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其它支撑材料之3典型的综合性设计性实验教学方案

其它支撑材料之3

 

典型的综合性设计性实验

教学方案

 

生物化工与环境工程学院

二OO九年十月

 

典型的综合性设计性实验

教学案例

1.鲜华三草酸合铁(

)酸钾的合成和组成测定………...2

(综合性实验)

2.王颖硫酸亚铁铵的制备(综合性实验)……………...8

3.施梅乙酸环己酯的合成与分离鉴定(设计性实验)――――

……………………………………………..15

有机化学设计性实验任务书(05/06学年第2学期)…..16

05/06学年第二学期设计性实验成绩记载表………….…17

对04级开设有机化学设计性实验的问卷调查…………..19

4.施梅有机混合物的分离与提纯(设计性实验)教案….22

 

无机化学实验课程

 

 

 

课程编号:

总学时:

120周学时:

4

适用年级专业(学科类):

一年级化学分析技术专业

开课时间:

2006-2007学年第二学期

使用教材:

《无机化学实验》(第二版)

大连理工大学无机化学教研室

授课教师姓名:

鲜华

 

章节

三草酸合铁(

)酸钾的合成和组成测定

课时

8

1.制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾,学习简单配合物制备的方法。

2.练习用“溶剂替换法”进行结晶的操作。

3.了解三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的光电性质及用途。

4.掌握用KMnO4法测定C2O42-与Fe3+的原理和方法。

5.综合训练无机合成、滴定分析的基本操作,掌握确定配合物组成的原理和方法。

教学

重点

突出

方法

本实验以硫酸亚铁铵为原料,加草酸首先制得草酸亚铁后,在过量草

酸根存在下用H2O2氧化制得三草酸合铁(Ⅲ)酸钾。

三草酸合铁(Ⅲ)酸钾是翠绿色单斜晶体,溶于水,难溶于乙醇,用“溶剂替换法”,加入乙醇,可析出结晶,制得产品。

然后,采用化学分析的方法进行产物的定性、定量分析。

结晶水的含量采用重量分析方法;草酸根含量的测定用氧化还原滴定法;铁的分析也采用氧化还原滴定法。

教学

难点

突破

方法

制得草酸亚铁后,在过量草酸根存在下用H2O2氧化制三草酸合铁(Ⅲ)

酸钾。

Fe(Ⅱ)一定要氧化完全,如果FeC2O4•2H2O未氧化完全,即使加非常多的H2C2O4溶液,也不能使溶液变透明,此时应采取趁热过滤,或往沉淀上再加H2O2等补救措施。

相关

内容

素材

古凤才肖衍繁主编.基础化学实验教程.北京:

科学出版社,2000.9

武汉大学化学与分子科学学院实验中心编无机化学实验武汉:

武汉大学出版社

三草酸合铁(

)酸钾的制备、组成测定(8学时)

实验目的

1.制备三草酸合铁(Ⅲ)酸钾,学习简单配合物制备的方法。

2.练习用“溶剂替换法”进行结晶的操作。

3.了解三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的光电性质及用途。

4.掌握用KMnO4法测定C2O42-与Fe3+的原理和方法。

5.综合训练无机合成、滴定分析的基本操作,掌握确定配合物组成的原理和方法。

实验原理

1.制备和性质

本实验以硫酸亚铁铵为原料,加草酸制得草酸亚铁后,在过量草酸根存在下用H2O2氧化制得三草酸合铁(Ⅲ)酸钾。

其反应式如下:

(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O+H2C2O4−→FeC2O4•2H2O(s,黄色)+(NH4)2SO4+H2SO4+4H2O

6FeC2O4•2H2O+3H2O2+6K2C2O4−→4K3[Fe(C2O4)3]•3H2O+2Fe(OH)3(s)

加入适量草酸可使Fe(OH)3转化为三草酸合铁(Ⅲ)酸钾:

2Fe(OH)3++3H2C2O4+3K2C2O4−→2K3[Fe(C2O4)3]•3H2O

加入乙醇,放置即可析出产物的结晶。

三草酸合铁(Ⅲ)酸钾是翠绿色单斜晶体,溶于水,难溶于乙醇,往该化合物的水溶液中加入乙醇后,可析出结晶,它是光敏物质,见光易分解,变为黄色。

2K3[Fe(C2O4)3]

