《现代化学实验与技术2》实验讲义24课时Word文档格式.docx
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学习谱图的解析方法。
二、实验原理
红外光谱是研究分子振动和转动信息的分子光谱，它反映了分子化学键的特征吸收频率，可用于化合物的结构分析和定量测定。
根据实验技术和应用的不同，一般将红外光区划分为三个区域：
近红外区（13158～4000cm-1）,中红外区（4000～400cm-1）和远红外区（400～10cm-1）,一般的红外光谱在中红外区进行检测。
红外光谱对化合物定性分析常用方法有已知物对照法和标准谱图查对法。
傅立叶变换红外光谱仪主要由红外光源、迈克尔逊（Michelson）干涉仪、检测器、计算机等系统组成。
光源发散的红外光经干涉仪处理后照射到样品上，透射过样品的光信号被检测器检测到后以干涉信号的形式传送到计算机，由计算机进行傅立叶变换的数学处理后得到样品红外光谱图。
三、仪器及试剂
1、仪器：
Avatar360FT－IR红外光谱仪、压片机、压片模具、磁性样品架、红外烘灯、玛瑙研钵。
2、试剂：
苯甲酸、无水丙酮（以上试剂均为分析纯）、KBr（光谱纯）。
四、实验步骤
1、取干燥的苯甲酸试样约1mg于干净的玛瑙研钵中，在红外烘灯下研磨成细粉，再加入约150mg干燥的KBr一起研磨至二者完全混合均匀，颗粒粒度约为2µ
m以下。
2、取适量的混合样品于干净的压片模具中，堆积均匀，用压片机加压制成透明试样薄片。
3、将试样薄片装在磁性样品架上，放入Avatar360FT－IR红外光谱仪的样品室中，先测空白背景，再将样品置于光路中，测量样品红外光谱图。
4、扫谱结束后，取出样品架，取下薄片，将压片模具、试样架等用无水乙醇擦洗干净，置于干燥器中保存好。
5、对所测谱图进行基线校正及适当平滑处理，标出主要吸收峰的波数值，打印谱图，判别各主要吸收峰的归属，分析样品的结构。
6、进行图谱检索，与人工分析进行对比。
五、注意事项
1．KBr应干燥无水，固体试样研磨和放置均应在红外烘灯下，防止吸水变潮。
2．KBr和样品的质量比约在100～200:
1之间。
六、思考题
1．用压片法制样时，为什么要求将固体试样研磨到颗粒粒度在2μm左右?
2．为什么要求KBr粉末干燥、避免吸水受潮?
实验3火焰原子吸收光谱法灵敏度和自来水中钙、镁的测定
一、实验原理
在使用锐线光源条件下，基态原子蒸气对共振线的吸收，符合朗伯-比尔定
律，即
A=lg（I0／I）=KLN0
在试样原子化时，火焰温度低于3000K时，对大多数元素来讲，原子蒸气
中基态原子的数目实际上十分接近原子总数。
在一定实验条件下，待测元素的原子总数目与该元素在试样中的浓度呈正比。
则
A=kc
用A-c标准曲线法或标准加入法，可以求算出元素的含量。
由原子吸收法灵敏度的定义，按下式计算其灵敏度S：
1．仪器：
原子吸收分光光度计；
钙、镁空心阴极灯。
2．试剂：
（1）1.0g·
L-1镁标准贮备溶液
（2）1.0g·
L-1钙标准贮备溶液
（3）50mg·
L-1标准使用溶液
（4）100mg·
L-1钙标准使用溶液
（5）MgO（GR）；
无水CaCO3（GR）；
HCI（AR）
配制用水均为二次蒸馏水。
1．钙、镁系列标准溶液的配制
（1）配制钙系列标准溶液：
2.0，4.0，6.0，8.0，10.0mg·
L-1
（2）配制镁系列标准溶液：
0.1，0.2，0.3，0.4，0.5mg·
2．工作条件的设置
（1）吸收线波长Ca422.7nm。
Mg285.2nm
（2）空心阴极灯电流4mA
（3）狭缝宽度0.1mm
（4）原子化器高度6mm
（5）空气流量4L·
min-1，乙炔气流量1．2L·
min-1
3．钙的测定
（1）用10mL的移液管吸取自来水样于100mL，容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
（2）在最佳工作条件下，以蒸馏水为空白，由稀至浓逐个测量钙系列标准溶液的吸光度，最后测量自来水样的吸光度A。
4．镁的测定
（1）用2mL的吸量管吸取自来水样于100mI容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
