应用化学专业实验指导I

应用化学专业实验指导I

目 录

分析型实验 ......................................................... 2 实验一 煤的工业分析 ............................................... 2

一、煤中全水分的测定 ........................................................................................................... 2

二、分析试样水分的测定（空气干燥法） ........................................................................... 3 三、灰分的测定 ....................................................................................................................... 4 四、挥发分的测定 ................................................................................................................... 5 五、固定碳的计算 ................................................................................................................... 8

实验二 铁矿石中全铁量的测定（三氯化钛还原——重铬酸钾滴定法） ..... 9 实验三 铁矿石中硫含量的测定（管式炉内燃烧后碘酸钾滴定法） ......... 12 实验四 铁矿石、铁精矿、烧结矿中二氧化硅的测定 .................... 16 实验五 石灰石、白灰、白云石中氧化钙及氧化镁含量的测定 ............ 19 综合型实验 ........................................................ 23 实验一 SiCl4/H3PO4掺杂的PVDF膜的制备和性能测试.................... 23 实验二 常温固体电化学气体传感器的制备和性能测试 .................. 27 实验三 气相色谱法测定高级脂肪酸含量 .......................... 32 实验四 活性剂十六烷基三甲基溴化铵的纯化及其物化性能的检测 ........ 34 实验五 阿司匹林（Aspirin）的合成纯化与分析 ....................... 38 实验六 磁流体的制备 .............................................. 42 实验七 铁氰化钾溶液的循环伏安曲线 ................................ 44 实验八 同位镀汞膜—阳极溶出伏安法饮用水中铜、铅、镉的同时测定 .... 47 实验九 三草酸合铁（III）酸钾的制备和性质 ......................... 49 实验十 含铬废水的处理 ............................................ 51 实验十一 钢中锰含量的测定 ......................................... 54

1

分析型实验

实验一 煤的工业分析

主题内容与使用范围

1. 此分析规定了测定煤的水分、灰分、挥发分、固定碳的方法。 2.本方法适用于煤的水分、灰分、挥发分、固定碳的测定。

一、煤中全水分的测定

1．方法提要

秤取一定质量的煤试样，置于干燥箱中，在一定的温度下干燥至质量恒定。以煤试样的质量损失计算全水分的百分含量

2. 试剂、仪器和设备 1.变色硅胶或无水氯化钙。

2.干燥箱：带有自动调温装置，温度可达200℃。

3.浅盘：有镀锌薄铁板或薄铝板制成，尺寸约为300×200×20mm。 4.干燥剂：内装变色硅胶或粒状无水氯化钙。 5.托盘天平、感量1g. 3．分析步骤

秤取3mm以下的煤样500g置于预先干燥并秤量过的盘中，将分析煤样铺平、放入已升温至102～105℃的干燥2h，取出冷却到室温秤量。

进行检查性干燥，每次10min，直到连续两次质量差在1g内为止，计算是取最后一次的质量。

4. 分析结果的计算

全水分按（1）式计算：

Mt=m-m1?100 （1） m式中： Mt —— 煤试样的全水分含量，％；

2

m —— 干燥前煤试样的质量，g。 m1 —— 干燥后煤试样的质量，g。

二、分析试样水分的测定（空气干燥法）

1. 方法提要

秤取一定质量的分析煤样，置于干燥箱中，在一定的温度干燥下干燥至质量恒定。以煤试样的质量损失计算分析试样水分的百分含量。

2. 仪器及设备

（1）干燥箱：带有自动控温装置，内装有鼓风机，并能保持温度在105～110℃范围内。

（2）干燥器：内装有变色硅胶或粒状无水氯化钙。

（3）玻璃秤量瓶：直径40mm、高25mm并带有严密的磨口盖。 （4）分析天平：感量0.0001g。 3. 分析步骤

用预先干燥并秤量过（精确至0.0002g）秤量瓶秤取粒度为0.2mm以下干燥煤样1±0.1g。精确至0.0002g平摊在秤量瓶中。

打开秤量瓶盖，放入预先鼓风 并已加热到105～110℃的干燥箱中。在一直鼓风的条件下，烟煤干燥1h，无烟煤干燥1～1.5h(指空气干燥煤样)

