《现代化学实验与技术2》实验讲义24课时.docx

1、现代化学实验与技术2实验讲义24课时现代化学实验与技术2实验讲义实验1 有机化合物紫外吸收光谱的测定和分析一、实验原理 具有不饱和结构的有机化合物，如芳香族化合物，在紫外区(200400 nm)有特征的吸收，为有机化合物的鉴定提供了有用的信息。 紫外吸收光谱定性的方法是比较未知物与已知纯样在相同条件下绘制的吸收光谱，或将绘制的未知物吸收光谱与标准谱图(如Sadtler紫外光谱图)相比较，若两光谱图的max和max相同，表明它们是同一有机化合物。极性溶剂对有机物的紫外吸收光谱的吸收峰波长、强度及形状有一定的影响。溶剂极性增加，使n*跃迁产生的吸收带蓝移，而*跃迁产生的吸收带红移。 二、仪器与试剂

2、 1仪器 UV-2401型紫外一可见分光光度计，带盖石英吸收池2只(1cm)。 2试剂 (1)苯、乙醇、正己烷、氯仿、丁酮。 (2)异亚丙基丙酮分别用水、氯仿、正己烷配成浓度为0.4 gL-1的溶液。 三、实验步骤 1苯的吸收光谱的测绘 在1 cm的石英吸收池中，加人两滴苯，加盖，用手心温热吸收池底部片刻，在紫外分光光度计上，以空白石英吸收池为参比，从220360 nm范围内进行波长扫描，绘制吸收光谱。确定峰值波长。 2溶剂性质对紫外吸收光谱的影响 (1)在3支5 mL带塞比色管中，各加入0.02 mL，丁酮，分别用去离子水、乙醇、氯仿稀释至刻度，摇匀。用1 cm石英吸收池，以各自的溶剂为参比

3、，在220350 nm波长范围内测绘各溶液的吸收光谱。比较它们的max的变化，并加以解释。 (2)在3支10 mL带塞比色管中，分别加入0.20 mL异亚丙基丙酮，并分别用水、氯仿、正己烷稀释至刻度，摇匀。用1 cm石英吸收池，以相应的溶剂为参比，测绘各溶液在200350 nm范围内的吸收光谱，比较各吸收光谱max的变化，并加以解释。 四、注意事项 1石英吸收池每换一种溶液或溶剂必须清洗干净，并用被测溶液或参比液荡洗三次。 2本实验所用试剂均应为光谱纯或经提纯处理。 五、思考题 1分子中哪类电子跃迁会产生紫外吸收光谱? 2为什么极性溶剂有助于n*跃迁向短波方向移动?而*跃迁向长波方向移动?实验

4、2 苯甲酸固体红外光谱的测定与分析（KBr压片法）一、实验目的了解并初步掌握傅立叶变换红外光谱仪的基本原理与构造；通过测定样品的红外光谱，学习样品制备的方法；初步掌握获得谱图的一般操作程序与技术；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（131584000cm-1）,中红外区（4000400cm-1）和远红外区（40010cm-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

5、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： Avatar360 FTIR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

6、粒度约为2m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Avatar360 FTIR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1KBr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。2KBr和样品的质量比约在

7、100200:1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2 m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(I0I)=KLN0 在试样原子化时，火焰温度低于3 000 K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 = k c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

8、其灵敏度S： 二、仪器与试剂 1仪器：原子吸收分光光度计；钙、镁空心阴极灯。 2试剂： (1)1.0 gL-1镁标准贮备溶液 (2)1.0 gL-1钙标准贮备溶液 (3)50 mgL-1标准使用溶液 (4)100 mgL-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。 三、实验步骤1钙、镁系列标准溶液的配制(1)配制钙系列标准溶液：2.0，4.0，6.0，8.0，10.0 mgL-1(2)配制镁系列标准溶液：0.1，0.2，0.3，0.4，0.5 mgL-12工作条件的设置 (1)吸收线波长Ca 422.7 nm。Mg 285.2 nm

9、 (2)空心阴极灯电流4 mA (3)狭缝宽度0.1 mm (4)原子化器高度6 mm (5)空气流量4 Lmin-1，乙炔气流量12 Lmin-13钙的测定 (1)用10 mL的移液管吸取自来水样于100 mL，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2 mL的吸量管吸取自来水样于100 mI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2 min，按关机程序关

10、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Ac标准曲线，由未知样的吸光度Ax，求算出自来水中钙、镁含量(mgL-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5 min再开机，否则

11、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 pH玻璃电极响应斜率及溶液pH的测定一、实验原理进行pH测定时，使用如下电池作测量体系： pH玻璃电极试液 SCE= E电池= k + 0.059pH (25)由： E电池=ESCE E玻 +E液接 E玻=k 0.059pH其中0.059V/pH(或59mV/pH) 称为pH玻璃电极响应斜率(25),理想的pH玻璃电极在25时其斜率应为59mV/pH,但实际上由于制作工艺等的差异,每个pH玻璃电极其斜率可能不同,须用实验方