（2）在最佳工作条件下，以蒸馏水为空白，测定镁系列标准溶液和自来水样的吸光度A。
5．实验结束后，用蒸馏水喷洗原子化系统2min，按关机程序关机。
最后关闭乙炔钢瓶阀门，旋松乙炔稳压阀，关闭空压机和通风机电源。
6．绘制钙、镁的A—c标准曲线，由未知样的吸光度Ax，求算出自来水中钙、镁含量（mg·
L-1）。
或将数据输入微机，按一元线性回归计算程序，计算钙、镁的含量。
7．根据测量数据，计算该仪器测定钙、镁的灵敏度S。
四、注意事项
1．乙炔为易燃易爆气体，必须严格按照操作步骤工作。
在点燃乙炔火焰之前，应先开空气，后开乙炔气；
结束或暂停实验时，应先关乙炔气，后关空气。
乙炔钢瓶的工作压力，一定要控制在所规定范围内，不得超压工作。
必须切记，保障安全。
2．注意保护仪器所配置的系统磁盘。
仪器总电源关闭后，若需立即开机使用，应在断电后停机5min再开机，否则磁盘不能正常显示各种页面。
五、思考题
1．为什么空气、乙炔流量会影响吸光度的大小?
2．为什么要配制钙、镁标准溶液？
所配制的钙、镁系列标准溶液可以放置到第二天使用吗？
为什么？
实验4自动电位滴定测定工业纯碱总碱度
滴定分析重要条件是反应能够完全、定量进行，有99.9%的反应物能转变为产物。
反应要迅速，副反应少，有合适的确定终点的方法（指示剂）。
常规滴定分析的缺点是有时无法找到合适的指示剂，有色和浑浊溶液的测定困难，滴定终点判断困难，非水溶液的测定困难。
二、电位滴定法
能准确滴定带有以上普通方法不能进行的样品，可用于各类滴定反应中，包括酸碱反应、氧化还原反应、络合反应和沉淀滴定。
其原理是测量滴定过程中指示电极电位的变化来确定终点。
在电位滴定法中，需要在待测溶液中插入两个电极，一个为指示电极，一个为参比电极，这两个电极同时浸入试液中就组成了一个原电池。
在电位滴定中，通过测量电极电位的变化就可求得滴定终点。
普通滴定法是利用指示剂颜色的突变，后者是利用电动势的突变。
三、电位滴定中如何选择电极
滴定方法
指示电极
参比电极
酸碱反应
pH玻璃电极
甘汞电极
氧化还原反应
铂电极
络合滴定
汞电极，银电极
沉淀滴定
银电极
四、试剂与仪器
ZD-4A自动电位滴定仪、结晶碳酸钠、0.1000mol/L盐酸标准溶液
五、实验步骤
（一）仪器介绍
（二）电极标定（pH滴定模式需要，常选用二点标定）
1、将pH复合电极及温度电极插入缓冲溶液6.86中，按“标定”键，当显示的pH值读数趋于稳定后，按“F2（确认）”键，仪器显示电极的百分斜率和E0值，至此一定标定结束。
2、将电极用蒸馏水洗净擦干净后，插入pH=4.02或9.18的标准缓冲溶液中，重复上步操作，二点标定结束。
（三）清洗（滴定前和滴定结束后）
按“清洗”键（蒸馏水洗涤、滴定剂润洗），设置清洗次数。
（四）预滴定
1、准确称取0.5克（A组）、1.0克（B组）于100ml烧杯中，溶解，定量转移入100ml容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。
2、用移液管移取上液10ml于100ml烧杯中，加入60ml水，在烧杯中放入一粒“搅拌子”。
3、选择“滴定”
4、在滴定模式中，选择“预滴定”模式
5、选择“pH”模式
6、按“开始”键开始用0.1mol/l盐酸标准溶液滴定
7、记录3个滴定终点的EP值和pH值（最多5个）
8、选择△[H+]/△V值最大的为终点
平行测定2次，取平均值为滴定终点
预滴定数据记录
V0
pH0
V1
pH1
V2
pH2
V3
pH3
△[H+]/△V
滴定终点
（五）预设终点滴定
1、用移液管移取上液10ml于100ml烧杯中，加入60ml水，在烧杯中放入一粒“搅拌子”。
2、选择“滴定”
3、在滴定模式中，选择“预设终点滴定”模式
4、选择“pH”模式
6、“斜率“、”电位“缺省设置
7、设置：
预设终点数“1“
8、设置：
第一终点“？
“（预滴定确定的终点）
9、设置：
第一预控点：
对大突跃的反应，预控点要设置到离终点电位远一点的地方。
（一般距离终点电位100mv以上，而对小突跃的反应，预控点可以设置到离终点近一点的地方，以加快速度。
10、设置：
延时时间10S
11设置完毕，按“开始”键开始用0.1mol/l盐酸标准溶液滴定
