3.2011-2012-1综合与设计性实验讲义(1)

综合与设计性实验讲义

2011-2012学年第1学期

基础化学教学与实验中心

2011年9月

目 录

模块一

实验一 茶叶中提取咖啡因（综合性化学实验） ····························· 1 实验二 黄连中小檗碱的提取和鉴定（设计性化学实验） ···················· 5 实验三 烟叶中烟碱的提取与定性分析测定（综合性化学实验） ·············· 6 实验四 玉米须中黄酮和多糖的提取、鉴别与含量测定（设计性化学实验） ·· 10

模块二

实验五 高锰酸钾法测定蛋壳中CaO的含量（设计性化学实验） ············ 12 实验六 维生素C药片中抗坏血酸含量的测定（综合性化学实验） ·········· 13 实验七 葡萄糖酸锌的制备和分析（综合性化学实验） ····················· 15

模块三

实验八 1，2，4-三唑的制备（设计性化学实验） ··························· 18 实验九 聚乙烯醛缩甲醛胶水的制备（综合性化学实验） ··················· 19 实验十 香豆素-3-羧酸的制备 ·········································· 20 实验十一 三草酸合铁（Ⅲ）酸钾的制备、性质和组成分析（设计性化学实验） ··

······························································

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实验十二 固体酒精的制备及燃烧热的测定（综合性化学实验） ··············· 24

说明：本实验课程要求学生从三个模块（见附表）中选出四个实验题目，即从模块一、模

块二中各择一个实验题目，从模块三中选择二个。四个实验题目中设计性实验不得少于一个。设计性实验要提供设计方案，列举可行的方案。实验前要交给指导老师批阅。 例如：模块一 中选择烟叶中烟碱的提取与定性分析测定（综合性化学实验），

模块二 中选择高锰酸钾法测定蛋壳中CaO的含量（设计性化学实验），

模块三 中选择聚乙烯醛缩甲醛胶水的制备（综合性化学实验），环保颜料氧化铁黄的制备定（综合性化学实验）

模块一

实验一 茶叶中的咖啡因的提取及其红外光谱的测定

A 茶叶中的咖啡因的提取

一、实验目的

（1）通过从茶叶中提取咖啡因学习固-液萃取的原理及方法。 （2）掌握索氏提取器的原理及作用。 （3）掌握升华原理及操作。

二、实验原理

茶叶中含有多种黄嘌呤衍生物的生物碱，其主要成分为含量约占1%～5%的咖啡因（Caffeine，又名咖啡碱），并含有少量茶碱和可可豆碱，以及11%～12%的丹宁酸（又称鞣酸），还有约0.6%的色素、纤维素和蛋白质等。

咖啡因的化学名为1，3，7-三甲基－2，6-二氧嘌呤，其结构为：

OH3CNNCH3NHNONCH3NNN

纯咖啡因为白色针状结晶体，无臭，味苦，置于空气中有风化性。易溶于水、乙醇、氯仿、丙酮、微溶于石油醚，难溶于苯和乙醚，它是弱碱性物质，水溶液对石蕊试纸呈中性反应。咖啡因在100℃时失去结晶水并开始升华，120℃升华显著，178℃时很快升华。无水咖啡因的熔点为238℃。咖啡因具有刺激心脏，兴奋大脑神经和利尿等作用，因此可单独作为有关药物的配方。咖啡因可由人工合成法或提取法获得。本实验采用索氏提取法从茶叶中提取咖啡因。利用咖啡因易溶于乙醇，易升华等特点，以95%乙醇作溶剂，通过索氏提取器（或回流）进行连续抽提，然后浓缩、焙炒而得粗制咖啡因，在通过升华提取得到纯的咖啡因。

三、实验装置

1．索氏提取器：见图2－17。

2．回流提取装置：在无索氏提取器的情况下，可采用回流冷凝装置（图3-13）。但一般回流冷凝装置所用溶剂量较大，且提取效果较索氏提取器差。

1

3．升华装置：具有较高蒸气压的固体物质，在加热到熔点以下，不经过熔融而直接变成蒸气，蒸气遇冷再凝结成固体的过程称为升华。用升华法可制得纯度较高的产品，但此法损失较大。

在蒸发皿中加入已充分干燥的待升华物质，蒸发皿上盖一张带有密集小孔的滤纸，再倒扣一个口径比蒸发皿略小的玻璃漏斗。为避免蒸气逸出，在漏斗颈部塞一小团棉花。图4-31即为常压升华装置。

四、试剂与器材

1．试剂

茶叶，95%乙醇，生石灰。 2．器材

60ml索氏提取器一套，蒸发皿，玻璃漏斗，蒸馏头，接受管，50ml锥形瓶，直形冷凝管。

五、实验步骤

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称取5g茶叶末，将茶叶装入滤纸套筒中，把套筒小心地插入索氏提取器中，取50ml95％乙醇加入60ml平底烧瓶中，加入几粒沸石，按图2-17安装好装置。水浴加热，连续提取22.5h后，提取液颜色较淡8，待溶液刚刚虹吸流回烧瓶时，立即停止加热。

安装好蒸馏装置（见图3-2），水浴上进行蒸馏，蒸出大部分乙醇并回收乙醇。残液（约5～10ml）倒入蒸发皿中，加入2g研细的生石灰粉，在玻璃棒不断搅拌下蒸汽浴上将溶剂蒸干。再在石棉网上用小火小心地将固体焙炒至干。

取一只合适的玻璃漏斗，罩在隔以刺有许多小孔的滤纸的蒸发皿上（见图4-31）。用小火小心加热升华，若漏斗上有水汽应用滤纸擦干。当滤纸张出现白色针状物时，可暂停加热，稍冷后仔细收集滤纸正反面的咖啡因晶体。残渣经拌和后可用略大的火再次升华。合并产品后称重，测熔点。产量约20～30mg。