注：预先鼓风是为了使温度均匀，将称好装有煤样的称量瓶放入干燥箱前3～5min就开始鼓风。

从干燥箱中取出称量瓶，立即盖上盖，放入干燥器中冷却至室温）（约20min）、秤量。

进行检查性干燥，每次30min，直到连续两次干燥煤样质量减少不超过0.001g或质量增加时为止，在后一种情况仔下，应采用质量增加前一次的质量为计算依据，水分在2％以下时，不必进行检查性干燥。

4. 结果的计算

空气干燥煤样的水分按（2）式计算：

Mad=m1?100 （2） m式中： Mad—— 空气干燥煤样的水分含量％

3

m1—— 煤样干燥后市区的质量g m—— 煤样的质量g 水分测定的允许误差如表1 表1

水分 ﹤5 5－10

误差值 0.20 0.30 三、灰分的测定

1. 方法提要

秤取一定量的干燥煤样，放入厢式电阻炉中，以一定的速度加热到815±10℃，并在此温度下灼烧1h。

从炉中取出灰皿，凡在耐热瓷板或石棉板上，在空气中冷却5min左右移入干燥器中冷却至室温（约20min）后，秤量。

进行检查性灼烧，每次20min，直到连续两次灼烧的质量变化不超过0.001g为止。用最后一次灼烧的质量为计算依据。灰分低于15％时，不必进行检查性的灼烧。

2.仪器 灰皿

长方形灰皿 3.分析步骤

称取分析煤样 1±0.1g，于已经在 815±10℃灼烧恒量的灰皿中，轻微振动，使样品分散为均匀的薄层，置温度低于100℃的高温炉中。在炉门留有约15mm左右的缝隙供自然通风，控制加热速度，使炉温在30min左右缓慢升高至500℃并保持此温度30min。然后，升高温度至815±10℃，关闭炉门，在此

4

根据滴定中所消耗的重铬酸钾标准溶液的毫升数求得铁含量。

当K2Cr2O7标准溶液以V6K2Cr2O7为基本单元时，则被测物质铁的基本单元为 Fe。

四、实验试剂及设备 1.试剂

（1）硫磷混酸（1+1）（浓酸）；（2）氟化钠（固体）；（3）盐酸溶液（1+1）；（4）二氯化锡溶液（10%）；（5）钨酸钠溶液（25%）； （6）三氯化钛溶液（15%）； （7) 高锰酸钾溶液（1%）；（8）二苯胺磺酸钠溶液（0.5%）； （9）重铬酸钾标准溶液C（1/6K2Cr2O7）=0.03581mol/L。

2.设备

（1）电子天平； （2）电炉； （3）铁架台； （4）滴定管； （5）锥形瓶；（6）试剂瓶；（7）滴瓶。

五、实验步骤

称取0.2000g试样于300ml锥形瓶中，加0.2g氟化钙，15ml硫—磷混酸（1+1），在高温电炉上加热溶解，二氧化硫烟冒至离瓶底2/3以上（约5—7min）取下稍冷，加25ml盐酸溶液（1+1），滴加二氯化锡溶液（10%）至溶液呈淡黄色（如二氯化锡溶液过量，滴加高锰酸钾溶液（1%）少许，溶液再呈淡黄色为止），煮沸取下，在锥形瓶中加蒸馏水稀释至70ml（溶液约60℃），加0.5ml钨酸钠溶液（25%），滴加三氯化钛溶液（1+25）至红色消失。若溶液已呈兰色，用重铬酸钾标准溶液滴至兰色刚刚褪去。加10滴二苯胺磺酸钠溶液（0.5%）（锥形瓶内溶液约40℃～50℃）用重铬酸钾标准溶液滴定至稳定的紫色。

