化学反应摩尔焓变的测定

目录

实验一 化学反应摩尔焓变的测定………………………………………………1 实验二 氧化还原反应与电化学…………………………………………………9 实验三 醋酸解离度和解离常数的测定…………………………………………18 实验四 自来水硬度的测定………………………………………………………23 实验五 聚乙烯醇甲醛反应制备胶水……………………………………………27

实验一 化学反应摩尔焓变的测定

一、实验目的

1．了解测定反应的摩尔焓变的原理和方法； 2．学习称量、溶液配制和移取的基本操作； 3．学习实验数据的作图法处理。 二、实验原理

化学反应通常是在恒压条件下进行的，反应的热效应一般指的就是恒压热效应qp 。化学热力学中反应的摩尔焓变?rHm数值上等于qp，因此，通常可用量热的方法测定反应的摩尔焓变。对于一般溶液反应（放热反应）的摩尔焓变，可用简易量热计测定。该量热器采用玻璃保温杯制成，并附有数显温度计（可精确读至0.10C）,以电磁搅拌来混合溶液。

本实验测定CUSO4溶液与锌粉反应的摩尔 焓变：

CU2+(aq)+Zn(s)=Cu(s)+Zn2+(aq) 为了使反应完全，使用过量的锌粉。

反应的摩尔焓变或反应热效应的测定原理是： 实验图 1.1 简易量热计示意图 1— 数显温度计 2—温度传感器 设法使反应（CUSO4溶液和锌粉）在绝热条件

2— 加料器 3—加水器 5—搅拌子 下，于量热计中发生反应，即反应系统不与量热计外的环境发生热交换，这样，量热计及其盛装物质的温度就会改变。从反应系统前后温度变化及有关物质的热容，就可以计算中出该反应系统放出的热量。

但由于量热计并非严格绝热，在实验时间内，量热计不可避免地会与环境发

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生少量热交换；采用作图外推的方法（参见实验图1.2）,可适当地消除这一影响。

若不考虑量热计吸收的热量,则反应放出的热量等于系统中溶液吸收的热量:

qp=mscs?T=Vs?scs?T

式中 qp——反应中溶液吸收的热量，J；

ms ——反应后溶液的质量，g； cs——反应后溶液的体积，j·g-1·K-1； Vs——反应后溶液的体积，ml；

?s——反应后溶液的密度，g·mL-1。

设反应前溶液中CuSO4的物质的量为nmol，则反应的摩尔焓变以kJ·mol-1计为

?rHm=－Vs?scs?T/100n (1.1)

设反应前后溶液的体积不变，则

n=c(CuSO4) ·Vs/1000

式中c(CuSO4)为反应前溶液中CuSO4的浓度，mol·L-1。

将上式代入式（1.1）中，得：

?rHm=－1000Vs?scs?T/[1000c(CuSO4)VS]

=－?scs?T／c(CuSO4) (1.2) 若考虑量热计的热容，则反应放出的热量q’p等于系统中溶液吸收的热量qp与量热计吸收的热量之和：

q'p=-(mccs·?T+Cb·?T)=-( Vs?scs+Cb)?T (1.3)

式中Cb表示热量计的热容，单位为J·K-1，可采用实验内容2的方法测定。

综上所述，考虑量热计热容时，反应的摩尔焓变?rHm的计算公式为：

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?rHm=-[（Vs?scs+Cb）?T]/[ c(CuSO4) ·Vs] (1.4)

在101.325kPa和298.15k时，锌与CuSO4溶液反应的标准摩尔焓变的理论值可由有关物质的标准摩尔生成焓算出；?rHm?(298.15k)为—218.66kJ·mol-1。 三、实验用品

1．仪器与材料

台式天平（公用），烧杯（100ml），试管，试管架，滴管，量筒（100ml），容量瓶（250ml），洗瓶，玻璃棒，滤纸片，数显温度计（0～50℃或0～100℃，具有0.1℃分度）,量热计，电磁搅拌器，秒表，恒温水浴锅。