六、注意事项

（1）加入生石灰起中和作用以除去丹宁酸等酸性的物质。生石灰一定要研细。

（2）乙醇将要蒸干时，固体易溅出皿外，应注意防止着火。

（3）升华前，一定要将水分完全除去，否则在升华时漏斗内会出现水珠。遇此情况，则用滤纸迅速擦干水珠并继续焙烧片刻而后升华。

（4）升华过程中必须严格控制加热温度。

七、实验结果与讨论

纯咖啡因为白色针状晶体，实验结果可用电子天平称重。本实验如没有索氏提取器，也可用回流方法来提取咖啡因。

思考题

（1）索氏提取器的原理是什么？与直接用溶剂回流提取比较有何优点？ （2）升华前加入生石灰起什么作用？ （3）升华操作的原理是什么？

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（4）为什么在升华操作中，加热温度一定要控制在被升华物熔点以下？ （5）为什么升华前要将水分除尽？ （6）除了升华还可以用何方法提纯咖啡因？

B 咖啡因的红外吸收光谱测定

一、实验目的

（1）了解傅里叶变换红外光谱仪的工作原理，学习AVATAR360FT-IR的使用方法。

（2）掌握常用的固态物质红外制样方法——溴化钾压片法。 （3）学习利用红外吸收光谱对有机化合物结构进行定性鉴定的方法。

二、实验原理

1．红外吸收光谱有机化合物结构鉴定的重要方法之一，它主要能提供有机物中所含官能团等信息。有关红外吸收光谱的基本原理参阅4.2.3节。

2．测定红外光谱时，不同类型的样品须采用不同的制样方法。固态样品一般可采用压片法和糊状法制样。压片法是将样品与溴化钾粉末混合研磨细和匀后，压制成厚度约为1mm的透明薄片；糊状法是将样品研磨成足够细的粉末，然后用液体石蜡或四氯化碳调成糊状，然后将糊状物薄薄地均匀涂布在溴化钾晶片上。由于石蜡或四氯化碳本身在红外光谱中有吸收，所以在解析谱图时要将它们产生的吸收峰扣除。图4-32是液体石蜡或四氯化碳的红外吸收光谱图。

3．测绘样品的红外光谱图仅仅是化合物结构鉴定工作的第一步，更重要的是对红外光谱图进行解析。红外光谱图中有很多吸收峰，含有丰富的结构信息，但其中有许多我们还不能准确地解释。对于初学者来说，主要应掌握4000～1500cm-1官能团特征频率区的吸收峰和1500cm-1以下一些重要吸收峰的归属，并学会红外标准谱图的查阅或标准谱库的计算机检索方法。 三、仪器和试剂

（1）AVATAR360FT-IR红外光谱仪或其他型号的红外光谱仪器。

（2）红外干燥灯、不锈钢镊子和样品刮刀、玛瑙研钵、试样纸片、压模、压片机、磁性样品架、无水乙醇浸泡的脱脂棉等。

（3）样品和试剂：实验十二A中提取的咖啡因、溴化钾粉末。

四、实验步骤

1．开启仪器，启动计算机并进入OMNIC窗口（第4.2.3节相关内容）。 2．压片法制样：

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取1～2mg干燥试样放入玛瑙研钵中，加入100mg左右的溴化钾粉末，磨细研匀。按照图4-33顺序放好压模的底座、底模片、试样纸片和压模体，然后，将研磨好的含试样的溴化钾粉末小心放入试样纸片中央的孔中,将压杆插入压模体,在插到底后,轻轻转动使加入的溴化钾粉末铺匀。把整个压模放到压片机的工作台垫板上（见图4-34），旋转压力丝杆手轮压紧压模，顺时针旋转放油阀到底，然后，缓慢上下压动压把，观察压力表。当压力达到1×10５～1.2×10５kPa(约100～120kg/cm2)时，停止加压,维持2～3min，反时针旋转放油阀，压力解除，压力表指针回到“0”，放松压力丝杆手轮，取出压模，即可得到固定在试样纸片孔中的透明晶片。将试样纸片小心放在磁性样品架的正中间，压上磁性片。制好的试样供下一步收集样品图时用。

3．绘制试样咖啡因的红外光谱图并进行标准谱库检索（详见第4.2.3节）。整个过程包括：（1）设定收集参数；（2）收集背景；（3）收集样品图；（4）对所得试样谱图进行基线校正，标峰等处理；（5）标准谱库检索；（6）打印谱图。

4．收集样品图完成后，即可从样品室中取出样品架。并用浸有无水乙醇的脱脂棉将用过的研钵、镊子、刮刀、压模等清洗干净，置于红外干燥灯下烘干，以备制下一个试样。

五、谱图解析

1．对照试样的结构，对红外谱图中的吸收峰进行归属。4000～1500cm-1区域的每一个峰都应讨论,小于1500cm的吸收峰选择主要的进行归属。归属时可参考图4-20和附录3。

2．记录计算机谱库检索的结果，并对检索结果进行评价和讨论。

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六、注意事项

1．制样时，试样量过多，制得的试样晶片太“厚”，透光率差，导致收集到的谱图中强峰超出检测范围；试样量太少，制得的晶片太“薄”，收集到的谱图信噪比差。

2．红外光谱实验应在干燥的环境中进行，因为红外光谱仪中的一些透光部件是溴化钾等易溶于水的物质制成，在潮湿的环境中极易损坏。另外，水本身能吸收红外光产生强的吸收峰，干扰试样的谱图。

