大学化学试验武汉大学化学试验教学中心.docx

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大学化学试验武汉大学化学试验教学中心

大学化学实验

（通识课程）

武汉大学

化学与分子科学学院

实验教学中心

2011．3

目录

绪论

化学实验安全规则

1．从易拉罐制备明矾及明矾的净水功用

2．从茶叶中提取咖啡因

3．聚乙烯醇缩甲醛胶水的合成

4．牛奶中钙的测定

5．利用红外光谱鉴别不同材料的组成

6．火眼金睛识假酒：

气相色谱法

7．质谱法用于洗发水中离子型表面活性剂的分析

8．水样中重金属元素的检测（ICP-AES法）

9．Fe（OH）3溶胶的聚沉值、ξ电势及粒径分布的测定

10．凝固点降低法测定分子量

11．化学实验选作：

费林试剂的配制及其应用

光致色变反应

化学中的振荡反应

自选题目

绪论

1．开设《大学化学实验》（通识课程）的指导思想

化学是一门实验科学，化学中的定律和学说都源于实验，同时又为实验所检验。

因此，化学实验集知识、能力和素质教学于一体，是培养学生创新能力的最好手段。

二十世纪中期以来，化学这门传统学科得到了长足的发展，一方面表现在其自身理论的发展和实验手段的提高，另一方面其已渗透到生命科学、材料科学、环境科学、医药卫生和食品等诸多科学和生活领域，成为中心学科之一。

在这种背景下，我们对全校非化学相关专业的学生开设公共选修课《大学化学实验》，以达到以下几个目的。

（1）拓宽学生的知识面，加强理科不同学科、理科与工科、理科与人文科学或社会科学之间的相互渗透和结合，培养复合型人才。

（2）培养学生的基本科学素质和理性思维能力。

通过《大学化学实验》的开设，使学生对化学科学的思想和方法有一定的了解，意识到化学已成为我们生活的一部分，任何人类活动都离不开它；理解“不含任何化学物质”等广告语的荒谬性。