2．试剂

硫酸铜CuSO4·5H2O（固，分析纯），硫化钠Na2S（0.1·L-1）,锌粉(化学纯)。 四、实验步骤

1．准确浓度的硫酸铜溶液的配制

实验前计算好配制250ml0.100mol·L-1 CuSO4溶液所需CuSO4·5H2O的质量（要求3位有效数字）。

在台天平上称取所需的CuSO4·5H2O晶体，并将它倒入烧杯中。加入少量去离子水，用玻璃棒搅拌。待硫酸铜完全溶解后，将此溶液沿玻璃棒注入洁净的250ml容量瓶中。再用少量去离子水淋洗烧杯和玻璃棒2～3次，洗涤溶液也一并注入容量瓶中，最后加去离子水至刻度。盖紧瓶塞，将瓶内溶液混合均匀。

2．量热计热容Cb的测定

（1）洗净并擦干（用滤纸片）量热计反应杯。用量筒准确量取60ml冷水并注入反应杯中，放入搅拌子，盖上盖子，务必使温度传感器的玻璃端浸入水中，但不能太深，以防止搅拌时打碎传感器探头。

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（2）将量热计放在电磁搅拌器上，接通电源，搅拌溶液，转速以使水产生0.5～1cm深的旋涡为宜。每隔30s读取一次量热计中冷水的温度，边读边记录直至量热计中的水温保持热平衡（约3min）。

（3）用量筒量取100ml热水（温度比冷水高20～25℃左右），将温度计插入水中，待温度计的温度上升到最高且开始下降后，每隔30s读取一次温度读数，连续测定3min后（不能停秒表），将量筒中的热水迅速全部倒入量热计中，立即盖上盖子，并及时、准确继续读取混合后的水温（先每10s一次测一分钟，再每30s测一次），连续测定8min。

（4）实验结束，打开量热计盖子，倒出量热计中的水，擦干反应杯和搅拌子备用。

冷水温度Tc取测定的恒定值，热水温度Th和混合水的温度Tm可由作图外推法求得（参见实验图1.1）

3．反应的摩尔焓变的测定

（1）在台式天平上称取1.5g锌粉（托盘上放称量纸），并将锌粉倒入量热计中。

（2）洗净并擦干刚用过的有反应杯，并使其冷却至室温。用量筒量取100ml配制好的硫酸铜溶液，注入量热计中（量热计是否事先要用硫酸铜溶液洗涤几次，为什么？使用量筒有哪些应注意之处？），盖上量热计盖子。

（3）开动电磁搅拌器，不断搅拌溶液，并用秒表每隔30s记录一次温度读数。注意要边读数边记录，直至溶液与量热计达到热平衡，而温度保持恒定（一般约需3min）。

（4）加入锌粉，并同时开启秒表，记录开始反应的时间，继续不断搅拌，并

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每隔10s记录一次温度读数，测一分钟，然后每隔30s记录一次温度读数，持续测定5min。

（5）实验结束后，小心打开量热计的盖子。

取少量反应后的澄清溶液置于一试管中，观察溶液的颜色，随后加入1～2滴0.1mol·L-1Na2S溶液，从产生的现象分析生成了什么物质，并说明锌与CuSO4溶液反应进行的过程。

倾出量热计中反应后的溶液，关闭电磁搅拌器，收回所用的搅拌子，将实验中用过的仪器洗涤干净，放回原处。 五、数据记录和处理

1.数据记录 室温T/K：

CuSO4·5H2O晶体质量m(CuSO4·5H2O)/g: CuSO4溶液的浓度c(CuSO4)/(mol·L-1): 温度随实验观察时间的变化： （1）量热计热容的测定