七、思考与讨论

1．化合物的红外光谱是怎样产生的？它能提供哪些重要的结构信息？ 2．为什么甲基的伸缩振动出现在高频区？

3．单靠红外光谱解析能否得到未知物的准确结构，为什么？ 4．含水的样品是否能直接测定其红外光谱，为什么？

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实验二 黄连中小檗碱的提取和鉴定（设计性实验）

一、目的与要求

1.通过对黄连中小檗碱的提取，掌握天然产物的提取技术。 2.通过对小檗碱的鉴定，掌握一般生物碱的鉴别方法。

3.通过查阅资料并结合所学知识，初步了解并完成实验方案的设计。

二、基本原理

黄连主含小檗碱，含量为5.20%-7.69%，还含黄连碱，甲基黄连碱、掌叶防己碱等，由于它们有相似结构，常统称为黄连生物碱。小檗碱异名为黄连素，在水或稀乙醇中结晶所得小檗碱为黄色针状结晶。游离小檗碱微溶于冷水，易溶于热水，几乎不溶于冷乙醇、氯仿和乙醚。小檗碱和大分子有机酸生成的盐在水中的溶解度都很小。小檗碱有季铵式、醛式、醇式，3种能互变的结构式，以季铵式最稳定。小檗碱的盐都是季铵盐，于硫酸小檗碱的水溶液中加入计算量的氢氧化钡，生成棕红色强碱性游离小檗碱，易溶于水，难溶于乙醚，称为季铵式小檗碱。如果于水溶性的季铵式小檗碱水溶液中加入过量的碱，则生成游离小檗碱的沉淀，称为醇式小檗碱。如果用过量的氢氧化钠处理小檗碱盐类则能生成溶于乙醚的游离小檗碱，能与羟胺反应生成衍生物，说明分子中有活性醛基，称为醛式小檗碱。小檗碱的提取方法主要有溶剂法（包括水或水－有机溶剂法、醇－酸水－有机溶剂法、碱化有机溶剂法）、离子交换树脂法、沉淀法等，通过生物碱特有的沉淀反应和显色反应对其进行鉴别。 O N+O OCH3

OCH3

小檗碱的结构式

三、仪器和试剂

1.仪器与材料

100mL园底烧瓶、冷凝管、50mL、100mL烧杯各1只，10mL、25mL量筒各1个，铁架台1个、漏斗1个、滤纸若干、滴管1个、蒸发皿、小试管三支等。

2. 试剂与原料

黄连粉2.0g，体积分数为95%的乙醇15mL，浓HCl10mL、蒸馏水、碘化铋钾试液、碘碘化钾试液、硅钨酸试液等。

四、实验步骤

1.小檗碱的提取 2.小檗碱的鉴定

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实验三 烟叶中烟碱的提取与定性分析测定（综合性实验）

实验 烟叶中烟碱的提取及其紫外光谱分析

A 烟叶中烟碱的提取

一、实验目的

1．了解生物碱的提取方法及其一般性质。

2．复习水蒸气蒸馏的原理及其应用，掌握小型水蒸气蒸馏的装置及其操作

方法。

二、实验原理

烟碱又名尼古丁，是烟叶中的一种主要生物碱。 学名： N-甲基-2[α(β,γ)]-吡啶基四氢吡咯 结构式：

由于它是含氮的碱，因此很容易与盐酸反应生成烟碱盐酸盐而溶于水。此提取液加入NaOH后可使烟碱游离。游离烟碱在100?C左右具有一定的蒸气压，因此，可用水蒸气蒸馏法分离提取。 三、实验装置

如图4-35或图4-36所示。

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四、 试剂或器材

试剂：粗烟叶或烟丝，10％HCl，50％NaOH，0.5%乙酸，碘化汞钾试剂，饱和苦味酸，红色石蕊试纸。

器材：10mL圆底烧瓶，100mL双颈圆底烧瓶，冷凝管，15mL具支试管，T形管、接引管，3mL离心试管，10mL烧杯。 五、 实验步骤

取香烟1/2~2/3支放入10mL圆底烧瓶,加入10％HCl 6mL，装上冷凝管回流20min。待瓶中混合物冷却后倒入小烧杯中，用50NaOH％中和至明显碱性(石蕊试纸检验，注意充分搅拌)。将混合物转入蒸馏试悉中，如图4-34装置进行少量水蒸气蒸馏（或如装置图4－36所示），取微型试管2支各收集3滴烟碱馏出液。在第一支试管中加几滴饱和苦味酸；第二支试管中加2滴0.5%乙酸及2滴碘化汞钾溶液，观察有无沉淀生成。 六、 注意事项

a) 根据热源高度固定铁架台上铁圈的位置。

2．将100mL两颈圆底烧瓶用铁夹固定在垫有石棉网的圈上，注入25~30mL自来水和几粒碎瓷片作沸石。

3．将具支试管装好样品后，从双颈烧瓶的上口插入，蒸馏试管的底部应在烧瓶中水的液面之上。

4．将蒸导管(T形管)一端与二颈圆底烧瓶的侧口相连，一端插入试管底部。 5．用另一个铁架台上的铁夹将冷凝管的位置调整好以后，使之与具支试管的支管相连，然后装好接引管和接受容器。

6．将冷凝管夹通入冷凝水以后，开始加热，待水沸腾产生蒸汽以后，用止水夹将T形管的上端夹紧，这时蒸汽就导入蒸馏试管中，开始蒸馏。

7．蒸馏完毕，应先松开止水夹，再移去热源，以免因圆底烧瓶中蒸气压的降低而发生倒吸现象。 七、 实验结果与讨论

观察烟碱的性质。 八、 思考题

a) 为什么要用盐酸溶液提取烟碱？

b) 水蒸气蒸馏提取烟碱时，为什么要用NaOH中和至明显碱性？

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1.掌握标定I2标准溶液浓度的原理和方法。 2.掌握直接碘量法及其操作。

二、实验原理

维生素C又称抗坏血酸，属水溶性维生素。它广泛存在水果和蔬菜中，辣椒，山楂，番茄中含量尤为丰富。维生素C具有许多对人体健康有益的功能，临床上用于坏血病的预防与治疗，也用于贫血，过敏性皮肤病，高血脂症和感冒的治疗。成年人每日应维持维生素45mg左右，儿童40mg。维生素属于外源性维生素，人体不能合成，必须从食物中摄取。

在日常生活中，烹调食物过熟会破坏其中的维生素，水果过熟维生素含量也会减少。因为维生素还是一种还原剂，其于烯二醇基极易被氧化，因此可间接防止其他物质被氧化，所以维生素也是一种抗氧化性，可以抑制由吸烟而形成的活性生化氧化剂，延缓机体的衰老。维生素药片由维生素C和添加剂组成，呈白色或略带淡黄色。

