无机化学实验补充讲义（工科）

无机化学实验补充讲义

（工科）

化学实验教学中心

2016.10

目 录

实验一 由石灰石制备过氧化钙―――――――――――――――――――2 实验二 醋酸离解常数的测定―――――――――――――――――――――3 实验三 气相色谱实验补充讲义（归一化法）――――――――――――――5

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实验一 由石灰石制备过氧化钙

一、实验目的

1、掌握过氧化钙制备的原理和方法； 2、了解石灰石综合利用的意义； 3、巩固无机制备基本操作。 二、实验原理

石灰石的主要成分是碳酸钙，同时还含有一定量的MgCO3、SiO2及铁等杂质。实验中首先加HCl溶解石灰石，溶液中除了Ca2+外，还有Fe3+、Mg2+等，通过调节pH至10，可将Fe3+、Mg2+等沉淀为氢氧化物而除去，在滤液中控制低温和碱性条件，加入过氧化氢可制得过氧化钙（CaO2 ? 8H2O）。

CaCO3＋2HCl = CaCl2＋CO2＋H2O

CaCl2＋H2O2＋2NH3·H2O＋6H2O = CaO2·8H2O＋2NH4Cl

从溶液中制得的过氧化钙含有结晶水，其结晶水的含量随制备方法不同而有所变化，最高可达8个结晶水，含结晶水的过氧化钙呈白色，在0℃时是稳定的，在120℃下脱水生成米黄色或白色的无水过氧化钙。 三、主要试剂

石灰石、6 mol?L-1盐酸、3% H2O2、15% H2O2、1:1氨水 四、实验步骤

称取5.0g石灰石至150mL烧杯中，慢慢加入17~18mL6mol ? L-1HCl溶液，盖上表面皿，待反应减慢后，溶液加热至反应完全。加入20 mL去离子水稀释，然后滴加3mL3% H2O2溶液，充分搅拌后，用1:1氨水调节溶液的pH值至10，将溶液加热煮沸约10min，趁热过滤，收集滤液（1）。

另外量取15mL 15％的过氧化氢，加入盛有15mL1:1氨水的小烧杯中，置于冰水中冷却。待溶液充分冷却后，在剧烈搅拌下将上述滤液（1）逐滴滴入，滴加时溶液置于冰水浴内。滴加完后，继续在冰水浴内放置20分钟，观察白色的过氧化钙晶体的生成；抽滤，用少量冰水洗涤2～3次，将晶体抽干。

将抽干后的过氧化钙晶体放在表面皿上，置于烘箱内，在120℃下烘30min，取出冷却，称重，称取产量。

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思考题：

1. 用 6mol ? L-1 盐酸溶解石灰石，为何要缓慢加入？ 2. 过氧化钙生成的反应为何要在冰水浴内进行？ 3. 根据实验过程，分析产品中可能会有哪些杂质？

实验二 醋酸离解常数的测定

一、实验目的

1、学习通过测量pH值测定弱酸离解平衡常数的原理和方法。 2、掌握酸式滴定管和pH酸度计的使用方法。

二、实验原理

醋酸在水溶液中存在下列解离平衡：

HAc ＝ H+ + Ac-

其解离平衡常数的表达式为：

KHAc?设醋酸的起始浓度为c，平衡时cH? KHAccH??cAc-cHAc?cAc??x，代入式(1)，可以得到：

(1)

x2? (2) c-x在一定温度下，用酸度计测定一系列已知浓度的HAc溶液的pH值，根据pH??lgcH?换算出cH?，代入式(2)中，可求得一系列对应的KHAc值，取其平均值，即为该温度下醋酸的解离平衡常数。

三、仪器和试剂

仪器：pHS-3C酸度计 滴定管(酸式) 烧杯(50mL洁净，干燥) 试剂：HAc(0.1mo1?L-1标准溶液) 缓冲溶液(pH＝4.003，pH＝6.86)

四、实验内容

1、配制不同浓度的HAc溶液

将4只洁净干燥的烧杯编成1～4号，然后按下表的烧杯编号，用两支滴定管分别准确放入已知浓度的HAc溶液和去离子水。 2、酸度计的调节

用pH＝6.86和pH=4.00的标准缓冲溶液分别对酸度计的“定位”和“斜率”调节。 3、HAc溶液pH值的测定

用酸度计由稀到浓测定1～4号HAc溶液的pH值。将测定数据填入下表。

五、数据记录和处理 烧杯编HAc的体积 H2O的体积 HAc的浓度c x2 cH? KHAc?pH c-x/mL /mL 号 /mol?L-1 1 3.00 45.00