时间（t）/s 冷水Tc/K 温度 热水Th/K 混合后水的Tm/K （2）反应的摩尔焓变的测定

时间（t）/s 温度（T）/K 5

2.作图与外推 （1）量热计的热容Cb

用实验步骤2测定的温度对时间作图，得时间温度曲线（如实验图1.2）。外推得混合时热水的温度Th,混合后水的温度Tm；Tc为冷水的温度，取测定的恒定值。

（2）反应的摩尔焓变

用实验步骤3所测定的温度对时间作图，得时间-温度曲线（如实验图1.2）。得出T1和外推值T2

实验图1.2 量热计热容测定时实验温度随时间的变化 图1.3 反应的摩尔焓变测定时温度随时间的变化

实验中温度到达最高值后，往往有逐渐下降的趋势，如实验图1.3所示。这是由于本实验所用的很简易量热计不是严格的绝热装置，它不可避免地要与环境发生少量热交换。实验图1.3中,线段bc表明量热计热量散失的程度。考虑到散热从反应一开始就发生，因此应将该线段延长，使与反应开始时的纵坐标相交于d点。图中ddˊ所示的纵坐标值，就是用外推法补偿的由热量散失造成的温度差。为了获得准确的外推值，温度下降后的实验点应足够多。

3.量热计热容Cb和反应的摩尔焓变?rHm的计算

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（1）量热计热容Cb

根据能量守恒原理，热水放出的热量等于冷水吸收的热量与量热计吸收的热量之和：

（Th-Tm）Vh·?(H2O) ·c(H2O)=(Tm-Tc) ·[Vc?(H2O) ·c(H2O)+Cb] (1.5) 式中 Vh——热水的体积，mL；

Vc ——冷水的体积，mL；

?(H2O)——水的密度，采用1.00g·mL-1；

c(H2O)——水的比热容，采用4.18J·g·k-1；

Cb——量热器的热容，J·k-1。 （2）反应的摩尔焓变?rHm

根据式1.2和式1.3可分别计算不考虑量热计热容和考虑量热计热容的反应的摩尔焓变,反应后溶液的比热容cs可近似地用水的比热容代替：cs= c(H2O)；反应后溶液的密度?s可近似地取室温时0.200mol·L-1ZnSO4溶液的密度，为1.03g·mL-1。

（3）实验结果的百分误差 误差计算式如下：

百分误差=

(?rHm)实验值???rHm?理论值(?rHm)理论值?100％

式中，（?rHm）理论值可近似地?rH?（298.15Ｋ）代替。

计算两种情况测定的反应的摩尔焓变的百分误差，分析产生误差的原因。 六、思考题

1．实验中所用锌粉为何只需用台式天平称取，而对CuSO4溶液的浓度则要求

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比较准确？

2．为什么不取反应物混合后溶液的最高温度与刚混合时的温度之差，作为实验中测定的?T数值，而要采用作图外推的方法求得？作图与外推中有哪些应注意之处？

3．做好本实验的关健是什么？

4．了解配制250ml0.100mol·L-1CuSO4溶液的方法和操作时的注意事项，计算所需CuSO4·5H2O晶体的质量。

5．根据298.15K时单质和水合离子的标准摩尔生成焓的数值计算本实验反应的标准摩尔焓变,并用?rH? (298.15)估算本实验的?T(K)。

6．预习实验数据的作图法以及容量瓶使用等内容。

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实验二 氧化还原反应与电化学

一、实验目的

1.了解原电池的组成及其电动势的粗略测定；

2.了解电极电势与氧化还原反应的关系以及浓度、介质的酸碱性对电极电势、氧化还原反应的影响；

3.了解一些氧化还原电对的氧化还原性； 4.了解电化学腐蚀的基本原理及防止的方法。 二、实验原理

1.原电池组成和电动势（E池）

利用氧化还原反应产生电流的装置叫做原电池。原电池中必须有电解质（常为溶液）及不同的电极，还可有盐桥。对于用两种不同金属电极所组成的原电池，一般来说，较活泼的金属为负极，相对不活泼的金属为正极。放电时，负极上的金属给出电子发生氧化反应，电子通过外电路流入正极；阳离子在正极上得到电子发生还原反应。在外电路中接上伏特计，可粗略地测得原电池的电动势E池（此时，测定过程中有电流通过）。要精确地测定原电池的电动势，需用补偿法（又称为对消法；此时，测定过程中无电流通过），可籍电势（差）计测量之。原电池电动势E池是正、负电极的电极电势的代数差：