12、滴定结束，记录滴定体积
13、平行测定三次，计算纯碱中总碱度。
第二次测定时，选择“重复上次测定”即可
预设终点
第一预控点
测定次数
1
2
3
VHCL/ml
总碱量/Na2CO3%
总碱量/Na2CO3%平均值
单次测定偏差
相对平均偏差
（六）人工滴定
2、用移液管移取上液10ml于250ml锥形瓶中，加甲基橙1滴，用0.1mol/l盐酸标准溶液滴定至溶液由黄色变为橙色即为终点。
平行测定三份。
计算纯碱中总碱度。
1、自动电位滴定法的适用范围？
2、本实验中，自动电位滴定法与手动滴定法相比，精密度有何区别，为什么？
实验5烃类物质的定性分析（气相色谱法）
一实验目的
1.了解气相色谱仪的结构。
2.掌握气相色谱仪的使用及操作。
3.掌握气相色谱仪的热导检测器的使用规则。
4.了解气相色谱仪的应用及定性分析的注意事项。
1.混合物的定性分析
色谱定性分析的任务是确定色谱图上各色谱峰代表何组分，根据各色谱峰的保留值进行色谱定性分析。
在一定的色谱操作条件下，每种物质都有一确定不变的保留值（如保留时间），故可作为定性的依据，只要在相同色谱条件下，对已知纯样和待测试样进行色谱分析，分别测量各组分峰的保留值，若某组分峰的保留值与已知纯样相同，则可认为二者是同一物质。
这种色谱定性分析方法要求色谱条件稳定，保留值测定准确。
2.定量分析
确定了各个色谱峰代表的组分后，即可对其进行定量分析。
色谱定量分析的依据足第i个待测组分的质量与检测器的响应信号（峰面积A或峰高A）呈正比：
式中Ai为其峰面积（cm2），hi为其峰高（cm），fi为绝对校正因子。
经色谱分离后，混合物中各组分均产生可测量的色谱峰；
则可按归一化公式计算各组分的质量分数，设为fi，相对校正因子，则
三、仪器和试剂
1．仪器GC-14B型气相色谱仪（日本岛津）；
热导池检测器；
皂膜流
量计；
微量注射器。
2．试剂正己烷、环己烷、正庚烷均为AR；
混合物试液。
四、色谱条件
φ3mm×
2m螺旋型不锈钢柱；
SE-30（弱极性固定相，液体），101白色硅烷化担体（80～100目）；
液载比5%；
Tc：
℃；
Ti=90℃；
Td=90℃；
桥电流80mA；
载气为N2（99.999%，压力：
KPa
五、实验步骤
1．开机
打开载气—-检查气密性—-开主机电源--开检测器电源并确定（编码为4）—-开CBM102—-开电脑--打印机
2参数设定（主机键盘上）
设定三个温度（柱温：
按COL-INIT.TEMP-65进样口温度：
INJ-90检测器温度：
按SHIFT.D—DET-TTCD-T-90-确认）—-开加热开关--按START—-待三个温度恒定—-设定桥电流
3电脑上出现准备就绪—单次分析-样品记录（填好）--开始--待机-进样（2-4微升）--按GC-START--按CBM102）--采集--看到谱图（Y轴×
10000）--停止--打印—-后处理--调出该数据文件--报告文件
4．混合物的分析
（1）混合物试液的分析用微量注射器移取2.0µ
L混合物试液进行分析，连续记录各组分色谱峰的保留时间，并在色谱图上相应色谱峰处作出标记，以资鉴别。
计算出各峰相应的保留时间。
（2）正已烷、环己烷、正庚烷纯样保留时间的测定分别用微量注射器移取上述纯样溶液各0.4µ
L，依次进样分析，分别测定出各色谱峰的保留时间tR，计算出各峰相应的保留时间tR，。
六、结果处理
1．将混合物试液各组分色谱峰的调整保留时间与已知纯样进行对照，对各色谱峰所代表的组分作出定性判断。
谱图上第一个峰代表什么物质，第二个峰代表什么物质，第三个峰代表什么物质
2．用归一化方法计算混合物试液中各组分的质量分数。
各组分的值fi，见下表。
组分
正己烷
环己烷
苯
正庚烷
fi，
0.89
0.94
1.00
4．实验完毕，依次关闭热导池桥电流，各加热开关，总机开关，最后关闭载气。
并将各加热开关旋钮旋至最低档处。
七、注意事项
1．热导池桥电流不能太高，否则会引起基线不稳定，甚至容易烧坏热敏元件。
2．测定时，取样要准确，进样要迅速，并瞬间拔出注射器。
注入试样溶液时，试液中不应有气泡。
3．测定时应严格控制实验条件恒定，实验条件稳定是实验成功的关键。
八、思考题
1．使用热导池检测器时，能否先接通电源，再开启载气?
