大学化学A实验讲义（2009年）

大学化学A实验讲义

(试用版)

北京石油化工学院 化学工程学院 2OO9年6月

实验一 硫酸亚铁铵的制备

一、 实验目的

1. 了解复盐的制备方法。

2. 练习简单过滤、减压过滤操作方法。 3. 练习蒸发、浓缩、结晶等基本操作。 二、 内容提要

铁与稀硫酸作用生成硫酸亚铁，溶液经浓缩后冷却至室温，即得到浅绿色的FeSO4·7H2O (俗称绿矾)晶体。

Fe + H2SO4＝FeSO4 + H2↑

FeSO4在弱酸溶液中容易氧化，生成黄色的碱式硫酸铁沉淀：

4FeSO4 + O2 + 2H2O＝4Fe(OH)SO4↓

因此，在蒸发浓缩过程中，应加一枚小铁钉，并使溶液保持较强的酸性。 浅绿色的FeSO4·7H2O在70℃左右时，容易变成溶解度较小的白色FeSO4·7H2O，所以在浓缩过程中，温度不宜过高，就维持在70℃以下。

硫酸亚铁与等物质的量的硫酸铵溶液混合，即生成溶解度较小的浅蓝绿色硫酸亚铁铵FeSO4·(NH4)2SO4·6H2O复盐晶体。

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

该复盐组成稳定，在空气中不易被氧。在分析化学中可用作标定KMnO4和K2Cr2O7的标准溶液。 三、 仪器、药品和材料

仪器：台称 布氏漏斗 吸滤瓶

药品：H2SO4(3mol/L) Na2CO3(10%) (NH4)2SO4 (固体) 铁屑 材料：pH试纸 滤纸 四、 实验内容

称取2克的铁屑，加入15mL Na2CO3(10%)溶液煮沸5分钟，用倾析法将溶

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液倒掉，用水洗涤2次。加入 3mol/L H2SO430mL，盖上表面皿，用小火加热，使铁屑和H2SO4反应直至不再有气泡冒出为止。在加热过程中，就不时加入少量水，防止FeSO4晶体析出。趁热过滤，滤液用蒸发皿接收，此时溶液的pH值应在1左右。

根据FeSO4的理论产量，按照反应方程式，计算出所需(NH4)2SO4的质量。在室温下称出(NH4)2SO4并将其配制成饱和溶液，与FeSO4溶液混合均匀，用3mol/L H2SO4溶液调节pH值为1?2。用小火加热蒸发浓缩至表面出现晶膜为止，冷却，硫酸亚铁铵即可结晶出来。抽滤，用滤纸把晶体压干，观察晶体的形状和颜色。称量并计算产率。 五、 指导与思考

1. 为什么要保持硫酸亚铁溶液和硫酸亚铁铵溶液有较强的酸性?

2. 如果硫酸亚铁溶液已有部分氧化，则应如何处理才能制得较纯的硫酸亚铁铵?

3. 根据FeSO4的理论产量如何计算反应所需的(NH4)2SO4的量?

4. 除去铁屑表面油污的方法：将铁屑放在烧杯中，加入15mL 10% Na2CO3 溶液，小火加热约10分钟，用倾析法除去碱液，用水把铁屑冲洗干净。

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实验二 化学反应速率、活化能的测定

一、

实验目的

1. 通过实验了解浓度、温度和催化剂对化学反应速率的影响。 2. 加深对活化能的理解，并练习根据实验数据作图的方法。 3. 练习在水浴中保持恒温的操作及秒表的使用。

4. 测定过二硫酸铵氧化碘化钾的反应速率，并求算一定温度下的反应速率常数。 二、 内容提要

在水溶液中，过二硫酸铵与碘化钾发生反应的离子方程式为： S2O82- + 3I－＝ 2SO42- + I3－ (1) 根据实验，该反应的反应速率和浓度的关系可用下式表示：

?c(S2O82?) ????kc(S2O82?)mc(I?)n (2)

?t为了能够测出在一定时间(Δt)内S2O82－浓度的改变量，在混合过二硫酸铵和碘化钾溶液时，同时加入一定体积的已知浓度并含有淀粉(指示剂)的Na2S2O3溶液。因而，在式(1)进行的同时，有下列反应进行：

S2O32－ + I3－＝ S4O62－ + 3I－ (3) 反应(3)进行得非常快，几乎瞬间完成，而反应(1)却缓慢得多。由反应(1)生成的I3-立即与S2O32－作用生成无色的S4O62－和I－。因此，开始一段时间内溶液呈无色，当Na2S2O3 一旦耗尽，则由反应(1)继续生成的微量碘就很快与淀粉作用，使溶液呈蓝色。