试样操作的同时应作空白试验和带同类型的标准试样做校正试验。 空白试验的确定：按分析步骤操作（不用二氧化锡还原）。滴定前方空白溶液中加6.00ml硫酸亚铁标准溶液[C(FeSO4)=0.03581mol/L]用重铬酸钾标准溶液滴定至稳定的紫色，记录毫升数A。再向溶液中加6.00ml硫酸亚铁标准溶液，再用重铬酸钾标准溶液滴定至稳定的紫色，记下毫升数B。则V。=A-B.即为空白毫升数。

六、结果计算

?（Fe）/% =

c?(V-V1)?55.85?100

m?100010

式中： C —— 重铬酸钾标准溶液的浓度.mol/L V —— 滴定试样时消耗重铬酸钾标准溶液的体积.ml V1 —— 滴定空白溶液时消耗重铬酸钾标准溶液的体积.Ml m —— 称取试样的质量.g 55.85 ——Fe的摩尔质量.mg/mol 七、允许差

含量范围 ≤25.0 >25.00～40.00 >40.00～50.00 >50.00

八、注意事项

1．如试样中含碳，硫，有机物较高时，将试样放入瓷坩埚中于800℃灼烧后测定。含碳，硫，有机物低时，在溶样时加适量的硝酸或高氯酸。

2．如试样不能全溶，应改为碱液或酸溶液后残渣经碱处理后测定。 3．难溶试样，可加0.5~1g氟化钙，烧结矿试样。往锥形瓶倒入试样后，立即用少量水摇开。以免加硫-磷混酸溶样时结块。使试样溶解不完全。测定结果偏低。

4．加热溶解试样。电炉温度要求在300～500℃，每换电炉炉温不一致，加上锥形瓶厚度不一致，一般加15ml硫-磷混酸（1+1）。在高温电炉上熔样时，二氧化硫烟冒至离瓶底2/3以上，时间约5-7min试样已被分解完全。

5．当二氯化锡加入适量时，可滴加高锰酸钾溶液（1%），氧化至试液呈黄色加热后再重新还原。 九、思考与作业

1. 滴定过程中如不慎将滴定液放过最大量程应如何处理？

2. 加热温度的高低与加热时间的长短对分析结果有何影响？

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允许差 0.25 0.35 0.45 0.50 实验三 铁矿石中硫含量的测定（管式炉内燃烧后碘酸钾滴

定法）

一、实验目的

1. 掌握用碘酸钾滴定法测定硫含量的基本原理与方法。 2. 掌握用此方法测定硫含量的条件。 二、主题内容与适用范围

本方法规定了用管式炉内燃烧后碘酸钾滴定法测定硫含量。 本方法适用于钢、铁、铁合金及合金铸铁等总硫量的测定。 三、实验原理

含硫试样与助熔剂在高温(1250～1350?C)管式炉中通氧燃烧，硫被完全氧化成二氧化硫，用酸性淀粉溶液吸收并以碘酸钾标准溶液滴定，根据消耗的碘酸钾标准溶液的体积，计算硫含量。其主要反应如下：

燃烧反应 : 4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO2? 3MnS+SO2=Mn3O4+3SO2? 吸收反应 : SO2+H2O=H2SO3

滴定反应 : KIO3+5KI+6HCl=3I2+6KCl+3H2O H2SO3+I2+H2O=H2SO4+2HI 四、试剂和仪器 1.试剂

(1)氧：纯度不低于99.5%； (2)无水氯化钙(固体，要块状的)；

(3)溶剂：适于洗涤试样表面的油质或污垢。如丙酮等； (4)碘化钾(固体)； (5)硫酸(?=1.84g/ml)； (6)盐酸(?=1.19g/ml)； (7)氢氧化钾(100g/L)； (8)助熔剂：锡粒；

(9)淀粉吸收液（2.5g淀粉+100mL沸水+5g稀释到1000mL）；

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(10)玻璃棉;