（3）了解实验科学的精髓，培养学生实事求是的科学态度，相互合作的团队精神。

（4）加强学生的环境安全意识。

2．实验内容的选择

由于该课程面向全校学生开设，参加选修的学生来自众多的院系，既有理工科的，也有人文和社会科学专业的。

学生之间的化学基本知识和实验基本技能表现出很大的差异，特别是对于文科学生和来自于中学教学条件较差的学生，可能从未亲自动手做过化学实验。

再加上教学课时较短的原因，我们在实验内容的选择上就不可能象对化学及其相关专业的学生那样从基本训练开始，而是基于教学目的，在内容的选择上强调以下特点：

（1）可操作性：

实验的内容注重化学实验基本操作技能训练，学生可以独立完成，避免选择操作难度较大的实验。

（2）趣味性：

开设与日常生活相关的实验，进一步培养学生对化学的性趣。

（3）广泛性：

开设实验涉及化学各二级学科，拓展学生对化学的认识。

（4）交叉性：

开设与材料、医药、生物、环境等领域相关的实验。

进一步拓宽学生的知识面和增加对化学前沿科学的感性认识。

（5）创新性：

安排学生自己选作实验，培养学生创新意识。

3．大学化学实验学习指导

《大学化学实验》每学期总课时为36学时，一般6次实验，为1个学分。

在实验教学的后期，开设1～2次选做实验，即在任课教师的指导下，由学生选择一个实验完成。

学生有能力对实验做出改进更好，应予鼓励，这有助于进一步引起选课学生的科学兴趣。

另外对不适合于对未经足够基本实验技能的学生开设的实验，我们将充分利用武汉大学的教学资源网，在网上通过虚拟实验教学来实现。

采取单个实验累计记分方法评定实验成绩。

下面简要介绍学习化学实验的方法

实验预习

实验前要对实验内容做全面了解，包括实验目的、原理、实验内容、操作方法、思考题及实验中需要注意的事项等。

可根据指导教师的要求，在实验记录本上简明扼要地写出预习内容，并留有要写实验记录的地方。

有条件的院校，学生可通过电视录相、多媒体或网络教学预习实验中的操作技能和仪器的正确使用。

思考与讨论

实验开始前，指导教师要检查预习情况，同时讲解实验中的主要问题，常常采取提问的方式来加深学生对实验内容的理解。

这时候学生应该认真听讲，随时准备回答老师提出的问题，对个别实验可采取讨论方式，启发学生思考问题以达到提高实验水平的目的。

进行实验

在教师指导下，认真正确地进行实验，仔细观察实验现象，及时将实验现象和实验数据记录在实验记录本上。

在实验过程中，应深入思考，分析实验情况，如有问题可与指导教师或相邻同学进行论讨，实验结果要经指导教师检查确认后，才能结束实验课。

离开实验室之前，必须做好清洁卫生和检查实验室安全。

在做完实验后，将实验记录与结果交给指导老师检查，并在实验成绩评分表上详细登记实验考核指标。

字迹清楚，不得随意涂改。

撰写实验报告

化学实验安全规则

1.在进入实验室前必须阅读《大学化学基础实验安全知识》。

并严格遵守有关规定。

2.了解实验室的主要设施及布局，主要仪器设备以及通风实验柜的位置、开关和安全使用方法。

熟悉实验室水、电总开关的地方，了解消防器材（消火栓、灭火器等）、紧急急救箱、紧急淋洗器、洗眼装置等的位置和正确使用方法以及安全通道。

3.做化学实验期间必须穿实验服（过膝、长袖），戴防护镜或自己的近视眼镜（包括戴隐形眼镜者）。

长发（过衣领）必须扎短或藏于帽内，不准穿拖鞋。

4.实验室是大学生进行化学知识学习和科学研究的场所，必须严肃、认真。

在化学实验室进行实验不允许嬉闹、高声喧华，也不允许带耳机边听边做实验。

禁止在实验室内吃食品、喝水、咀嚼口香糖。

实验后，必须洗手。

5.取用化学试剂必须小心，在使用腐蚀性、有毒、易燃、易爆试剂（特别是有机试剂）之前，必须仔细阅读有关安全说明。

使用移液管取液时，必须用洗耳球。

6.实验室所有的药品不得携带出室外。

用剩的有毒药品要还给指导教师。

一切废弃物必须放在指定的废物收集器内。

7.使用或产生危险和刺激性气体、挥发性有毒化学品的实验必须在通风柜中进行。

8.严禁将任何灼热物品直接放在实验台上；严禁随意混合化学药品。

9.一旦出现实验事故，如灼伤、化学试剂溅撒在皮肤上，应即时用药处理或立即用冷水冲洗，被污染的衣服要尽快脱掉。

10.使用玻璃仪器必须小心操作，以免打碎、划伤自己或他人。

11.任何有关实验安全问题，皆可询问指导老师。

发生事故，必须立即报告，即时处理。

12.实验后要将实验仪器清洗干净，关好水、电、气开关和做好清洁卫生。

实验室备有公用手套供学生使用。

13.实验结束后，由指导老师签字，方可离开实验室。

实验1从易拉罐制备明矾及明矾的净水功用

一、目的：

回收废弃易拉罐制成具有净水功用的明矾。

掌握溶解、过滤、结晶以及沉淀的转移和洗涤等无机制备中常用的基本操作。

二、原理：