为什么?
2．如何选择适当的桥电流和载气种类以提高热导池检测器的灵敏度?
3．进样操作应注意哪些事项?
在一定的色谱操作条件下，进样量的大小是
否会影响色谱峰的保留时间和半峰宽度?
实验6反相高效液相色谱法分离苯、甲苯
一、实验目的
1.学习高效液相色谱的操作。
2.了解反相液相色谱发分离非极性化合物的基本原理。
3.掌握用反相色谱法分离芳香烃类化合物的方法。
二、方法原理
高效液相色谱法是一种重要的色谱分离技术。
根据所用固定相和分离机理的不同，一般将高效液相色谱法分为分配色谱、吸附色谱、离子交换色谱和空间排斥色谱等。
在分配色谱中，组分在色谱柱上的保留程度取决于它们在固定相和流动相之间的分配系数K：
组分在固定相中的浓度
K=————————————
组分在流动相中的浓度
显然，K值越大，组分在固定相上的保留时间越长固定相与流动相之间的极性差值也越大。
因此，出现了流动相为非极性而固定相为极性物质的正相色谱法和流动相为极性而固定相为非极性的反相色谱法。
目前应用最广的固定相是通过化学反应的方法将固定液键合到硅胶表面上，即所谓的键合固定相。
若将正构烷烃等非极性物质（如n—C18烷）键合到硅胶基质上，以极性溶剂（如甲醇和水）为流动相，则可分离非极性或弱极性的化合物。
据此，采用反相液相色谱法可分离烷基苯类化合物。
三、仪器与试剂
L-20AT高效液相色谱仪、紫外（254nm）检测器、色谱柱C18柱（250毫米×
4毫米）、注射器（10微升）、流动相80%甲醇+20%水（使用前应超声波脱气）、苯、甲苯、未知样品
四、实验步骤
1.在老师的指导下开启液相色谱仪，设定操作条件。
2.待仪器稳定后，分别用注射器进苯、甲苯各10微升，进样的同时，要作好记录保留时间和保留距离的准备。
3.进未知样10微升，记下各组分色谱峰的保留时间。
4.以标准物的保留时间为基准，给未知样品各组分定性。
5.根据峰面积，估算未知样品中相应组分的含量。
五、问题讨论
简述高效液相色谱的应用
实验7热重—差热联用分析法研究CuS04·
5H20的脱水过程
1．熟悉热重和差热分析法的基本原理。
2．掌握热重－差热联用分析的实验方法和数据处理方法。
3．了解CuSO4·
5H2O的脱水机理。
二、方法原理
热分析是一种非常重要的分析方法。
它是在程序控制温度下，测量物质的物理性质与温度关系的一种技术。
热分析主要用于研究物理变化（晶型转变、熔融、升华和吸附等）和化学变化（脱水、分解、氧化和还原等）。
热分析不仅提供热力学参数，而且还可以给出有一定参考价值的动力学数据。
热分析在固态科学的研究中被大量而广泛地采用，诸如研究固相反应、热分解和相变以及测定相图等。
许多固体材料都有这样或那样的“热活性”，因此热分析是一种很重要的研究手段。
本实验用TG－DTA联用技术来研究CuSO4·
5H2O的脱水过程。
l热重法（TG）
热重法（thermogravimetry，TG）是在程序控温下，测量物质的质量与温度或时间的关系的方法，通常是测量试样的质量变化与温度的关系。
a.热重曲线
由热重法记录的重量变化对温度的关系曲线称热重曲线（TG曲线）。
曲线的纵坐标为质量，横坐标为温度（或时间）。
例如固体的热分解反应为：
A（固）—B（固）+C（气）
其热重曲线如图l所示。
图l固体热分解反应的典型热重曲线