本实验采用碘量法测定维生素药片中抗坏血酸的含量。碘量法是基于I2的氧化性及I-的还原性进行测定的方法。固体碘在水中溶解度很小且容易挥发，通常将I2溶解于KI溶液以配成碘溶液，溶液保存于棕色磨口瓶中。，碘液可以用As2O3标定，也可以用已标定的Na2S2O3标准溶液标定。

用Na2S2O3标准溶液滴定I2标准溶液，接近终点时，溶液呈浅黄色，加入淀粉指试剂（如滴定前加入，由于碘一定粉吸附化合物的形成，不易与Na2S2O3反应，给滴定带来误差），继续滴定至蓝色消失即为终点。用已经标定的I2标准溶液直接测定维生素药片中抗坏血酸含量，抗坏血酸分子中的烯二醇基可被I2氧化成二酮基，即

由于抗坏血酸在碱性溶液中易被空气氧化，因此在地定时需加入HAc，使反应在弱酸条件下进行，以减少副反应的发生。用淀粉溶液作为指示剂，终点时，过理的I2与淀粉生成蓝色的加合物，反应很灵敏。

三、仪器与试剂

1.仪器

移液管，锥形瓶，容量瓶，酸式滴定管。 2.试剂

Na2S2O3标准溶液（0.02mol/L需标定）。I2标准溶液（0.01mol/L），维生素药片，淀粉指示剂（0.5%），乙酸溶液（2mol/L）,KI(AR),K2Cr2O7(分析纯)，Na2S2O3（化学纯）

四、实验步骤

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1.标准溶液的配制与标定

（1）0.02mol/L Na2S2O3溶液的配制

用台式天平称取Na2S2O35H2O约1.2g，溶于适量刚煮沸并已冷却的水中，加入约0.02g后，稀释至250ml，至入细口试剂瓶中，放置1~2周后标定。

（2）0.01mol/LI2溶液的配制

在台式天平称取I2（预先磨细过）1.2~1.3g，置于250ml烧，加2.4gKI(s)，再加入少量水，搅拌，待全部溶解后，加水稀释至250ml。混合摇匀后，储藏在棕色细口瓶中，放置于暗处。

（3）Na2S2O3标准溶液的标定

精确称取0.12g基准试剂（先干燥过）于100ml小烧杯中，用少量水溶解后转入100ml容量瓶中，用水稀释至刻度。从中移取25.00ml于250ml锥形瓶中（最后用带有磨口塞的锥形瓶或碘瓶），加入10~20ml水使之溶解。加0.4gKI(s)、10ml 2mol/LHCl，充分混合溶解后，盖好塞子以防止I2因挥发而损失，在暗处放置5min，然后加50ml水稀释，用Na2S2O3溶液滴定到溶液呈浅黄绿色时，加2ml淀粉溶液。继续滴入Na2S2O3溶液，直至蓝色刚刚消失而出现Cr3+绿色为止。平行滴定2~3次。由消耗Na2S2O3溶液的体积计算其浓度。

（4）0.01mol/LI2标准溶液的浓度标定

用移液管量取25.00ml Na2S2O3标准溶液于锥形瓶中，加50ml水，2ml淀粉指示剂，用I2标准溶液滴定至呈稳定的蓝色且30s不退为终点。重复滴定2~3次。

2.维生素C药片中抗坏血酸含量的测定

（1）准确称取10片维生素C药片，小心研细，准确称取相当2片质量的粉末（ms）于50ml的小烧杯中，加2mol/L乙酸溶液20ml和新煮沸过并冷却的蒸馏水适量，溶解后转移到100ml容量中，稀释至刻度，摇匀。经干燥滤纸迅速过滤，滤液备用。

（2）用移液管准确量取25.00ml滤液于碘量瓶中，加2ml淀粉指示剂，立即用I2标准溶液滴定至溶液呈稳定的蓝色，重复滴定3次，计算抗坏血酸的含量。

（3）空白试验准确量取未加维生素C药片的上述溶液25.00ml，重复上述实验。

五、数据处理

根据结果分别求出I2标准溶液的浓度和维生素C药片中抗坏血酸的质量分数，即

维生素C= CI2×（V试样-V空白）×M维生素C × 100 100ms 25.00

六、思考题

1.维生素C药片溶解时为什么用新煮沸放冷的蒸馏水？

2.若用NaS2O3标准溶液滴定I2标准溶液时，淀粉指示剂在什么时候加入比较合适？为什么？

3.为什么滴定是碘量瓶不能激烈摇动？ 4.为什么碘标准溶液不宜用纯碘直接配制？

5.维生素C本身是一种酸，为什么测定时还要加酸?

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实验七 补锌口服液葡萄糖酸锌的综合实验（综合性实验）

一、实验目的

葡萄糖酸锌是近年来开发的的一种补锌四品添加剂。人体缺锌会造成生长停滞、自发性味觉减退或创伤愈合不良等现象，从而发生各种疾病。以往常用硫酸锌作添加剂，但它对人体的肠胃道有一定的刺激作用，而且吸收率也比较低。葡萄糖酸锌则有吸收率高、副作用少、使用方便等特点，是20世纪80年代中期发展起来的一种补锌添加剂，特别是作为儿童食品、糖果的添加剂，应用日趋广泛。

合成葡萄糖酸锌的方法很多，可分为直接合成法和间接合成法两大类。葡萄糖酸锌的纯度分析可采用络合滴定法。 通过本实验要求达到如下目的：

（1）学习和掌握合成简单药物的基本方法。 （2）学习并掌握葡萄糖酸锌的合成。 （3）进一步巩固络合滴定分析法。 （4）了解锌的生物意义。

二、实验原理

葡萄糖酸锌为白色或接近白色的结晶性粉末，无臭略有不适味，溶于水，易溶于沸水，15℃时饱和溶液的质量分数为25%，不溶于无水乙醇、氯仿和乙醚。

葡萄糖酸锌是以葡萄糖酸钙和硫酸锌（或硝酸锌）等为原料直接合成。其反应为：

Ca(C6H11O7)2 + ZnSO4 = Zn(C6H11O7)2 + CaSO4 这类方法的缺点是产率低、产品纯度差。

在pH≈10的溶液中，铬黑T（EBT）与Zn+形成比较稳定的酒红色螯合物（Zn-EBT），而EDTA与Zn+能形成更为稳定的无色螯合物。因此滴定至终点时，铬黑T便被EDTA从Zn-EBT中置换出来，游离的铬黑T在pH值在8～11之间的溶液中呈纯蓝色。