3K2C2O4+2FeC2O4+2CO2

2.产物的定性分析

K+与Na3[Co(NO2)6]在中性或稀醋酸介质中,生成亮黄色的K2Na[Co(NO2)6]沉淀:

2K++Na++[Co(NO2)6]3-=K2Na[Co(NO2)6](s)

Fe3+与KSCN反应生成血红色Fe(NCS)n3-n,C2O42-与Ca2+生成白色沉淀CaC2O4,可判断Fe3+,C2O42-处于配合物的内界还是外界。

3.产物的定量分析

用KMnO4法测定产品中的Fe3+含量和C2O42-含量,并确定Fe3+和C2O42-的配位比。

在酸性介质中,用KMnO4标准溶液滴定试液中的C2O42-,根据KMnO4标准溶液的消耗量可直接计算出C2O42-的质量分数:

5C2O42-+2MnO4-+16H+=10CO2+2Mn2++8H2O

在余下的溶液中,用锌粉将Fe3+还原为Fe2+,再用KMnO4标准溶液滴定Fe2+:

Zn+2Fe3+=2Fe2++Zn2+

5Fe2++MnO4-+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O

根据KMnO4标准溶液的消耗量,计算出Fe3+的质量分数:

可确定Fe3+与C2O42-的配位比。

仪器、药品及材料

仪器:

托盘天平,电子分析天平,烧杯(100mL,250mL),量筒(10mL,100mL),长颈漏斗,布氏漏斗,吸滤瓶,真空泵,表面皿,称量瓶,干燥器,烘箱,锥形瓶(250mL),酸式滴定管(50mL)。

药品:

H2SO4(2mol/L),H2C2O4(1mol/L),H2O2(30%),(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O(s),K2C2O4(饱和),KSCN(0.1mol/L),CaCl2(0.5mol/L),FeCl3(0.1mol/l),Na3[Co(NO2)6],KMnO4标准溶液(0.02mol/L),K3Fe(CN)6(0.5mol/L),乙醇(95%),丙酮。