E池=E正-E负

2.浓度、介质对电极电势和氧化还原反应的影响

（1）浓度对电极电势的影响 浓度对电极电势的影响可用能斯特（W.Nernst）方程式表示之。在298.15K时

ca(氧化态)0.05917?E=E+lgb

c(还原态)n

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配的原电池。按实验内容1操作，在任一电极中加入稀释，或选择适当的物质（如OH-，S2-,氨水）加入某一电极中，使生成难溶物质或难离解物质（如配离子）。观察电位计读数的变化，记录并解释现象。

（2）介质对电极电势和氧化还原反应的影响

①介质对氯酸钾氧化性的影响。将少量0.1mol·L-1KclO3和KI溶液在试管中混匀，观察现象。若加热之，有无变化？若用3mol·L-1H2SO4酸化之，又如何变化？

②介质对高锰酸钾氧化性的影响

在三支各盛有1～2滴0.1mol·L-1KMnO4溶液中，分别加入相同量的3 mol·L-1H2SO4溶液、6 mol·L-1NaOH溶液和水。在不同介质（酸性、碱性、中性）条件下，分别向高猛酸钾溶液加入少量等量的0.1mol·L-1Na2SO3溶液。观察有何不同现象。（注意碱性条件下，0.1mol·L-1Na2SO3溶液的用量要尽量少，同时碱溶液用量不宜过少。为什么？）写出有关的反应方程式。

3.氧化还原电对的氧化还原性

（1）卤素及其离子的氧化还原性 取两支试管，向其中一支试管中加入少量0.1mol·L-1KI溶液，另一支试管中加入少量0.1mol·L-1KBr溶液，再向两支试管中各加入少量0.1mol·L-1FeCl3溶液，摇匀，有何现象？若再向两支试管中各加入少量CCl4摇匀，有何现象？解释之。

另取两支试管，分别加入少量0.1mol·L-1FeSO4溶液，其中一支加入碘水溶液，另一支加入溴水溶液，观察现象。比较I2/I-，Fe3+/Fe2+,Br2/Br-三个电对的标准电极电势的大小，指出它们作为氧化剂、还原剂的相对强弱。

（2）中间价态物质的氧化还原性

①H2O2的氧化还原性。往一支试管加入少量0.1mol·L-1Pb(NO3)2和

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0.1mol·L-1Na2S溶液，有何现象发生？往另一试管中加入少量0.1mol·L-1KMnO4溶液，并用3 mol·L-1的H2SO4酸化。然后往上述2支试管中各加入少量3％H2O2溶液，摇匀。仔细观察现象，并解释之。

②H2O2与KIO3的溶液的摇摆反应。取10mL试液（Ⅰ），倒入50ml烧杯中。然后加入试液（Ⅱ）和试液（Ⅲ）各10ml，搅拌均匀，观察溶液颜色的反复变化[5]。写出反应式。解释现象。

4.电化学腐蚀及其防止 （1）宏电池腐蚀

①往表面皿（其中放一小片滤纸）上滴4～5滴自己配制的腐蚀液[6]，然后取1枚小铁钉，在铁钉一端紧绕一根铜丝，将其置于表面皿滤纸上，并浸没在上述溶液中。经过一定时间后观察有何现象发生。简单释之。

②往盛有0.1mol·L-1HCl溶液的试管中，加入1小片纯锌，观察有何现象。插入1根粗铜丝，并与锌片接触，观察前后现象有何不同。简单解释之。

（2）差异充气腐蚀 取马口铁（镀锡铁）和白铁（镀锌铁）各一片，用锉刀在上面锉开镀层，各滴上1～2滴自己配制的腐蚀液，观察现象。静置约20～30min后，再仔细观察液滴不同部位所产生的颜色。简单解释之。

（3）金属腐蚀的防止

①缓蚀剂法。在两支试管中，各放入1枚无锈或已经去锈的铁钉，并向其中的1支试管中再加入数滴20%乌洛托品。然后各加入2ml 0.1mol·L－1盐酸和几滴0.1mol·L－1K3[Fe(CN)6]溶液（两支试管中各溶液的用量应相同）。观察、比较两支试管中现象有何不同。为什么？