12、法来测定。二、仪器及试剂1仪器：PHS-3C型酸度计、雷磁复合pH玻璃电极、2试剂：邻苯二甲酸氢钾标准缓冲溶液 pH=4.00磷酸二氢钾和磷酸氢二钠标准缓冲溶液 pH=6.86 硼砂标准缓冲溶液 pH=9.18 三、实验步骤1PHS-3C酸度计的标定(1)把选择开关旋钮调到pH档；(2)调节温度补偿旋钮，使旋钮白线对准溶液温度值；(3)把斜率调节旋钮顺时针旋到底；(4)把用蒸馏水清洗过的电极插入pH=686标准缓冲溶液中；(5)调节定位调节旋钮，使仪器显示读数与该缓冲溶液当时温度下的pH值相一致；(6)用蒸馏水清洗电极，用滤纸吸干，再插入pH=400的标准缓冲溶液中，调节斜率旋钮使仪器显示读数

13、与该缓冲液当时温度下的pH值一致，仪器完成标定。仪器标定后，不得再转动定位调节旋钮!否则应重新进行标定工作。2pH玻璃电极响应斜率的测定把选择开关旋钮调到mV档，将电极 插入pH=400的标准缓冲溶液中，摇动烧杯、使溶液均匀，在显示屏上读出溶液的mV值，依次测定pH=686、pH=91 8标准缓冲溶液的mV值；3未知pH试液的测定当被测溶液与标定溶液温度相同时，用蒸馏水清洗电极，滤纸吸干，将电极插入未知试液中，摇动烧杯、使溶液均匀， 在显示屏上读出溶液的pH值；用蒸馏水清洗电极，滤纸吸干。四、实验数据及其处理1pH玻璃电极响应斜率的测定作EpH图，求出直线斜率即为该玻璃电极的响应斜率。若偏离5

14、9 mV/pH太多，则该电极不能使用。2记录未知试液pH值。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。二、实验原理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

15、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3 mm2 m

16、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(80100目)；液载比5%；Tc：； Ti=90； Td=90； 桥电流80 mA；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SHIF T.DDET-T TCD-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-

17、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2.0 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0.4 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

18、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，0.890.941.000.89 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，

19、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

20、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nC18 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

21、 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CuS045H20的脱水过程一、实验目的 1熟悉热重和差热分析法的基本原理。 2

22、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CuSO45H2O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TGDTA联用技术来研究CuSO45H2O的脱水过程。 l热重法(

23、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；TiTf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

24、，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

25、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(dWdt)，它是温度或时间 的函数：dWdt = (T或t) DTG曲线的峰顶d2Wdt2=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

26、，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：仪器因素浮力、试样盘、挥发物的冷凝等；实验条件升温速率、气氛等；试样的影响试样质量、粒度等。 2差热分析(DTA) 差热分析(differential thermal analysis，DTA)是在程序控

27、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

28、与试样相近而在所研究的温度范围内没有相变的物质，通常使用的是Al2O3熔石英粉等。图2 差热分析原理图 图3 差热曲线类型及其与热分析曲线间的关系如果同时记录Tt和Tt曲线，可以看出曲线的特征和两种曲线相互之间的关系，如图3所示。在差热分析过程中，试样和参比物处丁相同受热状况。如果试样在加热(或冷却)过程中没有任何相变发生，则Ts =TR ，T=0, 这种情况下两对热电偶的热电势大小相等；由于反向联结，热电势互相抵消，差示热电偶无热电势输出，所以得到的差热曲线是一条水平直线，常称为基线。由于炉温是等速升高的，所以，Tt曲线为一平滑直线，如图3a所示。过程中当试样有某种变化发生时，TsTR，差示

29、热电偶就会有电势输出，差热曲线就会偏离基线，直至变化结束，差热曲线重新回到基线。这样，差热曲线上就会形成峰。图3b为有一吸热反应的过程。该过程的吸热峰开始于1，结束于2。Tt和Tt曲线的关系，图中已用虚线联系起来。图3c为有一放热反应的过程。有一放热峰，Tt和Tt曲线的关系同样用虚线联系起来。 差热曲线的温度需要用已知相变点温度的标准物质来标定。 b影响差热曲线的因素 影响差热曲线的因素比较多，其中主要的有：仪器方面的因素。包括加热炉的形状和尺寸、坩埚大小、热电偶位置等。实验条件。升温速率、气氛等。试样的影响。试样用量、粒度等。 3.TGDTA联用 热重法不容易表明反应开始和终了的温度，也不容

30、易指明有一系列中间产物存在的过程，更不能指示无质量变化的热效应。而DTA可以解决以上问题，但不能指示质量变化。为了相互补充，取长补短，近年来出现了将TGDTA集成在同一台仪器上进行同步记录。这样，热效应发生的温度和质量变化就可同时记录。三、仪器装置和样品1. TGDTA差热热重联用分析仪2. CuSO45H2O（A.R.）四、实验步骤1.依次打开计算机和热分析仪主机；2.在计算机中调出控制程序，确定试验装置，编制试验程序；3.装样；4.输入实验条件，开始实验；5.结束实验，进行数据分析处理，打印结果；6.关机。五、结果处理 分析实验结果，写出实验报告。六、思考题 1何谓热分析和差热分析?由热分析可得到哪些信息?从差热分析可得到什么信息? 2从热重法可得到什么信息?影响热重曲线的因素有哪些? CuSO45H2O的DTG与 DTA曲线有什么不同?为什么? 3如何解释CuSO45H2O的热重曲线?讨论实验值与理论值误差的原因。