Zn-EBT + EDTA = Zn-EDTA + EBT 酒红色 纯蓝色

葡萄糖酸锌溶液中游离的锌离子也可与EDTA形成稳定的络合物，因此EDTA滴定法能确定葡萄糖酸锌的含量。

三、实验用品

1．仪器 台秤，蒸发皿，布氏漏斗，吸滤瓶，电子天平，滴定管（50mL），移液管（25mL），烧杯，容量瓶。

2．试剂

葡萄糖酸钙，ZnSO4.7H2O，硫酸（1mol/L），乙醇（95%），NH3.H2O-NH4Cl缓冲溶液（pH≈10），活性炭，乙二胺四乙酸二钠盐（简称EDTA，AR），Zn粒，氨水（1 ：1），HCl(6mol/L)，铬黑T（s，1%）。

四、实验步骤

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1．葡萄糖酸锌的合成。称取葡萄糖酸钙4.5g，放入50mL烧杯中，加入12mL蒸馏水。另称取Zn-SO4.7H2O3.0g，用12mL蒸馏水使之溶解，在不断搅拌下，把ZnSO4溶液逐滴加入葡萄糖酸钙溶液中，加完后在90℃水浴中保温约20min，抽滤除去CaSO4沉淀，溶液转入烧杯，加热近沸，加入少量活性炭脱色，趁热抽滤。滤液冷却至室温，加10mL95%乙醇（降低葡萄糖酸锌的溶解度），并不断搅拌，此时有胶状葡萄糖酸锌析出，充分搅拌后，用倾析法去除乙醇液，得葡萄糖酸锌粗品。

用适量水溶解葡萄糖酸锌粗品，加热（90℃）至溶解，趁热抽滤，滤液冷却至室温，加10mL95%乙醇，充分搅拌，结晶析出后抽滤至干，得精品，在50℃烘干，称量，可得供压制片剂的葡萄糖酸锌。本品可作为营养增补剂（锌强化剂）。用于代乳品时，每升代乳品含锌量不得超过6mg。

2．葡萄糖酸锌含量测定：设计EDTA滴定法测定葡萄糖酸锌含量的实验步骤。

五、注意事项

（1）反应需在90℃恒温水浴中进行。这是由于温度太高，葡萄糖酸锌会分解，温度太低，则葡萄糖酸锌的溶解度降低。

（2）用乙醇为溶剂进行重结晶时，开始有大量胶状葡萄糖酸锌析出，不易搅拌，可用竹棒代替玻璃棒进行搅拌。乙醇溶液全部回收。

（3）在装柱过程中注意保持液面始终高于树脂层。

（4）配制锌标准溶液时，为防止锌与酸剧烈反应，必须加盖表面皿，定量转移须吹洗表面皿并多次淋洗烧杯。

（5）葡萄糖酸锌加水不溶时，可微热。

六、结果和讨论

（1）计算葡萄糖酸锌的产率。

（2）列表记录EDTA标定过程，计算EDTA的量浓度。

（3）列表记录葡萄糖酸锌测定过程，计算葡萄糖酸锌产品的纯度。

七、思考题

1．根据葡萄糖酸锌制备的原理和步骤，比较直接法和间接法制备葡萄糖酸锌的优缺点。

2．葡萄糖酸锌可以用哪几种方法进行结晶？

3．可否用如下的化合物与葡萄糖酸钙反应来制备葡萄糖酸锌？为什么？ ZnO，ZnCO3，ZnCl2，Zn(CH3COO)2 4．设计一方案制备葡萄糖酸亚铁。

5．试解释以铬黑T为指示剂的标定实验中的几个现象： （1）滴加氨水至开始出现白色沉淀； （2）假如缓冲溶液后沉淀又消失；

（3）用EDTA标准溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色。 6．用铬黑T作指示剂时，为什么要控制pH≈10？

八、参考文献

（1）《无机精细化学品的制备和应用》，熊加林等，北京：化学工业出版社，

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1999。

（2）《无机化学实验》，周惠琳等，广州：暨南大学出版社，1993。 （3）《大学化学实验》，浙江大学、华东理工大学、四川大学合编，北京：高等教育出版社，2002。

模块三

实验八 1，2，4，-三唑的制备（设计性实验）

Preparation of 1H-1,2,4-三唑-triazole

一、实验目的

了解无取代三唑环的合成和应用

二、实验原理

1,2,4_三唑环中有两个相邻的氮原子,在合成上可以由NH2NH2来提供，通过和其他带有活性基团的化合物如甲酰胺缩合而成．甲酰胺法是目前工业上生产1,2,4-三唑常有的方法．另一类方法是通过１mol的甲酰胺和１mol甲酰胺环和而成．但用这种方法，甲酰肼尚有需要由甲酸甲酯肼来制备，路线较长，成本较前类方法为高．用肼的衍生物（如酰肼）代替肼，可用类似的方法合成取代的三唑化合物。