②阴极保护法。将一条滤纸碎纸片置于表面皿上并用自己配制的腐蚀液润湿。

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将两枚铁钉隔开一段距离放置于已湿润的滤纸碎片上，并分别与铜锌电池（由实验内容1提供）正、负极相连。静置一段时间后，观察有何现象，并解释。 注释：

[1]反应过程中，溶液的颜色会发生依次为无色一琥珀色一蓝色的反复变化。 [2]将2g琼胶和30gKCl溶于100mL水中，加热煮沸后，趁热倒入U形管中，冷却后，即为“盐桥”。不用时，可将U形管倒置，使管口浸在饱和KCl溶液中。

[3]欲使琥珀色明显，丙二酸的用量可适当中大。

[4]严格讲，电池电动势与电极电势应采有“对消法”，用电位差计进行测量，但因酸度计具有较高的输入阻抗（1012?），故测定结果接近电动势。

[5]该反应可在大试管或量筒中进行。可沿器壁慢慢倒入试液（Ⅰ）、（Ⅱ）（Ⅲ），不要搅拌（尽量不使混匀），使溶液分层。观察反应的进行。

[6]腐蚀液的配制：往试管中加入1ml0.1mol·L－1NaCl和1滴0.1mol·L-1

K3[Fe(CN)]6及一滴1%酚酞溶液。保留此溶液供下面（2）、（3）使用。 五、思考题

1．了解原电池的电极名称及其相互连接方法。

2．在铜锌原电池中，往正极或负极分别加入OH-（aq）、或NH3（aq）时，原电池的电动势将如何变化？为什么？

3．介质的酸性强弱对KCIO3和KMnO4的氧化性有何影响？ 4．在酸性介质中，H2O2与KI和KMnO4的反应有何不同？

5．用腐蚀液在铁片上进行差异充气腐蚀实验时，溶液中央是阴极还是阳极？将显什么颜色？液滴周围又将如何？

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实验三 醋酸解离度和解离常数的测定

一、试验目的

1.了解PH法测定醋酸解离度和解离常数的原理和方法；

2.学习并掌握酸度计的使用方法，练习滴定管和移液管的基本操作。 二、实验原理

醋酸CH3COOH(HAc)在水中是弱电解质，存在着下列解离平衡：

HAc(aq)+H2O(l)

可简写为

HAc(aq)

其解离常数为

Ka（HAc）=

H+(aq)+Ac- (aq) H3O+(aq)+Ac-(aq)

?ceq(H?)/c???ceq（Ac?）/c??/c??c（HAc）eq?

如果HAc的起始浓度为c0，其解离度为a，由于ceq（H+）=ceq（Ac-）=c0a，代入上式，得：

Ka(HAc)=(c0a)2/(c0-c0a)c?=c0a2/(1-a)c?

某一弱电解质的解离常数ka仅与温度有关，而与该弱电解质溶液的浓度无关；

其解离度a则随溶液浓度的降低而增大。可以有多种方法用来测定弱电解质的a和Ka，本实验采用pH法测定HAc的a和Ka。

在一定温度下，用pH计（酸度剂）测定一系列已知浓度的HAc溶液的pH值，按Ph=-lg{c（H+）/c?}换算成c（H+）/c?。根据ceq（H+）=c0a，即可求得一系列对应的HAc的解离度a和c0a2/（1-a）c○值。这一系列c0a2/（1-a）c○值应近似

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为一常数，取其平均值，即为该温度时HAc的解离常数Ka。

另一种测定Ka的简单方法是根据缓冲溶液的计算公式。

pH=pKa-lg{ceq（HAc）/ceq（Ac-）}

若ceq（HAc）= ceq（Ac-），则上式简化为：

pH=pKa

由于

Pka=-lgKa

因而如果将HAc溶液分为体积相等的两部分，其中一部分溶液用NaOH溶液滴定至终点（此时HAc即几乎完全转化为Ac-），再与另一部分溶液混合，并测定该混合溶液（即缓冲溶液）的pH值，即可得到HAc的解离常数。测定时无需知道HAc和NaOH溶液的浓度。