图中为起始温度，即试样质量变化或标准物质表观质量变化的起始温度；
Ti为起始温度；
为终止温度，即试样质量或标准物质的质量不再变化的温度；
Ti～Tf为反应区间，即起始温度与终止温度的温度间隔。
TG曲线上质量基本不变动的部分称为平台，如图1中的ab和cd。
从热重曲线得到试样组成、热稳定性、热分解温度、热分解产物和热分解动力学等有关数据。
同时还获得试样质量变化率与温度或时间的关系曲线,即微商热重曲线。
当温度升至Ti才产生失重。
失重量为W0-W1，其失重率（百分分数）为：
式中，W0为试样重量,W1为失重后试样的重量。
反应终点的温度为Tf,在Tf形成稳定相。
若为多步失重，将会出现多个平台。
根据热重曲线上各步失重量可以简便地计算出各步的失重分数，从而判断试样的热分解机理和各步的分解产物。
需要注意的是，如果一个试样有多步反应，在计算各步失重率时，都是以W0，即试样原始重量为基础的。
从热重曲线可看出热稳定性温度区、反应区、反应所产生的中间体和最终产物。
该曲线也适合于化学量的计算。
在热重曲线中，水平部分表示重量是恒定的，曲线斜率发生变化的部分表示重量的变化，因此从热重曲线可求算出微商热重曲线。
事实上新型的热重分析仪都有计算机处理数据，通过计算机软件，从TG曲线可得到微商热重曲线。
微商热重曲线（DTG曲线）表示重量随时间的变化率（dW／dt），它是温度或时间的函数：
dW／dt=ƒ（T或t）
DTG曲线的峰顶d2W／dt2=O，即失重速率的最大值。
DTG曲线上峰的数目和TG曲线的台阶数相等，峰面积与失重量成正比。
因此，可从DTG的峰面积算出失重量和百分率。
在热重法中，DTG曲线比TG曲线更有用，因为它与DTA曲线类似，可在相同的温度范围内进行对比和分析，从而得到有价值信息。
实际测定的TG和DTG曲线与实验条件，如加热速率、气氛、试样重量、试样纯度和试样粒度等密切相关。
最主要的是精确测定TG曲线偏离水平时的温度即反应开始的温度。
总之，TG曲线的形状和正确的解释取决于恒定的实验条件。
b.热重曲线的影响因素
为了获得精确的实验结果，分析各种因素对TG曲线的影响是很重要的。
影响TG曲线的主要因素基本上包括：
①仪器因素—浮力、试样盘、挥发物的冷凝等；
②实验条件—升温速率、气氛等；
③试样的影响——试样质量、粒度等。
2．差热分析（DTA）
差热分析（differentialthermalanalysis，DTA）是在程序控制温度下，测量物质和参比物的温度差与温度关系的一种方法。
当试样发生任何物理或化学变化时，所释放或吸收的热量使试样温度高于或低于参比物的温度，从而相应地在差热曲线上可得到放热或吸热峰。
差热曲线（DTA曲线）是由差热分析得到的记录曲线，曲线的横坐标为温度，纵坐标为试样与参比物的温度差（△T），向上表示放热，向下表示吸热。
差热分析也可测定试样的热容变化，它在差热曲线上反映出基线的偏离。
a．差热分析的基本原理
图2示出了差热分析的原理图。
图中两对热电偶反向联结，构成差示热电偶。
S为试样，R为参比物。
在电表T处测得的为试样温度Ts；
在电表△T处测得的即为试样温度Ts和参比物温度TR之差△T。
所谓参比物即一种热容与试样相近而在所研究的温度范围内没有相变的物质
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