(11)碘酸钾溶液：a.碘酸钾标准溶液[c(1/6KIO3)=0.00625mol/L]；

b. 碘酸钾标准溶液[c(1/6KIO3)=0.00625mol/L]； c．碘酸钾标准溶液[c(1/6KIO3)=0.00125mol/L]。

2.仪器与设备 (1)氧气净化装置：

a.缓冲瓶；

b.洗气瓶:内盛高锰酸钾(?=1.84g/ml)，其装入量约为洗气瓶容积的1/3。

c.洗气瓶:内装高锰酸钾-氢氧化钾洗液，装入量占瓶高1/3。 d.干燥塔：上层装碱石棉(或碱石灰)，下层装无水氯化钙，中间隔以玻璃棉，底部及顶部亦铺以玻璃棉。

(2)管式炉：附电热偶与温度自动控制器，高温加热设备也可用高频加热装置。

(3)瓷管(或高铝管)长600mm，内径20～30mm

(4)瓷舟：长88mm或97mm，使用前应于12000C的管式炉中通氧灼烧2～4min，也可于10000C高温炉中灼烧1h以上。冷却后装于盛有碱石棉或碱石灰及无水氯化钙的未涂油脂的干燥器中备用。

(5)球形干燥管：球形干燥管：球形干燥管内装有干燥的脱脂棉。 (6)吸收杯。装置如下图：

1. 球形管 2. 滴定管 3. 吸收杯

定硫仪的滴定部分装置

(7)滴定管：滴定管为背白兰绒A级滴定管，25.00ml。

(8)长钩：用镍，铬系或耐热合金系制成，用以推进，拉出瓷舟。 (9)碱石棉； 五、实验步骤

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安全须知：对燃烧分析来说，危险主要来自预先灼烧瓷舟和熔融时的烧伤，分析中无论何时取用瓷舟都必须使用镊子并用适宜的容器盛放，操作盛氧钢瓶必须有正规的预防措施。由于狭窄空间中存在高浓度氧时有引发火灾的危险，必须将燃烧过剩的氧有效地从设备中排出。

将炉温开至1250℃～1300℃，通入氧，其流量调节为1.5 L/min～2L/min,检查整个装置的管路及其活塞是否漏气，调节并保持仪器装置在正常的工作状态。

空白试验：在测定试样前应按试样分析步骤，但不加试样反复做瓷舟，助熔剂的空白试验，直至空白试验数值稳定。

选择适当的标准样品按分析步骤的规定测量，以检查仪器装置。 试样量 按表1规定称取试样量 表1

硫含量/% 0.0030～0.010 >0.010～0.050 >0.050～0.100 >0.100～0.200

测定：于吸收杯中加入50～80ml淀粉吸收液，通氧，用碘酸钾标准溶液滴定至淀粉吸收液呈浅蓝色，比色为起始色泽。

准确称取试样置于灼烧过的瓷舟中，加适量助熔剂覆盖于试样上，用长钩推至瓷舟管加热区的中部，立即塞紧硅橡胶塞预热30s～1min，通氧燃烧。将燃烧后的气体导入吸收杯，待淀粉吸收液的蓝色开始消退，立即用碘酸钾标准溶液滴定。滴定速度以使液体保持蓝色为准(滴定生铁等高硫试样时，开始可适当多过量一些碘酸钾标准溶液)，褪色速度变慢时，相应降低滴定速度至吸收液色泽与起始色泽一致。当间歇通氧三次色泽仍不改变时即为滴定终点，读取所消耗的碘酸钾标准溶液的毫开数(Vx).

关闭氧气，开启硅橡胶塞，用长钩拉出瓷舟，检查试样是否燃烧完全，如熔渣不平，熔渣断面有气孔，表明燃烧不完全，应重新称取试样进行测定。

注：在连续测定中应经常清除瓷管中的氧化物粉尘，并更换球形干燥管中的脱脂棉，并将试样和标准样品交叉测定。

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试样量/g 1.00+0.01准确至1mg 0.50+0.01准确至1mg 0.25+0.01准确至0.1mg 0.10+0.01准确至0.1mg