三、实验用品 1.仪器与材料

pH计（附玻璃电极和甘汞电极或复合电极），烧杯（100ml，5只），锥形瓶（250ml，3只），铁架台，移液管（25ml，2只），洗耳球，滴定管（50ml，酸式，碱式各一支），滴定管（附蝴蝶夹），玻棒，温度计（0～100℃）一支。

2.试剂

醋酸HAc（0.1mol/L），标准NaOH溶液（0.1mol/L，用邻苯二甲氢酸钾标定），酚酞（1%）。

四、实验步骤

根据具体的实验条件任意选择一种方法测定HAc的解离度a和解离常数Ka，若有可能，完成全部实验内容并将各种测定值与文献值作比较。

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式中 V(H2O)— 水样体积，mL；

C(EDTA)— EDTA标准溶液浓度，mol·L－1；

V(EDTA)— 滴定时消耗的EDTA标准溶液的体积，ml；若此量为滴定总硬度

时所消耗用的，则所得的硬度为总硬度，若此量为测定钙硬度时所消耗用的，则所得的硬度为钙硬度；

M(CaO)—CaO的摩尔质量，g·mol-1。 三、实验用品

1.仪器与材料

酸式滴定管（50ml）一支，三角瓶（250ml）三只，移液管（100ml）一支，量筒（10ml）一个，烧杯（250ml）一个，洗瓶一个

2.试剂

0.02000 mol·L－1EDTA标准溶液，NH3-NH4Cl缓冲溶液（PH≈10），10%NaOH溶液，钙指示剂，铬黑T指示剂。 四、实验内容

1.总硬度的测定

量取澄清的水样100ml（用什么量器？）放入250ml的锥形瓶中，加入5mlNH3-NH4Cl缓冲液，摇匀。再加入约0.01g铬黑T指示剂，再摇匀，此时溶液呈酒红色，以0.02 mol·L－1的EDTA标准溶液滴定至纯蓝色，即为终点。

平行测定三份。计算水的总硬度，以度(°)表示。 2.钙硬度的测定

量取澄清水样100ml，放入250ml锥形瓶中，加入4ml10%NaOH溶液，摇匀，再加入约0.01g钙指示剂，再摇匀。此时溶液呈淡红色。用0.02 mol·L－1的EDTA

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标准溶液滴定至呈纯蓝色，即为终点。

平行测定三份。计算水的钙硬度，以度(°)表示。 3.镁总硬度的确定

总硬度减去钙硬度即得镁硬度。 五、思考题

1.如果对硬度测定中的数据要求保留二位有效数字，应如何量取？ 2.用EDTA配位滴定法测定水硬度的原理是什么？用什么指示剂？终点如何变色？溶液PH值应怎样控制？

3.镁硬度怎样获得？

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实验五 聚乙烯醇缩甲醛反应制备胶水

一、实验目的

1.了解聚乙烯醇缩醛反应及其简单工艺过程； 2.学习聚乙烯醇缩甲醛胶水的合成及分析检验方法；

3.学习有机缩合反应的实验操作及简易黏度计的使用方法，练习分析天平的称量及滴定等基本操作。 二、实验原理

聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol,简写PVA），是白色粉末，由聚醋乙烯酯醇解制得。目前工业上多采用聚醋酸乙烯酯的甲醇溶液，以碱作催化剂进行醇解反应，脱去醋酸根而得到PVA：

(CH2CH)nOCCH3O+nCH3OHNaOH(CH2CH)n+nCH3COOCH3OH

(聚乙酸乙烯酯) （甲醇） （聚乙烯醇） （乙酸甲酯 ） 由于醇解反应不能进行到底，所以在PVA的分子中，总会有一小部分醋酸根不能被羟基所取代，其醇解的程度叫醇解度，常以摩尔分数（百分率）表示。

PVA分子主链上的侧基是羟基，诸多羟基在分子间和分子内形成氢键，大大降低了PVA在水中的溶解度，因此，低温时PVA在水中的溶解度很小。由于氢键具有热力学不稳定性，在水温高时，很易破裂，所以PVA在水温高时，很易溶解。其水溶液可直接作为乳化剂、胶黏剂使用。PVA按聚合度和醇解度的不同有多种型号。本实验所用的PVA17-99系指平均聚合度约为1700，醇解度约为摩尔分数99%的PVA。