实验步骤

1.三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备

(1)制取FeC2O4•2H2O

称取6g(NH4)2Fe(SO4)2•6H2O(s)于250mL烧杯中,加入1.5mL2mol/LH2SO4(防止

该固体溶于水时发生水解)和20mL去离子水,加热使其溶解。

另称取3.0gH2C2O4•2H2O

于烧杯中,加30mL去离子水微热,溶解后取出22mL倒入250mL烧杯中,加热搅拌

至沸(不断搅拌,以防暴沸),并微沸5min。

静置,得到黄色FeC2O4•2H2O沉淀。

用倾

析法倒出清液,用热去离子水洗涤沉淀3次(少量多次),以除去可溶性杂质。

(2)制备K3[Fe(C2O4)3]•3H2O

在上述洗涤过的沉淀中,加入15mL饱和K2C2O4溶液,水浴加热至40℃,用滴

管慢慢滴加25mL3%的H2O2溶液,不断搅拌溶液并维持40℃左右。

滴加完后,取1滴

悬浊液于点滴板凹穴中,加1滴K3Fe(CN)6溶液,如出现蓝色,说明还有Fe(Ⅱ),需再

加入H2O2,至检验不到Fe(Ⅱ)。

加热溶液至沸以除去过量的H2O2(加热过程要充分搅

拌)。

取适量上述

(1)中配制的H2C2O4溶液趁热加入使沉淀溶解至呈现翠绿色溶液为

止。

冷却后,加入15mL95%的乙醇水溶液(溶剂替换法),在暗处放置,结晶(约1

小时)。

减压抽滤,抽干后用少量乙醇洗涤产品,继续抽干,称量,计算产率,并将产

品避光保存。

2.产品的光敏试验

(1)在表面皿上放少许K3[Fe(C2O4)3]•3H2O产品,置于日光下一段时间,观察晶体颜色变

化,与放暗处的晶体比较。

(2)取0.5mL上述产品的饱和溶液与等体积的0.5mol/LK3Fe(CN)6溶液混合均匀。

用毛笔

蘸此混合液在白纸上写字,字迹经强光照射后,由浅黄色变为蓝色。

3.产物的定性分析

(1)K+的鉴定取1滴产物溶液,加入1滴Na3[Co(NO2)6]溶液,观察现象。

(2)Fe3+的鉴定

取一试管加入10滴产物溶液。

另取一试管加入10滴FeCl3溶液。

各加入2滴

0.1mol/LKSCN,观察现象。

在装有产物溶液的试管中加入2滴2mol/LH2SO4,再观察溶液颜色有何变化,解释实验现象。

(3)C2O42-的鉴定

取一试管加入10滴产物溶液。

另取一试管加入10滴K2C2O4溶液。

各加入2滴

0.5mol/LCaCl2溶液,观察实验现象有何不同。

实验内容

现象

结论、解释及有关反应式

少许K3[Fe(C2O4)3]•3H2O产品,置于日光下一段时间

K3[Fe(C2O4)3]•3H2O产品放暗处

0.5mL产品的饱和溶液与等体积的0.5

mol/LK3Fe(CN)6溶液混合均匀。

用毛笔蘸

此混合液在白纸上写字,字迹经强光照射

1滴产物溶液+1滴Na3[Co(NO2)6]溶液

10滴产物溶液+2滴0.1mol/LKSCN,观察现象后再+2滴2mol/LH2SO4,再观察实验现象。

10滴FeCl3溶液+2滴0.1mol/LKSCN溶液

10滴产物溶液+2滴0.5mol/LCaCl2溶液

10滴K2C2O4溶液+2滴0.5mol/LCaCl2溶液

4.产物组成的定量分析

(1)结晶水质量分数的测定

洗净两个称量瓶,在110℃烘箱中干燥1h,置于干燥器中冷却至室温时在分析天平

上称量。

然后再放到110℃烘箱中干燥0.5h,即重复上述干燥——冷却——称量操作,

直至质量恒定(两次称量相差不超过0.3mg)为止。

在分析天平上准确称取两份产品各0.5~0.6g,分别放入上述已质量恒定的两个称量

瓶中。

在110℃烘箱中干燥1h,然后置于干燥器中冷却至室温后,称量。

重复上述干燥(改为0.5h)——冷却——称量操作,直至质量恒定。

根据称量结果计算产品中结晶水的

质量分数。

(2)草酸根质量分数的测定

在分析天平上准确称取两份产物(约0.15~0.20g),分别放入两个锥形瓶中,均加

入15mL2mol/LH2SO4和15mL去离子水,微热溶解,加热至75~85℃(即液面冒水蒸气),趁热用0.0200mol/LKMnO4标准溶液滴定至粉红色为终点(保留溶液待下一步分析使用)。

根据消耗KMnO4溶液的体积,计算产物中C2O42-的质量分数。

(3)铁质量分数的测定

在上述保留的溶液中加入一小匙锌粉,加热近沸,直到黄色消失,将Fe3+还原为Fe2+

即可。

趁热过滤除去多余的锌粉,滤液收集到另一锥形瓶中,再用5mL去离子水洗涤

漏斗,并将洗涤液也一并收集在上述锥形瓶中。

继续用0.0200mol/LKMnO4标准溶液进行滴定,至溶液呈粉红色。

根据消耗KMnO4溶液的体积,计算产物中Fe3+质量分数。

根据

(1),

(2),(3)的实验结果,计算K+的质量分数,结合实验3的结果,推断

出配合物的化学式。

数据记录及处理:

1.结晶水质量分数的测定

称量瓶

称量瓶+产品

产品1

称量瓶+产品(加热后)

失水

产品2

结晶水的质量分数

m1/g

m2/g

根据称量结果计算产品中结晶水的质量分数及所含结晶水的个数。

2.草酸根质量分数的测定

m(产品质量)/g

C(KMnO4)/mol•L-1

V(KMnO4)/mL(初读数)

V(KMnO4)/mL(终读数)

V(KMnO4)/mL

3.铁质量分数的测定

m(产品质量)/g

C(KMnO4)/mol•L-1

V(KMnO4)/mL(初读数)

V(KMnO4)/mL(终读数)