1.00×10-4、2.00×10-4、5.00×10-4、8.0×10-4、1.00×10-3mol/L(内均含

?0.20mol/L KNO3并在测定前除氧) Fe(CN)36溶液的循环伏曲线，测量峰电流。

记录峰电流与浓度。在电化学工作站所具有的定量分析功能的标准曲线法中进行数据处理，找出峰电流和浓度的线性方程和相关系数。

五、思考题

?1. 对K3Fe(CN)36(内含0.20mol/L KNO3)溶液的循环伏安曲线进行数据处

理，选取曲线的第二圈，即第三和第四段曲线，根据循环伏安曲线特点，用半峰法进行峰测量，测量结果如图：

由测量结果可知，氧化峰电位为Ep2=176mV,峰电流为ip2=2.83?10-5A；还原峰电位是Ep1=240mV，峰电流是ip1=2.86?10-5A。氧化峰还原峰电位差为64mV，峰电流的比值为：ip1/ip2=1。由此可知，铁氰化钾体系（Fe(CN)63-/4-）在中性水溶液中的电化学反应是一个可逆过程。（注：由于该体系的稳定，电化学工作者常用此体系作为电极探针，用于鉴别电极的优劣。）

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2.将不同扫描速率50、100、200、300、500mV/s的循环伏安曲线进行叠加，如下图。由图可知，随着扫描速度的增加，峰电流也增加。且分别测量他们的峰数据可以得到峰电流与扫描速度的关系。根据电化学理论，对于扩散控制的电极过程，峰电流ip与扫描速度的二分之一次方呈正比关系，即ip～?1/2为一直线。对于表面吸附控制的电极反应过程，峰电流ip与扫描速度呈正比关系，即ip～?为一直线。（此关系也可利用标准加入法的线性拟合功能，以峰电流为横坐标，扫描速度的二分之一次方或扫描速度为纵坐标，考察线性关系）

3. 将不同浓度的铁氰化钾（Fe(CN)63-）溶液的循环伏安曲线，同样进行叠加可以发现，峰电流随着浓度的增加而增加。分别测量它们的峰数据并进行数据处理，由线性方程及相关系数可知，在实验的浓度范围内，峰电流与铁氰化钾（Fe(CN)63-）溶液浓度呈线性关系。可以以此进行定量分析。

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实验八 同位镀汞膜—阳极溶出伏安法饮用水中铜、铅、镉的同时测定

一、实验原理

通过预电解将被测物质电沉积(电析)在电极上，然后施加反向扫描电压

使富集在电极上的物质重新“溶出”，即把富集在电极上生成汞齐或金属的物质进行电化学溶出，使之重新成为离子反溶回溶液中，根据溶出过程的极化曲线进行分析的方法，称为溶出伏安法。

所谓同位镀汞膜的方法，是在分析溶液中加入一定量的汞盐，在待测金属离子选择的电解富集电位下， 汞与待测金属同时在基体电极(通常为玻碳或石墨电极)的表面上“电析”形成汞齐膜，然后在反向电压扫描时，被“电析”的金属从汞膜中“溶出” 而产生溶出峰。

影响峰电流大小的主要因素有：预富集时间、溶液搅拌的速度、预富集电位、电极面积、汞膜厚度、电解富集后放置的时间和溶出的电位扫描速度等。因此实验中必须严格控制。

二、试剂及仪器

铜标准溶液：准确称取高纯金属铜(99.99％)0.2500g 于150mL烧杯中，

加入5.0mL 1:1硝酸使其溶解，并加热除尽NO2，用水定容为250.00mL。此标准溶液含铜1.000mg/mL。用时稀释至所需浓度。

铅标准溶液：准确称取高纯金属铅(99.99％)0.2500g 于150mL烧杯中，加入5.0mL 1:2硝酸使其溶解，并加热除尽NO2，用水定容为250.00mL。此标准溶液含铅1.000mg/mL。用时稀释至所需浓度。

镉标准溶液： 准确称取高纯金属镉(99.99％)0.2500g于150mL烧杯中，加入6.0mL 1:1硝酸使其溶解，并加热除尽NO2，用水定容为250.00mL。此标准溶液含镉1.000mg/ mL。用时稀释至所需浓度。

