、要求
一、实验目的：
1.巩固所学的基础理论知识、基本操作技能和基本实验方法。
2.考查学生对所学知识的运用能力。
二、设计实验要求：
1.查阅资料，总结文献报道实验方法。
2.需用的仪器（规格、数量）、试剂（浓度及配制方法）。
3.实验步骤（在实验条件允许的范围内，设计实验步骤）。
4.结果与讨论（运用电化学方法、紫外光谱法、红外光谱法表征目标产物得出结论）。
要求独立完成实验，并对结果加以讨论，完成实验报告。
三、注意事项
1.碳纳米管的纯化起到很重要的作用。
常见的方法有两种：
其一，将CNTs与硝酸混合回流来处理；其二，将CNTs与硝酸和浓硫酸的混酸溶液充分混合后超声来处理。
这些纯化方法可使CNTs的端部打开，而且会在端口形成含氧官能团。
2.碳纳米管/普鲁士蓝杂化材料的制备方法很多，常见的有两种：
其一，静电吸附；其二，电化学聚合。
实验序号
5
实验题目
纳米二氧化硅的制备及其吸附性能
指导教师
刘立华
职称
副教授
实验目的、要求
一、实验背景
抗菌材料有很好的应用前景。
无机抗菌材料由各种无机材料负载有色金属如锌、钛、银的离子或氧化物制得。
如SiO2-Ag+复合材料作为无机抗菌材料，化学稳定性、热稳定性好，成型加工方便。
正硅酸乙酯在碱的催化作用下，与水反应，通过一系列水解、聚合等过程，生成二氧化硅：
SiO（C2H5）4+nH2O=Si（OH）4+4nC2H5OH
Si（OH）4在乙醇与水的混合溶液中，由于体系的碱度降低从而诱发硅酸根的聚合反应，转化成硅羟基-OH，在它的表面吸附有大量的水，如果失水，这种硅-氧结合就会迅速发生，形成Si-O-结构，迅速增长成粗大的颗粒。
极性分子乙醇的存在起到了隔离的作用，形成硅-氧联结，从而制得小颗粒的SiO2。
负载能力S定义为每100g的SiO2负载银的克数。
在硝酸银原始浓度较低时负载能力随其浓度升高而增大，然后载银能力趋于饱和。
纳米SiO2对Ag+具有较强的吸附性，在吸附初期有较快的吸附速度，随着吸附时间的延长，吸附速度缓慢降低。
这是因为随着吸附的进行，固体界面离子浓度与液相本体离子浓度差减小，对流、扩散与吸附推动力减小。
二、实验目的与要求
1查阅相关文献，选择一种可行的化学方法制备纳米二氧化硅并设计详细的实验方案。
2根据实验方案进行实验，制备纳米二氧化硅粉体。
3了解分析可采用的仪器结构及原理，如粒度分析仪。
4分析原始浓度、吸附时间、吸附温度对负载能力的影响。
5根据实验方法及表征结果写一篇小论文。
实验序号
6
实验题目
4-甲基环己基异氰酸酯的合成
指导教师
冯桂荣
职称
教授
实验目的、要求
一、实验背景
异氰酸酯是一种重要的有机合成中间体，它参与众多有机反应，已广泛应用于农药、医药、染料等精细化工产品的合成；还可以用来制造植物保护剂、杀虫剂、颜料、合成树脂、纺织疏水剂、塑料、洗涤剂、粘合剂、除草剂、植物生长调节剂的原料。
异氰酸酯与醇、胺反应制备衍生物，还可用于化合物的鉴定。
所合成的目标物4-甲基环己基异氰酸酯是合成降糖药物格列美脲的重要中间体，格列美脲是新一代磺酰脲类降糖药，用于治疗节制饮食和从事运动而未能控制的Ⅱ型糖尿病，它是FDA批准的第一个可与胰岛素同时使用的磺酰脲类降糖药，由于该药与受体作用时间较短，使胰岛素分泌时间缩短，因此具有较强的节省胰岛素作用，在一定程度上可克服胰岛素细胞继发性衰竭，格列美脲具有高效、长效、用药量少（2-4mg/d）、副作用小等特点，是目前临床评价很好的磺酰脲类降血糖药。
碳酸二甲酯（简称DMC）是近年来受到国内外广泛关注的环保型绿色化工产品。
1992年DMC在欧洲通过了非毒性化学品（Nontoxicsubstance）的注册登记，属于无毒或微毒化工产品。
分子结构中（CH3O-CO-OCH3），含有两个具有亲核作用的碳反应中心，也就是羰基和甲基，主要用于医药化工产品的甲基化、羰基化反应和合成。
碳酸二甲酯由于具有低毒、相溶性好等优点，被广泛用于农药、医药等方面，是光气、硫酸二甲酯、氯甲酸甲酯等剧毒品的理想替代品，被誉为绿色化工产品。
4-甲基环己基异氰酸酯的合成方法有：
光气法；硝基化合物一步羰基化法；氨基甲酸酯阴离子脱水法；卤仿消去法；氨基甲酸酯热分解法；固体光气法；碳酸二甲酯法；Curtius重排法；等等。
不同的合成工艺有其优缺点。
二、实验目的和要求
1、查阅相关文献，比较各种合成方法的工艺特点，选择一种可行的方法合成4-甲基环己基异氰酸酯，并设计详细实验方案。
2、根据实验方案进行实验，对目标物进行提纯，进行UV、IR测定。
3、根据实验方法和实验结果写一篇小论文。
三、合成提示
用4-甲基环己基胺与碳酸二甲酯反应，氧化锌做催化剂，合成4-甲基环己基异氰酸酯。
参考资料：
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