从反应方程式(1)和(3)的关系可以看出，S2O82－浓度减少的量，总是等于S2O32－减少量的一半，即：

2? ?c(S2O82?)??c(S2O3)/2 (4)

由于在?t时间内S2O32－全部耗尽，所以Δ[S2O32－]实际上在数值上就是反应

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开始时Na2S2O3的浓度，只是差一个负号。在本实验中，每份混合液中Na2S2O3的起始浓度都是相同的，因而，Δc(S2O32－)也是不变的。这样，只要记下从反应开始到溶液出现蓝色所需要的时间(Δt)，就可以求算一定温度下的平均反应速率：

?c(S2O82?)?c(S2O32?)c(S2O32?) ??? (5) ????t2?t2?t从不同浓度下测得的反应速率，即能计算出该反应的反应级数m和n。 又可从下式求得一定温度下的反应速率常数： ????c(S2O82?)?tc(S2O)c(I)2?m8?n?c(S2O32?)2?tc(S2O)c(I)2?m8?n (6)

根据实验事实，阿累尼乌斯提出了反应速率常数k与反应温度T之间的经验关系式，即阿累尼乌斯方程式(指数式)：

k＝Ae-Ea/RT (7) 两边取常用对数， lg???Ea2.303RT?lgA (8)

式中Ea称为阿累尼乌斯实验活化能，R为气体常数，A为实验测得常数。测出不同温度时的k值，以lgk对1/T作图得一条直线，其斜率(J)：

J??Ea (9)

2.303R求得反应的活化能为：

Ea??2.303RJ (10) 三、 仪器和药品

仪器：烧杯(50mL，洁净) 秒表 温度计(0?100℃)

药品：(NH4)2S2O8、KI、(NH4)2SO4、KNO3溶液浓度均为0.2mol/L Na2S2O3 (0.01mol/L) 淀粉(0.2%) Cu(NO3)3 (0.02mol/L) 四、

实验内容

1. 浓度对反应速率的影响，求反应级数

在室温下，用3个量筒分别量取20mL0.2mol/L KI溶液、8.0mL 0.010mol?L?1 Na2S2O3溶液和4.0mL 0.2%淀粉溶液，都倒入50mL烧杯中，混合均匀、再用另

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一量筒量取20mL0.2mol/L (NH4)2S2O8溶液，迅速倒入烧杯中，同时按动秒表，不断搅拌，仔细观察，当溶液刚出现蓝色时，立即停止计时，将反应时间和室温记入表1中。

用上述方法参照表1的用量进行2?5号实验，为了使每次实验中溶液的离子强度和总体积保持不变，所减少的KI或(NH4)2S2O8的用量可分别用0.2mol/L KNO3或0.2mol/L (NH4)2SO4来调整。

表1 浓度对反应速率的影响 室温 试 验 编 号 0.2mol/L (NH4)2S2O8 0.2mol/L KI 试剂用量/mL 0.01mol/L Na2S2O3 0.2%淀粉 0.2mol/L KNO3 0.2mol/L (NH4)2SO4 52mL混合液中反应物的起始浓度 (mol/L) (NH4)2S2O8 KI Na2S2O3 反应时间?t/s S2O82的浓度变化Δc(S2O82) －－1 20 20 8 4 2 10 20 8 4 10 3 5 20 8 4 15 4 20 10 8 4 10 5 20 5 8 4 15 反应速率k

2. 温度对反应速率的影响，求活化能

按表1试验1中的用量，在50mL洁净的小烧杯中加入KI、Na2S2O3溶液和淀粉溶液，在另一小烧杯中加入(NH4)2S2O8溶液，同时放入冰水中冷却，待两种试液均冷却到低于室温10℃时，将(NH4)2S2O8迅速倒入KI等混合溶液中，同时计时并不断搅拌，当溶液变蓝时，记录反应时间。

利用热水浴在高于室温10℃的条件下，重复上述实验，记录反应时间。

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表2 温度对反应速率的影响 反应温度/K 反应时间?t/s 经计算反应速率 反应速率常数 lgk 1/T 反应活化能Ea 3. 催化剂对反应速率的影响

按表1试验1中的用量，在50mL洁净的小烧杯中加入KI、Na2S2O3溶液和淀粉溶液，加入1滴、2滴0.02mol/L Cu(NO3)2，将(NH4)2S2O8迅速倒入KI等混合溶液中，同时计时并不断搅拌，当溶液变蓝时，记录反应时间，填入表3中。