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2 3 4 6.00 12.00 24.00 42.00 36.00 24.00 测定时温度 ℃， HAc标准溶液的浓度___________________， HAc的离解平衡常数K平均值 。

六、思考题

1、改变被测HAc溶液的浓度或温度，则电离度和解离平衡常数有无变化？若有变化，会有怎样的变化。

2、配制不同浓度的HAc溶液时，玻璃器皿是否要干燥，为什么？

3、电离度越大，酸度就越大”。这句话是否正确？根据本实验结果加以说明。 4、若HAc溶液的浓度极稀，是否能用KHAc?2cH?c求解离平衡常数？为什么？

5、测定不同浓度HAc溶液的pH值时，测定顺序应由稀到浓，为什么？

6、根据HAc-NaAc缓冲溶液中[H+]的计算公式：

cH??KHAccHAc cAc-测定K时是否一定先要知道HAc与NaAc的浓度，为什么？请你设计测定方案。 7、如何正确使用酸度计？

8、试分析测定值与理论值产生偏差的原因。

注：pHS-3C酸度计的使用和注意事项 1、pHS-3C酸度计的使用

（1） 按“模式”键进入温度调节状态（此时温度单位℃指示灯闪亮），按“△”“▽”键设定温度，然后按“确认”键确认（温度单位℃指示灯不再闪亮），温度调节完毕。

（2） 把用去离子水清洗并擦干后的电极插入pH=6.86的标准缓冲溶液中，按“模式”键，进入定位标定状态（此时液晶显示器下方显示“定位”）， 待读数稳定后，按“确认”键(此时液晶显示器下方显示“测量)，仪器显示该温度下相应标准缓冲溶液的pH值，定位标定完毕。若与标准数据相差太远可重复标定几次直到与标准值相符。

（3） 把用去离子水清洗并擦干后的电极插入pH=4.00的标准缓冲溶液中，按“模式”键，进入斜率标定状态（此时液晶显示器下方显示“斜率”， 待读数稳定后，按“确认”键(此时液晶显示器下方显示“测量)，仪器显示该温度下相应标准缓冲溶液的pH值，斜率标定完毕。若与标准数据相差太远可重复标定几次直到与标准值相符。

（4） 特别告知：pHS-3C型pH计的定位、斜率的标定采用上述自动标定，可避免仪器程序混乱出错。 2、注意事项

（1） pH计采用自动标定法标定仪器，缓冲溶液用完后不要倒掉，请放回原处。

（2） 配制溶液时，若烧杯不干须用滤纸擦干。每组使用两根专用滴定管，用完后洗净倒挂。

（3） pH值测定要从稀到浓依次测定。测定前，应先打开复合电极上的加液口小盖子，充分搅拌被测溶液1分钟以上，再插入复合电极，待数字稳定后读数。测定时搅拌速度不要太大，以不产生漩涡为准。每次测定时电极插入高度要基本一致，建议电极玻璃球泡的位置约在烧杯的30cm的刻度处。

实验结束后烧杯洗尽后用去离子水润洗干净倒扣在盒子里，用过的电极也用去离子水清洗后再用滤纸吸干电极表面的水分后浸泡在盛有饱和KCl溶液的小瓶子里，最后塞好复合电极加液口的小塞子。

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实验三 气相色谱法分析烷烃混合物的组成及含量

一、实验目的

1．学习气相色谱的原理及气相色谱仪的使用 2．掌握气相色谱的定性、定量方法 二、实验原理

气相色谱法是一种现代分离和分析技术。它是以气体为流动相（载体）、液体或固体为固定相（分别称为气液色谱或气固色谱），根据不同物质在气-液相间的分配系数不同或在气-固相间的吸附能力不同，当固定相和流动相作相对运动时，不同物质在两相间反复溶解-挥发或吸附-脱附而得以分离。分离后的各组分经检测器检测，从而实现定性和定量分析。

气相色谱的流程如图1所示。

1－载气钢瓶；2－减压阀；3－净化干燥管；4－针形阀；5－稳流阀；6－压力表；7－进样器和汽化室；8－色谱柱；9－检测器；10－放大器；11－色谱工作站

图1 气相色谱流程图

载气（流动相）经减压阀、净化器后以某一稳定的流量进入汽化室，将注射入汽化室的样品带进色谱柱中分离，不同的成分被分离后先后进入检测器，检测器将各组分的浓度或质量转化成电信号（电压、电流），并将随时间变化的信号强度输出或记录下来，即得组分流出时间和信号强度的关系图——气相色谱流出曲线图（简称色谱图）。其示意图如图2所示。