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为了提高PVA的胶黏强度和耐水性，可以通过PVA的缩醛化反应来改性，如聚乙烯醇与丁醛缩合反应制得的聚乙烯醇缩丁醛是一种强度很高的结构胶黏剂，用于制造防弹玻璃。本实验以盐酸为催化剂，PVA与甲醛发生缩醛反应而成的热塑性树脂—聚乙烯醇缩甲醛（俗称107胶），其反应可表示为：

OCH2CHOHCH2CHOHCH2CHOHCH2+HCHHCl

PVA 甲醛

CH2 CH CH2 CH CH2 CH CH2 OHOCH2O+H2O

聚乙烯醇缩甲醛

CH CH2 CH O聚乙烯醇缩甲醛分子中的羟基是亲水基，而缩醛基（

CH2O）是

憎水基。控制一定的缩醛度，可使生成的聚乙烯醇缩甲醛胶水既有一定的水溶性，又有较好的耐水性。为保证胶水质量稳定，缩醛化反应结束后，需用NaOH中和胶水至中性。

聚乙烯醇缩甲醛胶水的黏度与PVA的用量有关。要获得合适的缩醛度，必须严格控制反应条件，如反应物的配比、溶液的酸度、催化剂的用量、反应温度和反应时间等。实验证明，当聚乙烯醇含量为8%～9%，甲醛含量为2%～3％，去离子水含量为85%～87%，反应时间约为1h，反应酸度pH=1.7～2.1,反应温度为86～88℃时，即能生产出质量合格（符合国际JC 438-1991）的聚乙烯醇缩甲醛胶水。

胶水的质量检验，主要是测定其黏度和缩醛度，由于缩醛度的测定费时且操

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作复杂，因此一般籍测定胶水的游离甲醛量来判断缩醛的高低，通常胶水中游离甲醛量少，表明缩醛度高：反之，则表明缩醛度低。本实验要求胶水游离甲醛量约在量分数1.2%以下。

黏度的测定采用简易黏度计－涂-4黏度计来测定[1]。在20℃时，测定100mL胶水从规定直径（?4mm）的孔中流出所需的时间（s），并以该流出时间来表示黏度的大小。本实验要求黏度约为70s左右。

胶水游离醛量的测定是通过亚硫酸钠与甲醛反应，使之生成羟基甲磺酸钠和氢氧化钠：

HHCO+Na2SO3+H2OHHCOHSO3Na+NaOH

再籍玫红酸（变色范围pH=6.2～8.0）作为指示剂，用标准HCL溶液滴定上述反应生成的NaOH，溶液由红色变为无色即为终点。根据滴定所需标准HCl溶液的量，算出游离甲醛的含量（质量分数），计算公式如下。

甲醛质量分数=｛（V-V0）·c(HCl) ·M(HCHO)/1000m｝×100％

式中 V——滴定胶水用去标准HCL溶液的体积，ml;

V0——空白滴定（不加胶水）用去的标准HCl的溶液的体积，ml; c(HCl)——标准HCl溶液的浓度，mol·L－1； m——胶水的质量，g；

M（HCHO）——甲醛的摩尔质量，mol·L－1。 三、实验用品

1.仪器和材料

台称，分析天平，锥形瓶（250mL），具塞三角瓶（250mL），铁架台（带双顶

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丝），铁万用夹，恒温水浴，滴管，量筒（10mL,50 mL,200 mL）,酸式滴定管，滴定管夹，洗瓶，玻璃棒，滤纸片，软木塞，带软木塞的温度计（0～100℃），三口瓶（250 mL），搅拌器，搅拌棒，秒表，涂-4黏度计，pH试纸（1～14）。

2.试剂

标准HCl溶液（0.2mol·L-1,四位有效数字） 甲醛HCHO（36%）

浓盐酸HCl溶液 玫红酸（0.5%）

氢氧化钠NaOH(6mol·L-1)

聚乙烯醇17-99（PVA17-99）亚硫酸钠Na2SO3（0.5 mol·L-1） 四、实验步骤

1.聚乙烯醇缩甲醛胶水的合成 胶水合成装置如实验图5.1所示.