［应用与发展］

由于三唑环上的１位Ｈ具有较强的活性，可与许多亲电试剂发生反应．含三唑环的化合物（以下简称＂三唑＂）广泛用于农药，医药，助剂合成的中间体．

农药工业：用于生产高效，内吸，广谱性三唑类杀菌剂，如三唑酮（商品名粉锈宁），三唑醇（又名多效唑，植物生长调节剂和广谱杀菌剂），特效唑（又名烯效唑），Ｂaytan以及氯甲唑等；还可以合成Ｎ取代的烷基三唑（植物生长调节的中间体），双三唑基二苯基甲烷植物生长调节剂；合成杀虫剂（如拟除虫菊酯，氨基甲酸酯等）的增效剂等．助剂方面：可用于合成１-羟乙基-1,2,4-三唑。后者可用于作高分子材料的抗静电剂和还氧化树脂的固化剂；用作涂料的添加剂制造防腐涂料；用作合成金属钝化剂于一些功能油、液中，如润滑油、液压系统用液体、金属加工液、变压器及开关油等；还可用作合成纤维质材料的上胶剂或防水剂以及用于造纸和纺织行业．医药方面：三唑与芳基磺酰氯反应可合成1-芳基磺酰-1,2,4-三唑，它具有抑制中枢神经及降低血糖的药效，可用于防治人体皮肤癣症，疗效很好．三唑环与乙炔加压反应可合成乙烯基三唑，用于合成高分子化合物．三唑还可配制铜或铜合金的化学抛光剂，用于装饰品、电气用品和照相机零件的抛光．三唑亦可用作热塑性塑料的添加剂、金属腐蚀抑制剂及催化剂等．

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甲酰胺法：

3HCONH2 + NH2NH2 .H2O180℃HNNN+ 2H2O + HCOOH + 2NH3三、实验仪器和试剂

带机械搅拌回流装置（尾气吸收），蒸馏装置等

水合肼C.P.80％或工业品 甲酰胺 C.P.99.5％或工业品 无水乙醇

四、实验内容

1,2,4-三唑制备，乙醇重结晶及测熔点。

注：同学们应在实验前认真熟悉所用磨口仪器的安装及其注意事项。

实验九 聚乙烯缩甲醛胶水的制备（综合性实验）

一、实验目的

1.了解聚合物化学反应的基本特征。 2.掌握由聚乙烯醇缩甲醛的方法。

二、实验原理

聚乙烯醇与甲醛H+的催化作用下发生缩合反应

聚乙烯醇与甲醛的缩合反应是分步进行的，首先形成半缩醛（1）、且在H+存在下转化成碳正离子（2）、然后与相邻的羟基作用而得缩醛（3）、式中，ROH代表聚乙烯醇。

聚乙烯醇缩甲醛胶水最初只是代替糨糊及动植物胶，文具胶等来使用，20世纪70年代开始用于民用建设，此后又应用壁纸、玻璃、瓷砖等的粘贴，目前作为胶黏剂也广泛应用于内外墙涂料、水泥地面涂料的基料等。

三、实验仪器与试剂

1.仪器

250ml三口瓶，回流冷凝管，搅拌器，小型水浴，滴液漏斗，温度计。 2.试剂

聚乙烯醇（PVA），37%甲醛水溶液，去离子水，1：4盐酸，8%NaOH溶液。

四、实验步骤

在250ml三口瓶中加入7gPVA及70ml去离子水，水浴加热至95℃强，搅拌使PVA全部溶解，溶解后将温度降至85℃，加入1：4盐酸0.5ml左右，调节反应体系的pH值为1~3,再加入3ml甲醛（37%），维持90℃下搅拌反应40~60min，体系逐渐变稠，可取少许产品用纸试验其粘接性。当有满意的粘接性后立即加入1.5ml8%NaOH溶液，调节反应体系的pH值为8~9，冷却后将无色透明黏稠的液体从三口瓶中倒出，即聚乙烯醇缩甲醛胶水。

五、思考题

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1.如何加速PVA的溶解？

2.最后加入NaOH的作用是什么？

六、注意事项

1.整个反应过程中搅拌要充分均匀，当体系变黏稠出现气泡或有絮状物产生时应马上加入NaOH溶液，终止反应。

2.工业上生产胶水时，为了降低游离甲醛的含量，常在pH值调整至7~8后加入少量尿素，发生脲醛化反应。

七、实验导读 胶黏剂的发展概述

凡是能把同种的或不同种的固体材料表面连接在一起的媒介物质统称为胶黏剂，通过胶黏剂的粘接力使固体表面连接在一起的方法叫做粘接或胶接。数千年前，人类就注意到自然界中的粘接现象，例如甲壳动物牢固地粘贴于岩石上等。自然界存在的粘接现象启发人类利用粘接作为连接物体的方法。早期的胶黏剂都来源于天然物质，例如用来黏合箭头、矛头的松脂、天然沥青以及骨胶、石灰等。在长期使用天然胶黏剂的时期，粘接技术未能得到显著的发展。直到20世纪初，美国发明酚醛树脂开始，胶黏剂和粘接技术进入了一个崭新的发展时期，在人类社会中占有了重要的地位。

胶黏剂在国民经济各部门中都有着重大作用。例如在航空航天工业、汽车及车辆制造工业、电子电气工业以及医学方面等都有着广泛的应用。现代的航空工业大都使用高性能的酚醛-缩醛类结构胶黏剂。目前，制造每架飞机大约需要400~2200kg的胶黏剂，并且单机使用胶黏剂的数量常常代表一个国家飞机制造工业的工艺水平。在电子、电气工业中，胶黏剂主要作为绝缘材料、浸渍材料和灌封材料投入使用，所用的胶黏剂大部分为改性环氧、酚醛-缩醛及有机硅聚合物方面的产品。在医学方面，以各种丙烯酸酯聚合物或单体为基料的胶黏剂有广泛的应用，例如在施行各种骨折接骨手术、胸腔手术中的骨质粘接，皮肤破损的粘接及止血等都是重要的应用范例。