图2 气相色谱流出曲线图

由色谱流出曲线图可实现物质的定性和定量分析。在恒定条件下，根据保留时间可以对物质进行定性分析，根据峰高或峰面积可进行定量分析。

经理论分析和实验证明，当固定相和操作条件严格固定不变时，每种物质都有确定的保留时间，因此保留时间可用作定性鉴定的指标。如待测组分的保留时间与在相同条件下测得的纯物质的保留时间相同，则初步可认为它们是同一物质。

定量分析的依据是组分的质量mi与检测器的检测信号（峰面积Ai或峰高hi）成正比，

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其关系式可表示为：

mi?fiAi或mi?fihi

因此可由组分的峰面积或峰高实现组分含量的计算。组分含量的计算方法有归一化法、外标法和内标法。本实验采用归一化法。

当待测试样中所有组分都能流出色谱柱，并在色谱图中有完整的色谱峰时，可用归一化法定量。计算i组分的质量分数为：

wi?mifA ?100%?ii?100% （1）

m?fiAi式中fi是定量校正因子。当待测试样中各组分的fi很接近时，式中的fi可以相约。例

如，同系物中沸点接近的混合组分的各质量分数的测定可简化为：

wi?miA（2） ?100%?i?100%

m?Ai 本实验选择分离条件时，依据试样是烷烃混合物，选用弱极性物质SE-30（甲基聚

硅氧烷）作固定液。烷烃与固定相之间作用力主要是色散力，分子质量越大，色散力越大，沸点越高，所以非极性试样的各组分按沸点由低到高依次流出色谱柱。 三、试剂和器材

1．GC-7890T气相色谱仪

色谱柱：SE-30，2m×2mm填充柱；

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载气：氮气，3.0圈(约8.0mL·min）；

温度：柱温80℃，检测器80℃，汽化室（进样口）110℃； 检测器：热导池，桥流（量程）80mA。 2．试剂：

（1）纯试剂：己烷、庚烷、辛烷、丙酮 （2）待测样品：己烷、庚烷、辛烷混合试样 四、实验方法

1．连接气路系统

逆时针打开载气钢瓶的总阀，顺时针方向旋转减压阀调节螺杆，使分压压力表指示约为0.5MPa，通入载气，检查是否漏气。

调压、调节流速：打开净化器截止阀，载气到色谱仪入口处供压为0.3-0.4 MPa，如图3所示。调节稳流阀旋钮到 3.0圈（欲知准确流速可用皂膜流量计在热导池出口处测定

图3 GC-7890T型气相色谱仪载或查流量关系手册），旋钮上方压力表显示柱前压力值，如

气接口处压力表 图4所示。

2．接通电源

通入的载气稳定后，接通色谱仪电源，仪器液晶显示屏上有提示信息出现。 3．设置分析条件

温度条件：分别设定柱温80℃、进样口温度110℃、热导池检测器温度80℃；以设定柱温为例，先按控制面板上的“柱温”键，再输入 “8”、“0” 数字键，最后按“输入”键实现柱温的设定，如图5所示。设定完成后，液晶显示屏将显示设定温度（左）和实际温度（右）。

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检测条件：按“量程”键、数字键及输入键，设定热导电流值为80mA，电流极性由“量程+?”改变。

当各温度等条件达到设定条件并稳定后，用色谱仪右侧的调零电位器调节基线至0mV附近（检测器输出范围要大于-5mV）；基线稳定后，即可用进样器注入样品测定，并记录色谱图。

4．进样

微量注射器用丙酮洗涤5~10次后，再用待测样洗涤5~10次，取纯试剂0.2μL、待测样品取0.5μL进样，进样时，注射器垂直插入进样口，在快速将样品注入汽化室的同时，开始运行数据采集程序。

归一化法定量测定时，每台仪器进三个纯样品，每人进一个待测样品。 5．色谱图记录及数据处理

本实验采用“T2000色谱工作站”进行数据采集与处理，色谱图中各组分都出峰，数据采集完毕后，编辑报告并打印色谱图。具体步骤见附录。

6．关机

实验完毕后，关闭计算机，将柱温、检测器温度和进样器温度设定到20℃，将热导电流设置到0.0mA，待色谱仪冷却后，关闭仪器电源开关。

7．关气

旋松减压阀调节螺杆，关闭载气钢瓶的总阀。

图4 GC-7890T型气相色谱仪柱前载气压力表 图5 GC-7890T型气相色谱仪气路 控制系统面板

五、实验结果及数据处理

1．记录标准样品保留时间 标准样品组成 保留时间/ min 正己烷 正庚烷 正辛烷 2．定量分析（归一化法）

记录待测试样各峰的保留时间和面积，与上表标准样品的各组分对应的保留时间比较，确定样品中各峰所属的物质，再根据归一化法计算待测样品中各组分的质量分数。

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成分 保留时间/min 峰面积/μV.s 质量分数/％ 正己烷 正庚烷 正辛烷 六、实验安全与注意事项