（1）聚乙烯醇的溶解

①接通恒温水浴锅(内装有水)的电源,开启水浴锅的电源开关.将水浴温度调节器先调至最大处,待水浴锅中水的温度升至80～85℃，再将温度调节器调小，控制三口瓶内温度90～92℃为宜。

②在水浴锅升温的同时，用台秤称取15gPVA,并将它装入三口瓶中，再加入150mL去离子水中。

③按实验图5.1将三口瓶置于水浴锅中并固定.在装有玻璃套管的软木塞中插入玻璃搅拌棒,装入三口瓶中间的瓶口中.细心调节马达、玻璃搅拌棒连接位置适当，并固定之。轻轻转动搅拌棒仔细判断安装位置正确后，塞紧软木塞，在三

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口瓶其它两个瓶口分别装入带软木的温度计和软木塞。

④开启搅拌器，控制调节器（由小到大）调节转速使固体全部搅起为宜。

⑤调节水浴锅温度调节器，使三口瓶内温度稳定在90～92℃，直到三口瓶内PVA全部溶解，溶液呈透明状，不再有白色胶团为止。

实验图5.1 合成胶水的装置示意图 1-三口瓶；2恒温水浴；3-搅拌器底座 4-调速器； 5-玻璃搅拌棒； 6-搅拌马达；7-温度计 （2）聚乙烯醇缩甲醛化反应

①打开三口瓶上的软木塞，当三口瓶内温度降至

85～88℃时，往三口瓶中滴加浓盐酸3滴，调节PVA水溶液的pH至1.7～2.0。 ②量取4.3mL质量分数为36%的甲醛溶液，用滴管少量多次加入三口瓶中，塞好软木塞，继续搅拌反应1h。

注意：反应温度不能超过90℃，否则在酸度稍低时，容易发生暴聚现象，形成凝胶团而游离出水溶液，导致缩合反应失败。

③切断水浴锅电源，停止加热。打开软木塞，滴加6mol·L-1NaOH溶液6滴至聚乙烯醇缩甲醛胶水的pH为7左右。

（3）降温出料

①切断搅拌器的电源，停止搅拌。取出带有软木塞的温度计以及带有套管的软木塞和搅拌棒，卸下三口瓶（小心操作，以防玻璃瓶破损）。

②用自来水淋洗三口瓶外壁，使瓶内的胶水冷却至室温。倾出胶水装入干净的三角瓶中待用。然后洗净实验仪器。

2．产品的分析测定

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（1）黏度的测定 按实验图5.2装置将洁净、 干燥的涂－４黏度计放置于固定架上，用水平调 节螺丝调节涂－４黏度计固定架，使处于水平状态。 用手指按住黏度计下部水孔，将冷至室温（20℃）， 的待测胶水倒入涂-4黏度计的样品杯至满后，用 玻璃棒沿水平方向抹去多余部分。将承接杯置于黏 度计下方，松开手指，同时按下停表，测定胶水由 细流状转变为滴流状流出所需的时间并记录之。

注释：

[1]涂-4黏度用于测定黏度在150s以下（以涂-4黏度计为标准）的低黏度胶水。对于黏度在150s以上的胶水，可作旋转黏度计测定其黏度。 五、思考题

1.熟悉缩合反应机理、反应条件及合成装置的安装要点。

2.预习分析天平的基本操作、滴定管的基本操作要点和黏度计的操作要点。 3.如何提高PVA的耐水性？以PVA合成聚乙烯醇缩甲醛胶水的机理是什么？ 4.本实验中影响产品质量的反应条件有哪些？怎么控制？

5.为什么开启搅拌器时，首先要检查搅拌器安装及反应仪器的安装是否适当？

6.测定聚乙烯醇缩甲醛胶水游离甲醛含量的原理是什么？为什么要测定？甲醛量过大对人体有何危害？

实验图5.2 用涂-4黏度计 测定粘度的装置 1-涂-4黏度计；2-承接杯； 3-水平调节螺丝；4-黏度计座； 5-水平仪；6-固定架 32

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