胶黏剂品种繁多，组成不一，主要组分为黏料，加以其他助剂，组成胶黏剂。作为胶黏剂主要组分的黏料，要求有良好的黏附性和润湿性。当今的胶黏剂大都采用合成高分子化合物为助剂，如合成树脂包括热固性树脂、热塑性树脂，合成橡胶如氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、聚硫橡胶等。有时合成树脂和合成橡胶如氯丁橡胶、丁腈橡胶、丁基橡胶、聚硫橡胶等。有时合成树脂和合成橡胶相互配合以改善胶黏剂的性能。胶黏剂的其他助剂如固化剂和固化促进剂、增塑剂与增韧剂、稀释剂和填料等也是不可或缺的成分。以增塑剂和增韧剂为例，它们的加入可以增加胶层的柔韧性，改善胶黏剂的流动性。有时为了便于涂胶常采用稀释剂来溶解黏料并调节所需要的黏度。其中，活性稀释剂含有反应性基团，既可降低胶黏剂的黏度，制备胶黏剂时又可参与反应，起到双重作用；非活性稀释剂大都是惰性溶剂如乙醇、丙酮、甲苯等，仅起到稀释作用，不参与反应。另外，根据胶黏剂的物理性能还可以加入适量的填料以改善胶黏剂的机械性能和降低成本。根据对胶膜的冲击强度、硬度、耐磨性、导热性等不同的要求，可分别加入 玻璃纤维、石英粉、石墨粉、金属粉等填料；为改善胶黏剂的某一性能，还可加入一些特定的添加剂如防老剂、阻燃剂、阻聚剂等以改善胶黏剂的耐大气老化性、阻燃性和提高胶黏剂的贮存性。

总之，胶黏剂工业已经成为一个独立性的新兴行业，胶黏剂本身在人类社会

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生活中正在发挥越来越重要的作用。

实验十 香豆素-3-羧酸的制备

（综合性实验）

一、实验目的

1．学习利用Knoevenagel反应制备香豆素的原理和实验方法。 2．了解酯水解法制羧酸。 二、实验原理

本实验以水杨醛和丙二酸二乙酯在六氢吡啶存在下发生Knoevenage缩合反应制得香豆素-3-羧酸酯，然后在碱性条件下水解制得目标产物。

反应式为：

三、基本操作训练：（含仪器装置和主要流程）

回流与无水操作、结晶、抽滤、洗涤、重结晶等基本操作；IR测定与分析 【操作步骤】

1、在25mL圆底烧瓶中依次加入1mL水杨醛、1.2mL丙二酸二乙酯、5mL无水乙醇和0.1mL六氢吡啶及一滴冰醋酸，在无水条件下搅拌回流1.5h，待反应物稍冷后拿掉干燥管，从冷凝管顶端加入约6mL冷水，待结晶析出后抽滤并用1mL被冰水冷却过的50%乙醇洗两次，粗品可用25%乙醇重结晶，干燥后得到香豆素-3-羧酸乙酯，熔点93℃。

2、在25mL圆底烧瓶中加入0.8g香豆素-3-羧酸乙酯、0.6g氢氧化钾、4mL乙醇和2mL水，加热回流约15min。趁热将反应产物倒入20mL浓盐酸和10mL水的混合物中，立即有白色结晶析出，冰浴冷却后过滤，用少量冰水洗涤，干燥后的粗品约1.6g，可用水重结晶，熔点190℃（分解）。 四、实验关键及注意事项

1、实验中除了加六氢吡啶外，还加入少量冰醋酸，反应很可能是水杨醛先与六

氢吡啶在酸催化下形成亚胺化合物，然后再与丙二酸二乙酯的负离子反应。

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2、用冰过的50%乙醇洗涤可以减少酯在乙醇中的溶解。 五、主要试剂及产品的物理常数：（文献值） 名 称 分子量 性 状 比 重 熔点℃ 190（分解） 溶解度：克/100ml溶剂 沸点℃ 水 醇 醚 香豆素190.15 白色结晶 -3-羧酸 六、产品性状、外观、物理常数：（与文献值对照） 己内酰胺为白色粉末或者白色片状固体 七、产率计算：

产率=实际理论*100%

八、提问纲要

1、试写出用水杨醛制香豆素-3-羧酸的反应机理。

2、羧酸盐在酸化得羧酸沉淀析出的操作中应如何避免酸的损失，提高酸的产量。 九、主要试剂用量、规格

水杨醛、丙二酸二乙酯、无水乙醇、六氢吡啶、冰醋酸、浓盐酸、氢氧化钾、无水氯化钙。

实验十一 三草酸根合铁（III）酸钾的制备、性质和组成分析

（综合性实验）

一、实验目的

1.掌握三草酸根合铁（III）酸钾的制备方法。

2.熟悉化学分析、热分析、电导率测定等方法在化合物组成分析中的应用。 3.了解三草酸根合铁（III）酸钾的光化学性质。

二、实验原理

三草酸根合铁（III）酸合成工艺有多种，例如，可采用氢氧化铁和草酸氢钾反应；也可用硫酸亚铁铵与草酸反应得到草酸亚铁，再在过量草酸根存在下用过氧化（）本实验采用三氯化铁和草酸钾直接反应制备。

K3[Fe(C2O4)3]·3H2O为亮绿色晶体，溶于水（0℃时4.7g/100g水，100℃时117.7g/100g水），难溶于乙醇、丙酮等有机溶剂。110℃失去结晶水，230℃分解。该配合物对光敏感；可进行下列光反应：

2 K3[Fe(C2O4)3] 2FeC2O4+3K2C2O4+2CO2 因此，在实验室中可用碱草酸根含铁（III）酸钾作成感光纸；进行感光实验。

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另外，由于它具有光的化学性质，能定量进行化学反应，常用作化学光量计材料。

用稀H2SO4可使三草酸根合铁﹝III﹞酸钾分解产生Fe3+和C2O2-4 用高锰酸

3+钾标准溶液滴定试样中的C2O2-4 此时Fe不干扰测定滴定后的溶液用锌粉还原

为 。

过滤除去过量的锌粉，使用高锰酸钾标准溶液滴定Fe2+通过消耗高锰酸钾标准溶液的体积

3+

及浓液计算得到C2o2-4 和Fe的含量。

用电导体测定配合物的摩尔电导体Km可确定阴，阳离子数目之比，从而确定配合物离子的电荷数，进一步确定化学式和原子结合的方式

三、主要仪器和试剂

天平，台秤，电导率仪，抽滤瓶 , 布氏漏斗循环水泵 , 棕色容量瓶 ,烧杯 ,量筒 蒸发皿。

草酸钾(k2c2o4 H2O,化学纯)三绿化铁(FeCl3 6H2O,化学纯 ),K3﹝Fe(cn)6﹞ (化学纯), NaoH(2mol/L),H2SO4 (2mol/L,0.2mol/L), kMno4标准溶液(0.0200mol/L)