1．使用热导池检测器，开机时应先开载气，后开电源；关机时应先关电源，后关载气。 2．在关闭气路时，调节刻度旋钮不能小于1.0圈，以免损坏稳流阀、针形阀，影响刻度指示。

3．微量注射器进样手势如右图所示，进样时要求注射器垂直于进样口，左手扶着针头以防弯曲，右手拿注射器，右手食指卡在注射器芯子和注射器管的交界处，这样可以避免当进针到气路中由于载气压力较高把芯子顶出，影响正确进样。注射器取样时，应先用被测试液洗涤5～10次，然后缓

慢抽取一定量试液，若仍有空气带入注射器内，可将针头朝

上，待空气排除后，再排去多余试液便可进样。进样要求操作稳当、连贯、迅速；进针位置及速度，针尖停留和拔出速度都会影响进样重现性，一般进样相对误差为2～5%。

4．要经常注意更换进样器上硅橡胶密封垫片，该垫片经20～50次穿刺进样后，气密性降低，容易漏气。 七、思考题

1. 用峰面积归一化法定量适用于什么情况？样品中如有在检测器上无响应的成分存在是否影响定量结果？为什么？

2. 何谓色谱峰、峰（底）宽、峰高、半峰宽、峰面积、保留时间。 3．本实验中，为什么能略去定量校正因子？

附：“T2000色谱工作站”数据采集与处理程序的应用

1．启动

打开计算机及显示器电源，双击“T2000色谱工作站”图标，启动T2000色谱工作站，如图6所示。双击仪器条件图标，输入实验所用仪器型号及条件（可打印于报告上），点击关闭按钮。单击主工作桌面中的采集卡设置菜单选择通讯口，可以选择的通道1或通道2，然后单击确定，进入实时采样界面。

图6 T2000色谱工作站启动界面

2．实时采样

T2000色谱工作站的实时采样界面如图7所示，进入实时采样界面，建立分析项目表，建立样品项，然后实时采样，结束采样，样品项自动存盘。

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样品项建立：新建或打开一个已存在的“分析项目”，保存或另存为分析项目。在分析项目中，可以新建或选择已有的“样品项”，并新建或修改样品项的名称和谱图分析条件。

实时采样：在分析项目表中选中对应的样品项，图谱上有向右延伸的基线出现，当左下方显示时间和电平的数字在变化时，表示可正常记录检测器的信号。基线稳定后即可用微量注射器进样，进样的同时鼠标点击“开始进样”按钮或按下移动的触发开关开始实时采集数据，即记录检测器信号与时间的关系，同时积分标出出峰时间和峰面积。当各组分都出峰后，鼠标点击“停止进样”按钮（或到达预先设定分析时间）即回到“查看基线”状态，数据自动存盘。如需测定其它样品，可重复上述操作：选中样品项、进样、立即用鼠标点击“开始进样”或按下触发开关。

图7 实时采样界面

3．数据处理

点击快捷按钮面板上的“再处理”按钮，将实时采样的工作界面切换到“再处理”工作界面。单击其中的“谱图”按钮打开或关闭样品谱图。单击“显示”按钮，可修改积分参数及显示积分结果，特别注意是改变积分参数中的“噪声”值，设置峰宽、最小峰高、最小峰面积，删除噪音峰或不需要的峰，以获得最佳结果。也可用“手动积分”按钮进行再处理，如调整峰的起始及结束点、移动添加删除分割线等。

4．报告的编辑与输出

完成谱图采集和数据处理后，可点击“报告预览”图标进行谱图编辑，点击“报告预览”窗口中的“打开”按钮，选择待处理的谱图。或者从“已完成进样”窗口中的文件列表里直接单击选中待处理的谱图，再单击“报告预览”按钮，即可进行谱图编辑。

点击“风格”菜单，选择“报告内容”、“实验信息”、“谱图显示”、“谱图注释”、“分析结果”等编辑选项，如图8 所示。例如，点击“谱图显示”选项改变报告中谱图显示的属性，点击电压轴范围选择最高峰适应、次高峰适应或自定义来调整谱图在报告中的显示范围。点击时间轴范围选择全部时间或自定义来调整谱图在报告中的显示范围。单击“确定”按钮后，系统调整谱图在报告中的属性。设定报告风格后可打印实验报告。

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图8 报告风格编辑界面

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/5akr.html