表3催化剂对反应速率的影响 实验编号 8 9 0.02mol/L Cu(NO3)2 反应时间/s 1 6 7 五、 数据处理和讨论

1. 反应级数和反应速率常数的求算

把表1中试验1号和3号的结果代入下式：

mnc(I?)1?1kc(S2O82?)1?c(S2O82?)2?m?n ??? ??kc{S2O8)c(I) 2?m?n?t?3kc(S2O8)3c(I)32?m?n?nkc(SO)1 ?281由于 c(I)1?c(I)3 所以 ?m?3kc(S2O82?)3?1,?2,c(S2O82?)1和c(S2O82?)3都是已知的，就可以求出m。用同样的方法

2?m?nkc(SO)c(I)1 ?2811把表1中试验1号和5号的结果代入，可得： ?mn?5kc(S2O82?)5c(I?)5?nm2?m由于 c(S2O82?)1?c(S2O8)5 所以 ?1?c(I)1 ?n?5c(I)5由上式可求出n。再由m和n得到反应的总级数。 数据处理得：m＝ ；n＝

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将求得的m和n代入??kc{S2O82?)mc(I?)n，即可求得反应速率常数?，将计算所得k值填入表2。 2. 反应活化能的求算

用表2中的结果，以lgk为纵坐标，1/T为横坐标作图，得到一条直线，此直线的斜率为J??Ea， 由此可以求出此反应的活化能Ea。

2.303R3. 结果与讨论

总结前三部分的实验结果，说明浓度、温度和催化剂如何影响反应速率。 六、 指导与思考

1. 两人为一组进行实验。两人必须分工明确，密切配合，做到溶液量准，混合迅速，不断搅拌，看准现象，准确计时。

2. 在温度对反应速率影响实验中，最好在35℃以下(温度过高，会使溶液蒸发加快，反应不准，特别是影响活化能的测定)选择三个试验温度(包括室温)，并使三个温度间隔7?10℃，注意恒温控制。(NH4)2S2O8溶液与其余混合溶液在同温度下混合，反应开始时，要将反应烧杯仍置于水浴中，并控制溶液从混合到变蓝?T?1K。

3. 该实验成败的关键之一是试剂的使用，试剂的瓶塞不能盖错，否则会导致溶液浓度不准确。

4. 根据反应方程式，是否能确定反应级数? 为什么? 试用本实验的结果加以说明。

5. 若不用S2O82－，而用I－或I3－的浓度变化来表示反应速率，则反应速率常数k是否一样?

6. 实验中为什么可以由反应溶液出现蓝色的时间长短来计算反应速率? 反应溶液出现蓝色后，反应是否就终止了? 7. 下列操作情况对实验结果有何影响? (1) 取用三种试剂的量筒没有分开专用； (2) 先加入(NH4)2S2O8溶液，最后加入KI溶液； (3) 慢慢加入(NH4)2S2O8溶液。

8. 本实验Na2S2O3的用量过多或过少，对实验结果有何影响?

9. 活化能文献数据Ea＝51.8kJ/mol。将实验值与文献值作比较，分析产生误差的原因。

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实验三 盐酸标准溶液的配制、标定及混合碱的测定

一、实验目的：

1．学习滴定管的正确使用与滴定操作；掌握确定滴定终点的方法； 2．了解间接法配制标准溶液的方法。

3．学习用双指示剂法测定混合碱中不同组分的含量。

二、实验原理

（一） HCl标准溶液的配制与标定

酸碱滴定中常用HCl和NaOH溶液作为标准溶液，但由于浓HCl易挥发，NaOH易吸收空气中的水分和二氧化碳，因此只能用间接法配置HCl和NaOH溶液，即先配制近似浓度的溶液，然后用基准物质标定其准确浓度；也可用一已知准确浓度的HCl(NaOH)溶液标定NaOH(HCl)溶液，然后经计算求知NaOH (HCl)溶液的浓度。标定酸的基准物质常用无水碳酸钠和硼砂。

1. 用无水碳酸钠标定HCl的反应分两步进行：

Na2CO3 + HCl = NaHCO3 + NaCl ，NaHCO3 + HCl = NaCl + CO2 ? + H2O

当反应达到化学计量点时，溶液pH值约为3.89 ，可选用甲基红或甲基橙作指示剂。标定时应注意CO2的影响，为减小CO2的影响，临近终点时应将溶液剧烈摇动或加热，用甲基橙作指示剂时，最好进行指示剂校正。