2.0 mol/L HAc-NaAc 溶液(pH＝5.0)。 0.001 mol/L硝酸汞溶液。

RST3000系列电化学工作站配旋转电解池。

工作电极：圆盘玻碳电极；参比电极：银—氯化银电极；对电极：铂丝电极。

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高纯氮气。 微量注射器。

三、实验步骤

1.电极的准备

将圆盘玻碳电极在金相砂纸上磨光后，在抛光机上抛光至镜面，然后依次分别在丙酮、乙醇和纯水中超声波清洗。

2.电解液的配置

于50mL容量瓶中，加入2.0mol/L HAc-NaAc(pH＝5.0)溶液5.0mL和0.001mol/L硝酸汞溶液5.0mL，用高纯水定容至50.00mL。

3.仪器操作

①仪器的连接：红色线连接辅助电极（对电极）、白色线连接参比电极，绿色线连接工作电极；插上搅拌机或旋转电解池线。

②开启RST3000系列电化学工作站电源开关。

③ 点击快捷方式图标或根据安装路径找到RST3000电化学工作站.exe运行程序（第一次运行）。打开运行程序，进入开机界面。

4.铜、铅、镉峰电位的测量

移取电解液5.00mL于旋转电解池中，插入三电极于电解池中，通氮气除氧10 min (通氮气速度不宜过快，以明显观察到氮气泡冒出为宜)，通氮气期间，选定实验方法及设定实验参数，步骤如下：

①点击“实验设定”菜单下的“选择电化学方法”或点击快捷键“T”，在弹出的窗口中选中“线性扫描溶出伏安法”后点击“确定”。

②点击“实验设定”菜单下的“设定电化学参数”或点击快捷键“P”，在弹出的窗口中设定参数。

富集电位(mV) =-1200 富集时间(S) = 60 静止电位(mV) =-1200 静止时间(S) = 30 起始电位(mV) =-1200 终止电位(mV) = 0 扫描速率(mV/S) = 100 样点间隔(mV) = 1 量程(A) =2.5E-05*， “富集时搅拌”置“√”。

*注：量程根据实际实验电流大小调整。

③点击快捷键“?”开始富集和扫描，此时计算机工作站主页面同步显示I

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－E曲线。扫描完毕后，图形充满整个窗口（全曲线显示）。

④“选择电化学方法”中选“恒电位电解”，“设定电化学参数”恒定电位=500mV，运行时间=60s，点击快捷键“?”。 目的是在此电位下氧化1 min，使电极表面所有金属全部氧化溶出，更新电极表面。图形不必保存。

⑤于电解池中用微量注射器逐次分别加入铜、铅、镉标准溶液各5μl(10μg/mL)，每次加入标准溶液后，搅拌均匀，重复上述操作，由每次所得I－E曲线上峰的位置分别确定铜、铅、镉的峰电位值，以此作为定性分析的依据。

5.饮用水样测定

于50mL容量瓶中，加入2.0 mol/L HAc-NaAc(pH＝5.0)溶液5.0mL和0.001 mol/L硝酸汞溶液5.0mL，用待测水样稀释至刻度。重复操作步骤4。 依次分别加入铜、铅、镉标准溶液后(加入量视水样中被测离子含量而定)，再重复操作步骤4。由所得I－E曲线上溶出峰的位置和操作步骤4所得峰电位值定性分析；由I－E曲线上加入标准溶液前后两次峰高(峰电流)的差值，按一次标准加入法计算饮用水样中铜、铅、镉的含量：

Cx＝hCsVs /[H(Vx＋Vs)－hVx] 式中：Cx：待测元素的浓度。 Cs：加入标准溶液的浓度。 Vx：待测溶液的体积。 Vs：加入标准溶液的体积。 H：加入标准溶液后测得的峰高。 h：加入标准溶液前测得的峰高。

也可将所测数据填入软件中的定量分析——标准加入法进行计算，得到结果。

实验九 三草酸合铁（III）酸钾的制备和性质

一、 实验目的

1、了解三草酸合铁(Ⅲ)酸钾的制备方法。掌握水溶液中制备无机物的一般方法。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/6bmf.html