V(KMnO4)/mL

4.确定Fe3+与C2O42-的配位比

5.根据上述的实验结果,计算K+的质量分数,结合实验3的结果,推断出配合物的化学式。

注意事项:

1.Fe(Ⅱ)一定要氧化完全,如果FeC2O4•2H2O未氧化完全,即使加非常多的H2C2O4溶液,

也不能使溶液变透明,此时应采取趁热过滤,或往沉淀上再加H2O2等补救措施。

2.K3[Fe(C2O4)3]溶液未达饱和,冷却时不析出晶体。

无机化学实验课程

 

 

 

课程编号:

总学时:

120周学时:

4

适用年级专业(学科类):

2006级化学(师范)专业

开课时间:

2006-2007学年第二学期

使用教材:

《无机化学实验》北师大(第三版)

指定参考书:

《无机化学实验》大连理工大学(第二版)

授课教师姓名:

王颖

 

章节

硫酸亚铁铵的制备

课时

8

1.了解复盐的一般特征和硫酸亚铁铵的制备方法。

2.熟练掌握水浴加热常压过滤,减压过滤和蒸发浓缩,结晶等基本操作。

3.掌握高锰酸钾滴定法测定铁(Ⅱ)的方法,并巩固产品中杂质Fe3+的定量分析

教学

重点

突出

方法

熟练掌握水浴加热常压过滤,减压过滤和蒸发浓缩,结晶等基本操作。

教学

难点

突破

方法

掌握高锰酸钾滴定法测定铁(Ⅱ)的方法,并巩固产品中杂质Fe3+的定量分析

相关

内容

素材

《无机化学实验》大连理工大学(第二版)

《无机化学实验》北师大(第三版)

教师授课思路、设问及讲解要点

目的:

1.了解复盐的一般特征和硫酸亚铁铵的制备方法。

2.熟练掌握水浴加热常压过滤,减压过滤和蒸发浓缩,结晶等基本操作。

3.掌握高锰酸钾滴定法测定铁(Ⅱ)的方法,并巩固产品中杂质Fe3+的定量分析

原理:

本实验是将铁屑与稀硫酸反应制得FeSO4•7H2O,然后加入等物质的量的(NH4)2SO4,利用复盐的溶解度小于其简单盐的溶解度的性质,使(NH4)2SO4•FeSO4•6H2O结晶析出。

Fe+H2SO4===FeSO4+H2↑

FeSO4+6H2O+(NH4)2SO4===(NH4)2SO4•FeSO4•6H2O

硫酸亚铁铵为浅绿色单斜晶体,在空气中比一般亚铁盐稳定,不易被氧化,溶于水不溶与乙醇。

几种盐的溶解度数据(单位:

g/100gH2O)

盐温度/℃

10

20

30

40

60

FeSO4•7H2O

40.0

48.0

60.0

73.3

100

(NH4)2SO4

73.0

75.4

78.0

81.0

88.0

(NH4)2SO4•FeSO4•6H2O

17.2

36.47

45.0

——

——

产品的质量鉴定采用高锰酸钾滴定法确定有效成分的含量。

在酸性介质中Fe2+被KMnO4定量氧化为Fe3+,KMnO4的颜色变化可指示滴定终点的到达。

5Fe2++MnO4-+8H+===5Fe3++Mn2++4H2O

产品的等级也可以通过测定杂质中的Fe3+的质量分数来确定。

仪器、药品及材料:

仪器:

台秤,分析天平,恒温水浴,721型分光光度计,漏斗。

漏斗架,布氏漏斗,吸滤瓶,真空泵,烧杯,量筒,锥形瓶,蒸发皿,棕色酸式滴定管,移液管,表面皿,称量瓶

药品:

Na2CO3(1M),H2SO4(3M),HCl(2M),H3PO4(浓),(NH4)2SO4(s),KMnO4

标准溶液(0.01M),无水乙醇,Fe3+标准溶液(0.01M),KSCN(1M),铁屑,K3[Fe(CN)6](0.1M),NaOH(2M),BaCl2(0.1M),奈斯勒试剂

材料:

pH试纸,红色石蕊试纸

内容:

1.硫酸亚铁铵的制备

(1)铁屑的净化(去油污)准备

称取2.0克铁屑,放入锥形瓶中加入20ml1mol/lNa2CO3溶液,加热约10分钟(适当补充水分)倾析法除去碱液,用水洗净Fe屑。

(2)硫酸亚铁的制备

向盛有铁屑的锥形瓶中加入15ml3mol/lH2SO4,水浴加热(在通橱中进行)温度控制在70℃-80℃,至不再有大量气泡冒出(约需30分),趁热减压过滤。

反应过程中要适当补充水,以保持原体积。

用去离子水洗涤残渣,用滤纸吸干后称量,从而算出溶液中所溶解的铁屑的质量。

(3)硫酸亚铁铵的制备

根据硫酸亚铁的理论产量,计算所需(NH4)2SO4的量。

称取(NH4)2SO4,加到制得的FeSO4溶液中,水浴加热搅拌,使硫酸铵全部溶解,调pH为1~2,将溶液蒸发、浓缩至表面有晶膜出现,在水浴上缓慢冷却,得到(NH4)2SO4•FeSO4•6H2O晶体。

观察晶体颜色,减压过滤,用少量无水乙醇洗涤晶体两次。

晶体放在表面皿上晾干,称重,计算产率。

反应前铁屑质量(g);反应后铁屑质量(g);

反应的铁屑质量(g);

FeSO4理论产量(g);(NH4)2SO4的用量(g);

(NH4)2SO4•FeSO4•6H2O晶体产量(g);产率。

2.产品检验

(1)定性鉴定产品中的NH4+,Fe2+和SO42-

实验操作

现象

结果与解释

1滴制得的硫酸亚铁铵溶液于点滴板上+1滴奈斯勒试剂,观察现象

1滴制得的硫酸亚铁铵溶液于点滴板上+1滴2MHCl酸化+1滴0.1MK3[Fe(CN)6]溶液,观察现象

2滴制得的硫酸亚铁铵溶液于试管中+数滴2MHCl酸化+1-2滴1.0MBaCl2溶液,观察现象

(2)NH4Fe(SO4)2•6H2O质量分数的测定

称取0.8-0.9g(准确称量至0.0001g)NH4Fe(SO4)2•6H2O产品与250ml锥形瓶中,加50ml

除氧的蒸馏水,15ml3MH2SO4,2ml浓H3PO4使试样溶解。

从滴定管中放出约10mlKMnO4

标准溶液于锥行瓶中,加热至70℃-80℃,在继续用10mlKMnO4标准溶液滴定至溶液出现

教学过程

微红色(30s内不消失)为终点。

样品序号

1

2

产品质量(g)

滴定管初读数(ml)

滴定管末读数(ml)

消耗体积(ml)

相对误差%

(3)Fe3+的定量分析

称取0.2g产品于试管中,加1ml除氧的蒸馏水使之溶解,再加入5滴2MHCl溶液和2滴1MKSCN溶液,最后用除氧的蒸馏水稀释到5ml,摇匀,在分光光度计上进行比色分析,由A-w(Fe3+)标准工作曲线上查出Fe3+的质量分数。

与表中的数据对照确定产品等级。

硫酸亚铁铵产品等级与Fe3+的质量分数

产品等级

Ⅰ级

Ⅱ级

Ⅲ级

w(Fe3+)×100

0.005

0.01

0.02

产品吸光率A;w(Fe3+)×100;

产品等级。

注意事项:

1.铁屑与稀硫酸作用过程中会产生大量的H2及少量有毒气体,应注意通风。

2.所制得的FeSO4溶液和(NH4)2SO4·FeSO4溶液均应保持较强的酸性。

3.在进行Fe3+的限量分析时,应使用含氧少的去离子水来配制硫酸亚铁铵溶液。

实验关键:

1.要保持硫酸亚铁溶液和硫酸亚铁铵溶液有较强的酸性。

2.用小火蒸发浓缩,蒸发过程中切勿搅拌。

思考题:

1.在反应过程中,Fe和H2SO4哪一种过量,为什么?

反应为什么要在通风橱里进行?

答:

H2SO4应过量,可以确保Fe和其的反应充分。

铁屑与稀硫酸作用过程中会产生大量的

教学过程

H2及少量有毒气体,所以应在通风橱内进行。

2.混合物为什么要呈酸性?