2. 用硼砂（Na2B4O7·10H2O）标定HCl的反应如下：

Na2B4O7 + 2HCl + 5H2O = 4H3BO3 + 2NaCl

计量点时，由于产物是H3BO3(Ka1=5.8×10-10)，溶液pH值约为5.1，可选用甲基红作指示剂。

（二）混合碱测定

混合碱系指Na2CO3与NaHCO3或Na2CO3与NaOH等类似的混合物，可采用双指示剂法进行分析，测定各组分的含量。

若混合碱是由Na2CO3与NaOH组成，先以酚酞作指示剂，用HCl标准溶液滴定至溶液略带粉红色，这是第一计量点，假设此时用去标准HCl溶液的体积为V1 (mL)。反应如下：

HCl + NaOH = NaCl + H2O (1) HCl + Na2CO3 = NaHCO3 + H2O (2)

继续以甲基橙作指示剂，HCl标准溶液滴定至橙色，这是第二计量点，假设此时用去标准HCl溶液的体积为V2 (mL)。反应如下：

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HCl + NaHCO3 = NaCl + CO2 + H2O (3)

由反应式可知：V1 >V2 ，且Na2CO3消耗标准酸溶液的体积为2V2 (mL)；NaOH消耗标准酸的体积为(V1-V2)(mL)。于是可求得混合碱中Na2CO3和NaOH的含量。

若混合碱系Na2CO3与NaHCO3的混合物，以上述同样方法进行滴定，则V1

由以上讨论可知，若混合碱系未知组成的试样，则可根据V1与V2的数据关系，便可确定试样由何种碱组成，计算出试样中各组分的百分含量。

三、仪器与试剂

仪器：酸式滴定管，锥形瓶，洗瓶，试剂瓶(500mL)，量筒(10mL)，电子天平。

试剂：浓HCl（AR），硼砂（Na2B4O7·10H2O，AR，M=381.42），NaOH（AR，M=40.00），

NaHCO3（AR，M=84.01），NaCO3（AR，M=105.99）甲基红（0.2%水溶液），甲基橙（0.2%水溶液）酚酞（0.2%乙醇溶液）。

四、实验步骤

1. 0.1 mol·L-1HCl溶液配制

用洁净量筒量取纯浓盐酸4~4.5mL，倒入500mL试剂瓶中，用水稀释至500mL，盖上玻璃塞，摇匀。 2. HCl标准溶液的标定

在分析天平上准确称取0.4~0.5g基准试剂Na2B4O7·10H2O两份，分别置于250mL锥形瓶中，标上瓶号，加20~30mL水溶解后，加入1~2滴0.2%甲基红指示剂，分别用HCl溶液滴定至溶液由黄色变为橙色，即为终点。记录每次滴定时消耗HCl的体积数。根据基准物Na2B4O7·10H2O的质量，计算HCl标准溶液的准确浓度。 3. 混合碱的测定

用移液管移取25mL已配好的混合碱试样溶液于锥形瓶中，加入酚酞指示剂2~3滴，以标定好的HCl标准溶液滴定至溶液由红色刚好变为微粉红色，记录下消耗HCl标准溶液的体积（V1）；然后加入1~2滴甲基橙指示剂，继续滴定至溶液由黄色恰好变为橙色，记录下第二次用去HCl标准溶液的体积（V2），平行做2~3次。

根据HCl标准溶液的浓度和所消耗的体积（V1与V2），判断试样的组成，并计算各组分的百分含量。

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五、结果与讨论

1. HCl标准溶液的标定结果 基准物硼砂质量（g） 消耗HCl体积V（mL） HCl溶液的浓度mol·L-1 HCl溶液的浓度平均值 相对偏差（%） 1 2 2. 混合碱的测量结果 混合碱试样标号： HCl标准溶液的浓度 mol·L-1 HCl标准溶液的体积（V1）mL HCl标准溶液的体积（V2）mL 混合碱试样的组成 试样中各组分的百分含量％（平均值）

1 2 六、思考题

1. 用双指示剂法测定混合碱组成的方法原理是什么？

2. 0.04g NaOH和0.06g Na2CO3混合物，用0.1 mol·L-1 HCl溶液滴定时V1和V2各为多少

mL？

3. 20mL NaOH与Na2CO3混合溶液，以酚酞作指示剂，用去0.1 mol·L-1HCl溶液15mL，

加入甲基橙指示剂后，继续滴定又用去0.1 mol·L-1HCl溶液15mL，问NaOH与Na2CO3在此混合液中的浓度是否相等？各等于多少？

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