（一）合成铝明矾

走在街上到处可发现被抛弃的饮料罐，其中铝罐是不易被分解废弃物之一，平均寿命约达一百年。

铝虽是地壳中含量第三的元素，但并不表示是用之不尽的，必须找出一可行方法来回收。

一般回收的铝罐多是经加热熔融后再制成其它铝制品重复利用。

在本实验中，则是将废弃的易拉罐经一连串的化学反应制成具净水功能的铝明矾，藉以了解铝的化学性质。

铝是活泼的金属，但因其表面常被一层氧化铝保护着，而与稀酸反应很慢。

碱性溶液可溶解此氧化层，进一步再与铝反应形成Al（OH）4-而溶解于碱液中：

2Al（s）+2KOH（aq）+6H2O（l）→2K+（aq）+2Al（OH）4-（aq）+3H2（g）

（1）

当加入酸时，首先产生白色柔毛状Al（OH）3沉淀：

Al（OH）4-（aq）+H+（aq）→Al（OH）3（s）+H2O（l）

（2）

继续加酸，则Al（OH）3（s）变成Al3+溶解于酸中：

Al（OH）3（s）+3H+（aq）→Al3+（aq）+3H2O（l）（3）

若将碱加入Al（OH）3（s）中，则复产生可溶解的Al（OH）4-：

Al（OH）3（s）+OH-（aq）→Al（OH）4-（aq）（4）

由于Al（OH）3兼具酸与碱的性质，可与强酸也可与强碱反应，我们称之为两性物质。

铝明矾是一种离子化合物，化学式为KAl（SO4）212H2O，能从含SO42-、Al3+和K+的过饱和溶液中结晶出来，在适当条件下并可长成相当大的晶体。

制备的过程是先将铝片与氢氧化钾反应生成Al（OH）4-，再加入过量硫酸，流程简示如下：

Al（s）Al（OH）4-Al3+（SO42-,K+,H2O）

KAl（SO4）212H2O（s）

明矾是传统的净水剂，一直以来都受到了人们的关注。

明矾中所含有的铝对人体有害，长期饮用明矾净化的水，可能会引发老年痴呆症。

因此现在已经不再主张用明矾作为净水剂。

但其作为食品改良剂和膨松剂等方面还是有一定的应用。

（二）重结晶分离纯化

物质在溶液中的含量若比溶解度大时（过饱和溶液），会沉淀析出固体。

由于不同物质在相同条件下的溶解度不同，所以可利用此特性将物质分离、纯化，称为重结晶法（crystallization）。

最常用的结晶分离方法有两种，一种是改变温度降低溶质溶解度，使溶液成为过饱和而溶质析出；其二是在溶液中加入另一种溶质不溶的溶剂，降低溶质在混合溶剂中的溶解度而析出。

在本实验将合成的铝明矾利用其在热水中的溶解度较冷水中大的特性（1g/7.2mL冷水，1g/0.3mL沸水），使用热水为溶剂，纯化铝明矾。

三、仪器与材料：

水泵、电炉、烧杯、量筒、布氏漏斗、抽滤瓶、玻棒、滤纸、磨砂纸、剪刀。

四、药品：

易拉罐、9.0mol/L硫酸（H2SO4，强酸具腐蚀性）、1.4mol/L氢氧化钾（KOH，强碱具腐蚀性）、酒精／水等体积混合液

5、实验步骤：

1.请自备一个铝质易拉罐（非铁罐）。

2.剪下约4×4cm的铝片一块，以砂纸将内外表面均磨光并剪成小片。

注：

裁剪铝片应小心，避免割伤。

3.称取约0.5g铝片，记录精确重量。

4.将铝片置于100mL烧杯中，加入25mL的1.4mol/LKOH溶液。

微微加热，以加速反应。

5.反应过程中，观察铝片在水中上下浮沉的现象。

当氢气不再冒出即表示反应完全。

6.将抽滤瓶及漏斗清洗干净，并与水泵连接，减压过滤此热溶液。

7.将抽滤瓶中的澄清滤液倒入100mL烧杯中，再慢慢加入10mL9.0mol/LH2SO4。

8.10mL硫酸加完后，会有不溶性白色胶状沉淀产生。

应先将烧杯外壁的水擦干，而后置于电炉上加热至沸腾使其完全溶解，边加热边搅拌，以免爆沸。

9.将步骤8之澄清溶液（此时溶液中含有Al3+、K+、SO42-、H2O，体积约为30mL）放冷至室温，若无结晶生成，可用玻棒轻刮器壁，诱导结晶产生；再以冰水浴冷却，以降低温度使明矾结晶完全。

注：

若仍无结晶析出，可能是溶液体积超过30mL，溶液浓度太稀未达过饱和所致，试想该如何处理？

10.将抽气过滤用之漏斗清洗干净后，利用减压过滤收集明矾结晶，并用玻棒将产物压碎铺平后以约5mL的酒精与水等体积混合液，分次润洗烧杯及清洗漏斗内的产物，持续抽气10分钟使产物干燥，称其精确重量并计算产率。

11.明矾的净水：

60mL水样中加入一定量的明矾后用搅拌器快搅30s，慢搅10min，静置8min，于距上液面2～3cm处取清液，测浊度。

实验所用水样为东湖水、长江水、实验室废水、自制混浊水或染料水。

自制混浊水由一定量泥土加入到2000mL自来水中配制而成，使用前摇匀，以使其浊度保持一致。

附:

中华人民共和国国家标准

GB13200-91

水质浊度的测定

Waterquality—Determinationofturbidity

本标准参