答:

防止Fe2+离子水解。

3.在蒸发浓缩过程中若发现溶液变为黄色,是什么原因?

答:

说明Fe2+离子被部分氧化,生成Fe3+,温度太高。

4.怎样才能得到较大的晶体?

答:

蒸发浓缩时溶液不能太干,出现晶膜即可,在晶体析出过程中要保持静置,不要随意晃动。

5.Fe3+的定量分析时,为什么要用不含氧的水?

答:

防止产品中的Fe2+离子被氧化,影响实验结果。

 

设计性实验教案――――施梅

实验项目:

乙酸环己酯的合成

乙酸环己酯是一种具有水果香气的无色透明液体。

由于香气浓郁、独特,作为香料广泛应用于饮料、冰淇淋、糖果等食品工业和化妆品工业配料中;又因其对树脂等有良好的溶解性能,也常用作涂料、油漆的溶剂。

通常它是在硫酸催化下由醋酸和环己醇酯化反应而得,硫酸虽然活性高,价廉,但选择性差,有磺化、氧化、碳化和脱水等现象发生,后处理工艺复杂,产品质量不好,设备腐蚀严重,同时产生大量废液,污染环境。

因此人们一直在寻找更优良的催化剂来代替硫酸。

已发现对甲苯磺酸、六水合三氯化铁、十二水合硫酸铁铵、一水合硫酸氢钠、固体超强酸和杂多酸等均可作为合成乙酸环己酯的优良催化剂。

试剂:

环己醇,乙酸,环己烷,六水合三氯化铁,十二水合硫酸铁铵

酯的合成:

取0.80mol乙酸,0.40mol环己醇,2.0g催化剂(六水合三氯化铁或十二水合硫酸铁铵)、15mL带水剂环己烷,加入装有温度计、分水器和冷凝管的三颈瓶中,电热套加热回流分水,至分水器中几乎无水分出,将分水器中有机层与烧瓶中有机层混和,冷却,将反应液抽滤,滤液依次用饱和碳酸钠溶液、饱和氯化钠溶液洗涤后,无水MgSO4干燥。

粗产品进行蒸馏,收集166~170℃以上的馏分,得到无色透明有香味的液体。

产品分析:

产物折光率的文献值为:

nD201.4401

产物的红外特征吸收谱带(cm-1)如下:

1737cm-1(C=O);1240cm-1和1046cm-1(C-O);

2935cm-1,2858cm-1,1451cm-1和1364cm-1(C-H)

产品纯度可用气相色谱仪测定

参考文献:

[1]安家驹,王伯英编.实用精细化工词典[M].北京:

轻工业出版社,1988.71.

[2]J.A.迪安编.兰氏化学手册[M].北京:

科学出版社.1991.

[3]刘华亭.氯化铁催化合成醋酸环己酯的研究[J].化学工程师,1999,(5):

3~4.

[4]李毅群.十二水合硫酸铁铵催化合成乙酸环己酯.[J]化学世界,2000,41(11):

584~586.

[5]J.A.迪安编.兰氏化学手册[M].北京:

科学出版社.1991.

[6]06届毕业论文:

六水合三氯化铝催化合成乙酸环己酯

 

有机化学设计性实验任务书

(05/06学年第2学期)

实验项目:

乙酸环己酯的合成

乙酸环己酯是一种具有水果香气的无色透明液体。

由于香气浓郁、独特,作为香料广泛应用于饮料、冰淇淋、糖果等食品工业和化妆品工业配料中;又因其对树脂等有良好的溶解性能,也常用作涂料、油漆的溶剂。

通常它是在硫酸催化下由醋酸和环己醇酯化反应而得,硫酸虽然活性高,价廉,但选择性差,有磺化、氧化、碳化和脱水等现象发生,后处理工艺复杂,产品质量不好,设备腐蚀严重,同时产生大量废液,污染环境。

因此人们一直在寻找更优良的催化剂来代替硫酸。

已发现对甲苯磺酸、六水合三氯化铁、十二水合硫酸铁铵、一水合硫酸氢钠、固体超强酸和杂多酸等均可作为合成乙酸环己酯的优良催化剂。

试剂:

环己醇,乙酸,环己烷,六水合三氯

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