锌粉(分析纯),丙酮。

四、实验内容与步骤

1. 三草酸根合铁(III)酸钾的制备

称取12g草酸钾放入100mL烧杯中,加20mL水,加热使全部溶解.在溶液近沸时边搅拌加入8mL,三氯化铁 溶液（0.4g/mL）,将此溶液在冷水中冷却既有绿色晶体析出，析出完全后减压过滤得粗产品。

将粗产品溶解在约20mL热水中，趁热过滤。将滤液在冰水中冷却，待结晶完全

后抽滤晶体产物先用少量冰水和丙酮洗涤，晾干，称重，计算，产率 2.配合物的组成分析

①C2O2-4 的测定 准确称取约1g合成的三草酸合铁（III）酸钾绿色晶体于烧杯中，加入25mL 3mol/L的硫酸使之溶解再转移至250mL容器瓶中，稀释至刻度，摇均。移取

25mL试液于锥形瓶中加入20mL3mol/L硫酸，在70～80℃水浴中加热5min后，趁热用

高锰酸钾标准溶液滴定到溶液呈浅粉色，且30s 不褪色即为终点，计下读数。平行测定

三次，每次滴定完后溶液保留。

②Fe3+的测定 往上述滴定后的每份溶液中加入1g锌粉、5mL3moL/L硫酸振荡8

～10min后，过滤除去过量的锌粉，滤纸用另一个锥行瓶承接。用

40mL0.2mol/L的硫酸溶液洗涤原锥行瓶和沉淀，然后用高锰酸钾标准溶液滴定到溶液呈浅粉色，30s不褪色即为终点计下读数平行测定三次。

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③配离子电荷的确定，称取产品0.1g，配成100mL溶液。在电导率仪上测其电导

然后求出摩尔电导率km值

④根据上述结果分析配合物的组成 3.光化学性质

①将少量产品放在表面皿或点滴板上，在日光下放置一段时间，观察晶体颜色的化

与放在暗处的晶体比较。

②称取0.5g产物和0.4K3［Fe(cn)6］,加5mL水配成溶液，用玻璃棒或毛笔取

在纸上涂画，在日光直照下，观察变化。或者将此混合液均匀涂在纸上，放暗处晾干后，附上图案，在强光下照射，观察变化。

五、注意事项

制备三草酸根合铁（III）酸钾时，可以往溶液中加入少量丙酮或乙醇，促使晶体析出完全。

六、思考题

写出 [Fe(C2O4)3]3-的结构式。

1.三草酸根合铁（III）酸钾固体和溶液应如何保存？ 2.用化学式表示本实验Fe3+和C2O2- 4的测定原理。

3.K3[Fe(C2O4)3]与K3[Fe(CN)6]混合物为什么在光照产生蓝色物质？ 4.设计实验方案，定性说明产物中的Fe3+和C2O2- 4是处在配合物的外界还是内界。

5.产物中的K+可以用什么方法进行定性和定量分析？

实验十二 彩色固体酒精的制备及燃烧热测定

一、实验目的

1.了解彩色固体酒精的制备原理、用途，掌握其制备方法。

2.了解燃烧热的定义、氧弹量热计的结构、工作原理，学会用氧弹量热计测定固体酒精的燃烧热。

二、实验原理

固体酒精制备过程中涉及的主要化学反应式为： C17H35COOH+NaOH====C17H35COONa+H2O

反应后生成的硬脂酸钠是一个长碳链的极性分子，室温下在酒精中不易溶，在较高的温度下，硬脂酸钠可以均匀地分散在液体酒精中，而冷却后则形成凝胶体系，使酒精分子被束缚于相互连接的大分子之间，呈不流动状态而使酒精凝固，形成固体酒精。

三、主要仪器与试剂

1.仪器

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三颈烧瓶（100mL），回流冷凝管，电热恒温水浴锅，天平，电动搅拌器，氧弹量热计，贝克曼温度计或数字精密度/温差测量仪，容量瓶。

2.试剂

硬脂酸（化学纯），酒精（工业品，90%），氢氧化钠（分析纯），酚酞（指示剂），硝酸铜（分析纯），苯甲酸（分析纯），棉纱，引火丝，氧气钢瓶。

四、实验步骤

安全预防：酒精易燃，避免明火。

1.彩色固体酒精的制备

用蒸馏水将硝酸铜配成10%的水溶液，备用。将氢氧化钠配成8%的水溶液，然后用工业酒精稀释成1：1的混合溶液，备用。将lg酚酞溶于100mL60%的工业酒精中，备用。分别取2.5g工业硬脂酸、50mL工业酒精和两滴酚酞置于100mL三颈烧瓶中，水浴加热，搅拌，回流。维持水浴温度在70℃左右，在冷凝管上方滴加上述1：1的混合溶液，直至溶液颜色由无色变为浅红又立即褪掉为止。继续维持水浴温度在70℃左右，搅拌，回流反应10min后，一次性加入1.5mL10%硝酸铜溶液再反应5min后，停止加热，冷却至60℃，再将溶液倒入模具中，自然冷却后得嫩蓝绿色的固体酒精。

2.固体酒精的燃烧热测定

利用氧弹法测定所制彩色固体酒精的燃烧热。

五、思考题

1.固体酒精燃料性能如何评价？

2.固体酒精制备，常用的固化剂有哪些？ 3.提高固体酒精产品质量有什么措施和方法？

六、参考文献

[1]郑静，汪敦佳，王国宏，固体酒精的制备[J].湖北师范学院学报（自然科学版），2005,25(2):67~69.

[2]楚伟华，方水奎，李雪峰等，优质固体酒精的研制与性能实验[J].山东化工，2005，34（4）：11~13.

[3]罗澄源，向明礼等编.物理化学实验（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2004.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/fvy6.html